Introduzione ai tipi correnti di saldatura a bastone

La saldatura a filo metallico schermato (SMAW), comunemente nota come saldatura a bastone, rimane uno dei processi di saldatura ad arco più versatili e ampiamente utilizzati in tutte le industrie. Si basa su un elettrodo di consumo rivestito in flusso per creare un arco elettrico che fonde sia l'elettrodo che il metallo di base. La scelta tra corrente alternata (AC) e corrente diretta (DC) influisce fondamentalmente sul comportamento dell'arco, la penetrazione, i livelli di spatter e i tipi di corrente.

Oltre alla distinzione di base della direzione corrente, le impostazioni di polarità (electrode positive vs. electrode negative) influenzano ulteriormente la distribuzione del calore. Nella saldatura DC, il saldatore può selezionare la corrente diretta Electrode Positive (DCEP o polarità inversa) o la corrente diretta Negative Electrode (DCEN o polarità retta).

Che cosa è la saldatura di bastone di AC?

La saldatura alternata di corrente utilizza una corrente che inverte continuamente la direzione, solitamente 50 o 60 volte al secondo (50/60 Hz). Ogni mezzo ciclo, la polarità passa da elettrodo positivo a negativo elettrodo. Ciò significa che per metà tempo l'elettrodo è positivo e per l'altra metà è negativo. Il rapido cambiamento di polarità fornisce una combinazione unica di azione di pulizia dell'arco e distribuzione del calore che può essere vantaggioso in determinate applicazioni.

Caratteristiche dell'arco di AC

Poiché la corrente passa regolarmente attraverso zero durante il commutazione di polarità, l'arco tende a estinzione e regnare con ogni mezzo ciclo. Questo può rendere gli archi AC intrinsecamente meno stabili rispetto agli archi DC, soprattutto quando si utilizzano lunghezze di amperaggio inferiori o di arco più lunghi.

Azione di pulizia dell'ossidante

Quando l'elettrodo è positivo durante la parte del ciclo, si verifica un effetto di pulizia cattodico, simile a quello che si vede nella saldatura TIG di alluminio. Questa azione aiuta a rimuovere l'ossido di alluminio (Al2O3) e altri ossidi ad alto punto dalla vasca di saldatura. Per questo motivo, la saldatura a bastone di AC è talvolta utilizzata per metalli pesanti non ferrosi come i metalli pesanti DC

Resistenza al colpo ad arco magnetico

AC è molto meno sensibile al colpo d'arco magnetico rispetto a DC. Il colpo di arco si verifica quando i campi magnetici generati dalla corrente di saldatura interagiscono con il pezzo, deflettando l'arco lontano dal giunto di saldatura previsto. Questo è un problema comune quando la saldatura vicino ai bordi, negli angoli, o su grandi parti ferromagnetiche. Poiché AC inverte la direzione corrente molte volte al secondo, i campi magnetici annullano, mantenendo il campo arcare.

Fonte di energia e costo

Molti saldatori basati su trasformatori di base producono solo AC. Queste unità sono robuste, portatili e possono operare su generatori con una qualità di potenza moderata. Tuttavia, offrono meno controllo sulle caratteristiche dell'arco. Per molti lavori di saldatura fai da te e fattoria, una macchina solo AC può essere sufficiente per lavori di acciaio dolce utilizzando barre come E6013, ma le prestazioni su giunti critici saranno limitate.

Cosa sta saldando DC Stick?

La saldatura a bastone a corrente continua mantiene un flusso costante in una direzione. Il saldatore può scegliere tra due impostazioni di polarità: DCEP (polarità inversa) dove l'elettrodo è positivo e il pezzo è negativo, o DCEN (polarità verticale) dove l'elettrodo è negativo e il pezzo è positivo. DCEP è di gran lunga il più comune per la saldatura a bastone perché fornisce la penetrazione profonda e un arco stabile.

Stabilità e controllo dell'arco

Gli archi DC sono intrinsecamente più stabili degli archi AC. La corrente non passa mai attraverso lo zero, quindi l'arco brucia continuamente senza la necessità di riaccensione di ogni mezzo ciclo. Questo si traduce in un arco liscio e tranquillo che è più facile da mantenere, soprattutto a basse amperature. La capacità di controllare con precisione l'ingresso di calore e la lunghezza dell'arco rende la saldatura DC ideale per saldature fuori posizione (verticale, overhead) e per raggiungere profili coerenti.

Profilo di polarità e penetrazione

Con DCEP, circa due terzi del calore dell'arco si concentrano sulla punta dell'elettrodo, mentre un terzo entra nel pezzo. Questo alto riscaldamento dell'elettrodo scioglie rapidamente la barra e produce un modello di penetrazione profondo e stretto. DCEN invertisce la distribuzione del calore: più calore entra nel metallo base, con conseguente più ampio profilo di penetrazione dello scalo e più lento fusione dell'elettrodo.

Spatter e pulizia

La saldatura DC, soprattutto con DCEP, produce significativamente meno spatter rispetto alla saldatura AC. L'arco stabile riduce il trasferimento di goccia erratica che causa spatter. Inoltre, gli elettrodi DC sono spesso formulati con rivestimenti di cellulosa o di idrogeno a basso contenuto di idrogeno che funzionano meglio in condizioni di DC stabili. Il risultato è una saldatura più pulita con meno pulizia post-saldatura, minor rischio di inclusioni di scorie e un aspetto generale migliorato.

Versatilità con tipi di elettrodo

Molti elettrodi a bastone di alta qualità sono progettati esclusivamente per il funzionamento DC. Ad esempio:

  • E7018 (basso idrogeno):[ Richiede DCEP per le proprietà meccaniche ottimali e per prevenire la cracking indotto dall'idrogeno.
  • E6010 (cellulosa): Penetrazione profonda, utilizzata su tubazioni e lavori strutturali; preferisce fortemente DCEP.
  • E7024 (polvere di ferro): Tasso di deposizione elevato per posizioni piatte e orizzontali; tipicamente eseguito su DC.

Mentre alcuni tipi di asta (come E6013 e E7014) possono funzionare su AC, le loro prestazioni sono spesso degradate rispetto al funzionamento DC.

Differenze chiave tra saldatura a bastone AC e DC

La tabella seguente riassume le differenze critiche, ma le spiegazioni che seguono forniscono un contesto più profondo.

  • Stabilità dell'Arc:[ DC fornisce un arco costante e prevedibile. Gli archi AC sono meno stabili a causa di incroci zero, ma possono essere migliorati con inverter moderni.
  • La pulizia della superficie:[ AC offre l'effetto di pulizia cattodica utile per i metalli non ferrosi; DC non offre alcun vantaggio.
  • Livello di Spatter:[] DC produce tipicamente 30-50% meno spatter rispetto a AC nelle stesse condizioni.
  • La penetrazione:[ DC (DCEP) dà una penetrazione profonda e stretta. AC offre un profilo di penetrazione più ampio e più ampio.
  • L'arco magnotico soffia: L'AC è in gran parte immune; DC è altamente suscettibile, soprattutto a amperaggi più elevati.
  • Costo dell'attrezzatura:[] I saldatori di sola corrente sono più economici; DC (specialmente inverter) costa di più ma offrono prestazioni molto migliori.
  • Suitability degli elettrodi: Molti elettrodi premium richiedono DC; AC limita la scelta dell'asta.
  • Qualità del rifornimento del cavo:[] Le macchine AC tollerano meglio le fluttuazioni di tensione; le macchine DC richiedono un ingresso più stabile.
  • Aspetto del bambino:[ DC produce perline più lisce e più pulite; le perline AC tendono ad essere più ruvide con più ricrescere.

Dettagli di stabilità dell'arco

Nella saldatura AC, l'arco deve essere ristabilito 100–120 volte al secondo. Questo crea un suono vibrante e un arco flickering che può causare turbolenza di pozzanghere di saldatura. Le saldature abili possono compensare utilizzando archi più corti e amperaggio più alto, ma i principianti spesso lottano per mantenere la fusione costante.

Input e distorsione del calore

Con DC DCEP, l'alto riscaldamento dell'elettrodo si scioglie più velocemente, aumentando il tasso di deposizione, ma anche aumentando potenzialmente l'ingresso di calore locale se la velocità di viaggio non è regolata. L'AC distribuisce il calore più uniformemente attraverso i due semi-cicli, che possono causare una minore concentrazione di calore generale nel metallo base.

Posizioni di saldatura

DC è universalmente preferito per le posizioni verticali (3F/3G) e overhead (4F/4G). L'arco stabile e il migliore controllo pozza permette al saldatore di depositare il metallo senza gocciolamento. La saldatura AC in queste posizioni è difficile perché le interruzioni dell'arco causano la pozza fusa per sag. Per saldature di filetto piatte e orizzontali, entrambi i tipi attuali possono essere utilizzati, ma DC continua a produrre un risultato più pulito.

Quando utilizzare ogni tipo

La decisione tra AC e DC dipende dal metallo base, dall'elettrodo disponibile, dalla configurazione congiunta e da dove si sta verificando la saldatura.

Usare AC quando

  • Immergere alluminio, magnesio o altri metalli non ferrosi:[ L'azione di pulizia catodica di AC aiuta a rimuovere strati di ossido tenace che impediscono la fusione. Mentre TIG è molto più comune per l'alluminio, un saldatore a bastone AC con barre appropriate (come E4043) può produrre giunti accettabili per il lavoro di riparazione.
  • Lavorando in campi magnetici elevati:[] Se si sta saldando vicino a motori DC, elettromagneti, o su grandi oggetti in acciaio con magnetismo residuo, AC elimina il colpo d'arco.
  • Welding With Unstable Power Supply:[] I generatori portatili spesso producono tensione fluttuante. Le macchine AC (specialmente i tipi di trasformatori più vecchi) sono meno sensibili alle variazioni di tensione rispetto agli inverter DC, che possono essere spente o sottoperforma. Se si utilizza un piccolo generatore lontano da una cravatta di rete, la saldatura a bastone AC può essere più affidabile.
  • Cost-Sensitivo o Occasionale Usa:[] Se saldate solo alcune volte all'anno e state lavorando con acciaio mite utilizzando elettrodi E6013, una macchina a soli AC economica può bastare. Molti hobbisti scelgono questa strada per ridurre al minimo gli investimenti.
  • Metallo galvanizzato saldato (con cautela): La corrente alternata aiuta a vaporizzare il rivestimento di zinco più uniformemente, riducendo il rischio di crepe di saldatura. Tuttavia, la corretta ventilazione e selezione di riempimento sono ancora necessari.

Utilizzare DC quando

  • La saldatura in acciaio, tubo e vessel a pressione:[ Il lavoro in codice richiede quasi esclusivamente la saldatura a corrente continua a causa della necessità di una penetrazione costante, un basso controllo dell'idrogeno e delle proprietà meccaniche.
  • Riparazioni di ferro da stiro:[[] Il contenuto di carbonio elevato in ghisa rende incline a rompere. DC con elettrodi a base di nichel (ENi-Cl) fornisce un arco stabile e a basso calore che riduce lo stress termico.
  • I saldatori verticali e a testa alta sono molto più facili con DC a causa del controllo della pozza. L'arco stabile permette al saldatore di congelare rapidamente la pozza e costruire il metallo saldato senza gocciolarsi.
  • Quando lo Spatter Basso è richiesto:[[] Applicazioni come il lavoro di finitura, la saldatura di lamiere sottili, o dove la pulizia post-saldato è costoso beneficio dalla spatter ridotta di DC. Questo è particolarmente importante nella lavorazione degli alimenti o nelle industrie farmaceutiche.
  • Utilizzando elettrodi a basso idrogeno:[[] Rod come E7018 e E8018 richiedono che DCEP sviluppi le corrette proprietà meccaniche e preveda l'embrittlement dell'idrogeno.
  • Pipeline e Root Passs:[] La penetrazione profonda di DC DCEP è ideale per i passaggi di root nella saldatura dei tubi, garantendo la piena fusione al fondo del giunto.

Considerazioni aggiuntive

Saldatura in condizioni eoliche

La saldatura a bastoncini viene spesso utilizzata all'aperto, ma il vento può far saltare via il gas di schermatura creato da degrado del flusso. Gli archi AC sono più inclini all'instabilità nei venti incrociati perché l'arco è già debole durante le incrociazioni zero. DC tiene l'arco costante, rendendolo la scelta migliore per gli ambienti ventilati – ma anche DC non può compensare completamente se lo scudo del flusso viene interrotto.

Strategia di selezione Rod

Se il vostro progetto richiede E6010, E7018 o altre barre preferrate da DC, investire in una macchina DC. Se solo avete intenzione di utilizzare E6013 (una barra che funziona ragionevolmente su AC) e sono su un budget stretto, AC può funzionare. Tuttavia, tenere a mente che l'esecuzione di una barra DC sulle funzioni AC compromette le prestazioni, il rivestimento arc può essere erratico.

Macchine inverter moderne

Le saldatrici a base di inverter di oggi possono fornire sia l’uscita AC che DC, spesso con controlli regolabili di frequenza e forza d’arco. Queste macchine consentono di selezionare il tipo corrente migliore per il lavoro senza possedere più unità. Inoltre offrono una stabilità ad arco superiore su AC utilizzando l’avvio ad alta frequenza e la forma d’onda. Se si salda una varietà di materiali e può permettersi un inverter multi-processo, elimina la necessità di scegliere in modo permanente tra AC e DC.

Consumo di energia ed efficienza

La saldatura DC con inverter è generalmente più efficiente dell'energia della saldatura AC con i trasformatori più vecchi. Gli inverter convertono la potenza di ingresso in DC ad alta frequenza con perdite minime, mentre le saldatrici AC basate sui trasformatori sprecano più energia come calore. Se si opera frequentemente, il costo più alto di un inverter DC può essere compensato da bollette elettriche più basse e una migliore qualità di saldatura.

Conclusioni

La scelta tra AC e DC per la saldatura a bastone scende alle esigenze specifiche del vostro pezzo, gli elettrodi disponibili e l'ambiente di lavoro. DC è estremamente popolare per la maggior parte dei lavori di saldatura industriali, strutturali e critici a causa della sua stabilità ad arco superiore, controllo, penetrazione e compatibilità con elettrodi ad alte prestazioni.

Per chi ha bisogno di caratteristiche AC, una macchina multi-processo che offre sia i tipi attuali fornisce la massima flessibilità. Abbinando sempre la tua selezione attuale alle raccomandazioni del produttore di elettrodi, seguendo queste linee guida, puoi prendere decisioni più chiare e più sicure.

Per ulteriori informazioni sui principi fondamentali della saldatura a bastone, vedere l'articolo Wikipedia su SMAW[]. Per immergersi più a fondo nella selezione degli elettrodi, consultare il Lincoln Guida elettrica sugli elettrodi a bastone. Per un confronto dettagliato di AC vs DC nella saldatura a campo, il