Что такое прямая и обратная полярность: что такое, отличия, род тока

Содержание

отличия и как выбрать для инвертора


На чтение 8 мин. Просмотров 5.6k. Опубликовано

Во всех статьях и обзорах, связанных со сваркой, присутствует электрическая тема. Хоть аппараты, хоть электроды, хоть виды швов – в любом сварочном вопросе упоминается и уточняется вид тока. Где-то он постоянный, где-то переменный, а еще у него есть два варианта – прямая и обратная полярность при сварке.

Пора разобраться, что к чему, чтобы правильно выбирать материалы, аппараты, электроды и . Знание нюансов об электричестве в сварке помогут вам быстро и правильно настроить инвертор, от чего качество сварочных швов зависит в большой степени.

Пятна анодные, пятна катодные

Конечно, можно всю жизнь проработать на своем инверторном аппарате, в котором по умолчанию постоянный ток настроен на прямую полярность: у вас нет никаких хлопот или проблем с перестройками сварочного электричества.

Эта чудесная идиллия возможна лишь при условии, что вид работ у вас один и тот же, вы не меняетесь, всех возможностей своего аппарата так и не знаете, и вообще зачем про электричество, все и так хорошо, не надо усложнять…

Не надо, так не надо, но вот если вам понадобится варить, например, качественную высоколегированную сталь, то ваша идиллия сразу же нарушится: качественного со старыми электрическими настройками у вас не получится. Вам придется разбираться с понятием обратной или прямой полярности при сварке, в чем мы прямо сейчас вам поможем.

Во-первых, работа на инверторном аппарате подразумевает постоянный ток. А он, в свою очередь, подразумевает два гнезда для подключения плюсовой и минусовой клемм. Давайте запоминать полярность при сварке инвертором по подключению электрода, так легче. Если электрод подключен к минусовому гнезду, то это прямая полярность при сварке. Если к плюсовому – она обратная.

виды полярности при сваркеПрямая и обратная полярность.

В принципе при прямом варианте электрод, который подключен к отрицательной клемме, сам становится катодом. А анодом становится наша металлическая заготовка. При обратном варианте электрод начинает работать анодом, потому что он подключен к плюсовому полюсу. Ну а заготовка, соответственно, превращается в катод.

В обоих случаях образуются анодные и катодные пятна. Анодное облако – погорячее, причем значительно: разница в температурах анодной и катодной областей доходит до 800°С.

Не упустим из внимания важную деталь: если мы говорим о двух вариантах – прямом и обратном, это всегда имеет отношение только к постоянному току. Дело в том, что при переменном токе полярность сама меняется с прямой на обратную с высокой частотой.

Еще раз: переключение прямой и обратной полярностей имеет смысл и возможно только при постоянном токе, это сварка постоянным током. При переменном токе в таком переключении нет ни смысла, ни возможности. Друзья, это физика.

Прямая полярность

[box type=”fact”]По своей сути ток представляет собой движение заряженных частиц – электронов. Они двигаются от отрицательного полюса к положительному – это классика. Вот и у нас в процессе сварки электроны двигаются в направлении к металлической заготовке от электрода. Поэтому происходит нагрев металла. Электрод остается холодным.[/box]

Итак, электрод подключен к минусу, металлическая заготовка – к плюсу. Это классическая полярность при сварке инвертором. На стороне плюса распространяет свое тепло чудесное анодное облако.

Прямое подключение постоянного тока имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать в обязательном порядке:

  • при прямом подключении получается стабильная и ровная дуга со всеми вытекающими последствиями в виде швов высокого качества;
  • сварочный шов отличается узостью и глубиной;
  • ни в коем случае не применяется, если на электродах указано, что они предназначены для технологии переменного тока;
  • с некоторыми металлами при работе в инертных газах повышается коэффициент наплавки;
  • состав металла в шве при прямой полярности имеет особенности: в нем практически нет углерода, зато присутствуют кремний и марганец;
  • довольно высокая степень разбрызгивания металла;
  • быстрая плавка расходника с его частой заменой.

Обратная полярность

схема сваркиОбратная полярность при сварке.

Мы помним, что при обратной полярности при сварке постоянным током плюсовое анодное теплое пятно находится на электроде, Таким образом мы исключаем дополнительный нагрев металла, к которому подведена минусовая клемма. Основным видом сварки при обратном подключении является с флюсом и метод в среде защитных газов, в частности – в аргоне.

Главными металлами «потребителями» обратного подключения являются высоколегированные стали и тонкие заготовки из любого металла: здесь имеет значение тонкость края, которую легко прожечь при малейшем перегреве. Так что работы при обратном подключении можно назвать вполне себе деликатными. А там, где деликатность, там особенности исполнения и профессиональные советы.

Вот какие технологические особенности использования обратной полярности нужно принять во внимание:

  • шов при обратном подключении шире и меньшей глубины, чем при прямой;
  • великолепно справляется с соединением тонких и средней толщины кромок металлических заготовок;
  • сварочная дуга не такая стабильная, как при прямой полярности, если напряжение низкой силы, начинает скакать и прерываться;
  • если вы варите высоколегированную сталь, то кроме обратного подключения нужно соблюдать дополнительные требования по рабочему циклу и температурному режиму остывания стальных заготовок;
  • ни в коем случае не варить с электродами, чувствительными к перегреву;
  • дополнительное снижение температуры на заготовке можно через снижение потенциала напряжения;
  • то, что дуга не очень стабильна, можно использовать во благо: очень тонкие края лучше варить прерывистым швов – прерывая дугу;
  • если в сварке на постоянном токе обратной полярности вы делаете шов встык, зазор между поверхностями должен быть минимальным, если же шов внахлест, поверхности приживать друг к другу герметично. Иначе вы получите прожог;
  • отбортовка краев свариваемых поверхностей отлично поможет для снижения риска прожога.

Как выбрать правильную полярность

[box type=”info”]Понятно, что при сварке инвертором допускаются прямая и обратная полярность. По умолчанию эти аппараты обычно настроены на прямое подключение.[/box]

Но если вы работаете с разными и металлическими заготовками разной толщины, вам придется самостоятельно настраивать параметры сварочного тока и, в частности, полярность. Это нетрудно, поехали.

Все дело в перемещении теплого анодного пятна, то есть концентрации нагрева. При прямой полярности плюс идет на металлическую заготовку, как раз она и разогревается. Именно от данного фактора зависит выбор варианта подключения при работе с разными заготовками из разных металлов. Все логично и просто, вот критерии решений по поводу подключения постоянного сварочного тока:

Толщина края металлической заготовки

таблица токов сваркиПостоянный и переменный ток сварки.

Толстые края поверхностей? Конечно же сварка током прямой полярности! Дополнительная концентрация тепла в местах плавки в толстых деталях будет способствовать глубокой проверке и, следовательно, получению качественного прочного шва. Если же края свариваемых поверхностей тонкие, то рассуждать, а затем действовать нужно совсем наоборот.

Тонкие края важно не перегреть, чтобы не допустить прожога. Так что отправляем теплое анодное пятно от греха подальше на другую сторону – к электроду. Так что тонкие детали варим при обратном подключении.

Вид металла

Здесь нам поможет перемещение теплового анодного пятна: каким металлам оно не повредит, а, наоборот, поможет? Правильнее всего будет внимательно читать инструкции по электрической настройке сварочного аппарат, которые сопровождают любой современный сплав.

Но уже сейчас можно запомнить факт, что алюминий вместе со сплавами тепло только приветствуют, оно помогает снизить количество образующихся окислов во время процесса. Так что сварка алюминия постоянным током проводится только при прямом подключении. Официально это будет называться сваркой алюминия постоянным током в среде аргона.

[box type=”fact”]А вот сталь, чугун с различными стальными сплавами требуют обратного подключения постоянного сварочного тока: никакого дополнительного тепла им не нужно из-за риска образования тугоплавких соединений.[/box]

Цветные металлы, как алюминий, варятся неплавящимися вольфрамовыми электродами только при прямом подключении без каких-либо исключений.

Вид электрода

Вы ведь знаете, что современные электроды подразделяются по огромному количеству критериев, они производятся в невероятном разнообразии. Электрические параметры также входит в описание каждого . Читать инструкции самым внимательным образом еще никому не помешало.различия прямой и обратной полярности

Но здесь мы вполне можем рассуждать логически, чтобы выбирать правильную полярность для каждого вида электрода. Выбор зависит от того же – теплого анодного пятна, то есть температурного режима. А такие режимы у электродов зависят от типа флюса и многих других факторов.

Невозможно дать короткие рекомендации по полярности тока для разных сварочных расходников – слишком их много. Единственный дельный совет в данном случае – читать инструкции и не пренебрегать ими.

А что делать, если в инструкции к металлу или сплаву требуется одни электрические параметры, а у выбранного электрода требуются совсем другие настройки сварочного тока? Такое бывает, ответ в этом случае только один: пробуйте и ищите оптимальный вариант опытным путем.

Силу тока, рабочие циклы, подключение к полюсам – все придется настраивать вручную. Но ведь голова нам дана, чтобы думать, верно?

что это такое, описания и примеры

При осуществлении соединения элементов конструкций сваркой, их монтаже и ремонте одним из вариантов является использование постоянного тока. Немаловажным фактором служит правильная настройка применяемой аппаратуры. Чтобы это осуществить, следует четко понимать, что такое прямая и обратная полярность при сварке.

Выбор зависит от поставленной задачи, которую необходимо решить. Полярность применительно к оборудованию означает один из вариантов его использования. Полярность при сварке влияет на протекание физических процессов во время производственного процесса. При переключении на другой вариант ток начинает течь в ином направлении, и сварка будет осуществляться по-другому. Это понятие во многом имеет отношение к сварке, осуществляемой с инвертором.

Фото: полярность в сварочных работах

Дуговая сварка — режимы полярности

Для соединительных операций сваркой обычно находит применение ток неизменного значения. Имеется возможность выбирать, как будет осуществлена сварка постоянным током — обратной или прямой полярности.

Установка, предполагающая полярность прямую, позволяет качественно сваривать детали, обладающие немалой толщиной. Сварка током обратной полярности помогает избежать такого трудно исправляемого дефекта, как прожег, часто появляющегося, когда сварке подлежат тонкие металлические листы. Режим, предполагающий применение переменного тока, применяют исключительно редко, поскольку производительность прохождения процесса резко снижается.

При сварке ручным методом выбор режима, в частности, заключен в том, что имеется возможность устанавливать разную полярность, подключая соединение и электрод к разным клеммам, находящимся на лицевой стороне аппарата. Обратная полярность при сварке — это следующий способ подключения — электрод к клемме положительной, а детали — к клемме отрицательной. Такая раскладка определяет понятие, что значит обратная полярность при сварке.

Фото: прямая и обратная полярность в сварке

Прямой вариант означает противоположное включение. Тогда интенсивнее электрода начинают плавиться детали соединения, что является преимуществом при сварке толстых элементов конструкции. Эти явления соответствуют законам физики по термодинамике. Электрическая дуга, представляющая собой поток электронов и ионов, служит источником тепла.

Три составные части дуги: столб, область анодная и область катодная. При горении дуги происходит образование активных пятен. То из них, которое находится на аноде, именуется анодным пятном, а на катоде — катодным.

Столб — это плазма, разогретая до сверхвысокой температуры. Энергия тепла в дуге выделяется неравномерным образом. Электроны, достигшие анода, отдают ему собственную энергию. На этом месте появляется анодное пятно, разогретое в значительной степени. Ионы с положительным зарядом двигаются в сторону катода. Достигнув его, они отдают собственную энергию и образуют там катодное пятно. Поскольку электронов, как правило, больше, то анод является более разогретым, чем катод.

Полярность при сварке постоянным током имеет два варианта. Это находится в зависимости от способов подключения. Они являются противоположными. Для получения прямого вида к изделию подсоединят «плюс», а к стержню с обмазкой — «минус». Для получения обратной делают все противоположным способом.

Если процесс происходит с неизменным током при установке прямого варианта, электрод начинает нагреваться медленнее, чем свариваемый металл. Получаемый сварной шов имеет более глубокую величину проплавки. Помимо этого, горение дуги является более устойчивым. Обратный вариант полярности имеет смысл применять, если слишком большое выделение теплоты ухудшает качество шва. Такая ситуация возможна, когда сварке подлежат материалы, не слишком хорошо переносящие перегрев — высокоуглеродистые, легированные стали, некоторые цветные металлы. Также, если сварке подлежат тонкие листы.

При распространенном виде процесса — дуговой сварке, существенную роль играют различные параметры, такие как выбранный диаметр электрода, его тип и марка, напряжение на сварной дуге, скорость сварного процесса, положение шва. Одним из самых важных параметров является полярность сварки.

Фото: схема полярности при сварке

Род тока, который применяется в дуговой сварке, делится на два вида. Сварку дуговым способом на переменном токе осуществляют, когда предстоит совместить детали, выполненные из низколегированной стали. При этом желательно использование электродов, имеющих рутиловое покрытие. Сварку постоянным током можно осуществлять двумя способами — прямым и обратным.

Прямой вариант используют, когда предстоит сварка чугунных изделий или требуется глубокий проплав металла. Обратный вариант применяется, когда требуется сварить нетолстые листы, а сварка происходит с усиленной скоростью расплавки электрода, и еще для сваривания низкоуглеродистой стали.

Полярность влияет на внешний вид шва — его габариты и конфигурацию. При сварке постоянным током обратной полярности величина, которая означает глубину проплавки, почти в два раза значительнее, чем прямой.

Отличия режимов при сварке

Сварка прямой и обратной полярности обладает существенными различиями. Прямая полярность при сварке обладает нюансами, которые рекомендуется принимать к сведению:

  • значительную глубину;
  • небольшую ширину шва;
  • такие подключения осуществляются для сварки металлических изделий из металла, имеющих толщину не менее трех миллиметров;
  • вольфрамовые стержни используют для деталей, изготовленных из цветных металлов;
  • стабильность горения дуги;
  • быстрая расплавка электродов;
  • разбрызгивание увеличивает расход электродов.

Обратный вариант применяют тогда, когда предполагается уменьшить риск появления серьезных дефектов, приводящих к отбраковке. Такой вид также имеет смысл применять, когда сварке подлежат детали, предназначенные для ответственных конструкций. Чтобы предотвратить коробление при значительном нагревании обратный вариант применяют для сварки тонких листов.

Также имеет смысл ее использовать, когда сварке подлежат две стальные детали, обладающие разной степенью легированности. Подобные соединения обладают повышенной чувствительностью к лишнему перегреванию. Обратный способ используют, когда сварка происходит под защитой инертными газами.

Фото: потоки тока при полярности

Обратная полярность при сварке обладает в свою очередь такими особенностями:

  • обратная полярность при сварке постоянным током создает соединение не чересчур глубоким, но зато широким;
  • качество будет не таким высоким, если использовать обратный способ при сварке не тонких деталей;
  • при обратном варианте нельзя применять виды стержней, обладающих повышенной чувствительностью к перегреванию;
  • при снижении силы тока могут возникнуть скачки дуги и, соответственно, снижение прочности соединения.

При подключении аппарата к обычной сети, обеспечивающей ток переменного значения, надо использовать стержни с рутиловой оболочкой вследствие отсутствия у них зависимость от полярности. В этом случае допустимо применение любого варианта.

Что влияет на выбор

Прямая или обратная полярность при сварке выбирается сварщиком в первую очередь в зависимости от поперечных габаритов металла, подлежащего сварке. Когда она является значительной, массу на приборе следует подключать к плюсовой клемме, а электрод — к минусовой. Значительная температура на толстых элементах основательно прогреет металл в рабочей зоне. Это будет способствовать более глубокой величины провара. Сварной шов получится прочным и качественным.

Оправдывать себя будет обратная полярность при сварке тонкостенных металлических изделий. Это объясняется тем, что анодное пятно образуется на электроде, что устраняет угрозу пережога тонких деталей конструкции.

Прямая или обратная полярность в сварке выбираются также в зависимости от вида и типа металла, из которого изготовлены детали будущей конструкции. К примеру, полярность при сварке нержавейки или чугуна для получения надежного соединения должна быть обратной. Такой выбор обусловлен тем, что при этом не происходит перегрева деталей и не происходит образования тугоплавкого шва, которое потребует в дальнейшем особую обработку.

Прямая полярность при сварке применяется, когда предстоит соединять детали из алюминия. При этом пленка, которая покрывает цветной металл, от сильного нагревания расплавляется, и не является больше препятствием для образования правильного шва.

Один из критериев выбора режима — металл, применяемый в качестве покрытия стержня. Электроды, имеющие угольное покрытие, при использовании обратного варианта нагреваются быстро и разрушаются также быстро. Проволока, в которой покрытие отсутствует, хорошо себя проявляет при прямом способе.

Методика сварки должна быть описана в сопроводительной документации на соединение. Также имеются справочники, в которых содержатся необходимые сведения. Опытные сварщики могут руководствоваться своей практикой, чтобы сделать грамотный выбор полярности.

Влияние полярности на сварку

Полярность тока оказывает влияние на такие важные факторы, как глубина проплавления, качество сварного соединения и химический состав получившегося шва. Что сделать правильную установку надо четко понимать, что такое сварка током обратной полярности и что такое сварка током прямой полярности.

Термическими нюансами варианта с обратной установкой являются то, что после того, как произошло зажигание дуги, начинается появление анодного и катодного пятен. Разница температур у них является вполне впечатляющей — до 800°С. Выше температура у анодного пятна. Такое значительное количества тепла является положительным моментом для процесса, основанного на расплавления материалов с целью их дальнейшего соединения. Таким образом, обратная сварка по определению обеспечивает получение лучшего сварного шва.

При сварке с помощью постоянного тока в режиме прямой полярности металл электрода имеет скорость сгорания на 20-40% выше, чем в режиме обратной, что является недостатком метода. При работе с переменным током установка полярности никакой роли не играет. От подключения полюсов зависит форма и размеры сварного шва, что является немаловажным обстоятельством.

Достоинства и недостатки двух методик

Разные виды подключения оказывают различное влияние на процесс сварки. Нюансами сварки обратным током являются:

  • тепловая энергия поступает в большем количестве на изделие, чем на стержень с обмазкой;
  • существенный разогрев гарантирует глубокую проплавку, что является важным для получения качественного шва;
  • плавление электрода происходит в медленном темпе, что не требует его частой замены;
  • значительно снижается степень разбрызгивания металла и возникновения дефектов вследствие этого.

Прямая полярность тока при сварке имеет следующие нюансы:

  • заготовленные для сваривания детали нагреваются минимально;
  • электрод быстро плавится, что приводит к необходимости его частой замены;
  • происходит значительное разбрызгивание раскаленного металла.

Из сравнения видно, что обратная сварка обладает большим количеством преимуществ. Однако большинство производителей электродов дают свои рекомендации по применению конкретных видов этих изделий и указывают их на этикетке или в сопроводительной документации на товар.

Сварка полуавтоматом

Такой вид осуществления сварочного процесса является очень популярным и имеет много достоинств. Правильно выбранная полярность при сварке полуавтоматом позволяет выполнить этот процесс наилучшим образом. Так, например, в случае, когда сварке подлежат детали, изготовленные из нержавеющей стали и при этом применяется защитный газ, следует выбирать обратное подключение. Когда сварке подлежат алюминиевые детали и используется порошковая присадочная проволока, то использовать целесообразнее прямое подключение.

При полуавтоматической сварке происходят некоторые изменения. Держак с электродом подключают на плюс, и массу на минус. Так делают для того, чтобы применяемый для этого способа флюс полностью выгорел. Тогда сварочный процесс происходит внутри газообразного облака. Металл меньше разогревается, а разбрызгивание раскаленного металла станет минимальным.

Сварка инвертором

Инвертор — это устройство, пришедшее на смену широко применяемым ранее трансформаторам. Он обладает меньшим весом и компактностью. Еще одно преимущество перед трансформаторами — меньшее разбрызгивание раскаленного металла. Вся потребляемая инвертором электроэнергия расходуется только на функционирование сварной дуги.

Инвертор представляет собой прибор, обладающий определенными характеристиками, которые позволяют осуществлять с его помощью работы по сварке с применением различных технологий. Помимо всех основных характеристик, присущим обычным трансформаторам, инверторы обладают дополнительными, которые делают использование этого прибора более удобным и значительно расширяет их технические возможности. Инверторы могут применяться в промышленности и при сварочных работах в домашних условиях.

Фото: сварочный инвертор

В комплект инвертора входят два кабеля. Первый их них заканчивается держателем, предназначенным для электрода. Второй — зажимом в форме прищепки для закрепления на детали. Одно из основных преимуществ — возможность установки при сварке инвертором прямой и обратной полярности.

Инвертор, по сути, представляет собой прибор, преобразующий переменный ток из розетки в ток постоянный. Конструкция устройства предполагает наличие металлического корпуса, на котором для осуществления охлаждения установлены вентиляционные решетки. Для удобства при переноске прибор имеет наплечный ремень, обладающий регулировкой по размеру. Для подключения кабеля имеются стандартные разъемы. Один из них служит плюсом, а второй — минусом.

На лицевой стороне находится защита от перегрева — специальный индикатор, который срабатывает при превышении установленной температуры. С помощью маховика осуществляется плавная регулировка сварочного тока в диапазоне 10-180 В.

Как происходит сварка инвертором

Основой инверторной сварки является классический принцип, заключающийся в том, что сваривание может осуществиться при наличии высокой температуры от появившейся сварной дуги.

От контакта электрода с поверхностью изделия образуется сварная дуга. Под влиянием высокой разогретости стержень с обмазкой и часть детали, находящаяся в процессе, плавятся, следствием чего является образование сварочной ванны. Часть обмазки электрода переходит в газообразное состояние, защищающего ванну от вредоносного действия кислорода. Жидкая составляющая расплавленной обмазки располагается поверх металла, находящегося в жидком состоянии, защищая его.

Фото: технологии сварки инвертором

Остывая, жидкая обмазка образует шлак, который находится снаружи шва. Его удаляют постукиванием молотка. Важным обстоятельством для получения хорошего шва является непрерывность горения дуги. Для этого необходимо следить за постоянством длины дуги, то есть расстоянием между деталью и электродом. Это обеспечивается одинаковой скоростью, с которой электрод подается в зону сваривания. Следует стараться электрод вдоль наплавленного валика вести ровно, не отклоняясь.

Для того, чтобы при сваривании при помощи инвертора появилась дуга между электродом и деталью их металла, их необходимо подключить к разным полюсам. Разница в режимах состоит в том, куда будет подключен электрод на минус или на плюс. Правильный выбор зависит, в частности, от толщины свариваемых деталей и других факторов.

Прямую и обратную полярность при сварке постоянным током иначе называют «электрод-отрицательной» и «электрод-положительной». Такие названия более понятны и отражают варианты подключения электрода к плюсу или к минусу. Таким образом, существует правило — при прямой или иначе «электрод-отрицательной» полярности электрод подключен к минусу, а при обратной или иначе «электрод-положительной» полярности электрод подключен к плюсу.

Каждый сварочный аппарат имеет гнезда, в которые подключают кабель от держателей, функцией которых является зажим электродов. Их также иначе называют массой.

Сварка масса плюс или минус означает, что куда цеплять массу при сварке, то есть, — к какому полюсу будет подключен кабель от держателя с закрепленным в нем электродом, такая и будет получена полярность. Для получения прямой полярности кабель держателя следует подключать к положительной клемме, а для получения обратной полярности кабель держака с электродом подключают к отрицательной клемме.

Держак инвертора

При установке плюса или минуса при сварке держак следует подобрать правильно и держать его удобным способом. Чтобы имелась возможность свободно манипулировать рукой для управления инвертором при сварке, рекомендуется правильно размещать держак, в котором закрепляется электрод.

Существует несколько видов держаков:

  1. Прищепка. Это самый распространенный, удобный и дешевый вариант. В зависимости от конструкции она бывает пружинной и рычажной.
  2. Вилка-трезубец. В ней можно удерживать электрод любого диаметра. Такое устройство можно изготовить самостоятельно.
  3. Цанга. Зажимает крепко, имеет большой срок службы. Находит применение при сварке конструкций, имеющих повышенную значимость.
  4. Держатель безогарковый. Металлический штырь 1 вмонтирован в цилиндрическую рукоятку 2. Фиксация электрода обеспечивается его привариванием к штырю.
  5. Винтовой. Имеет много достоинств: обеспечивают бесперебойную подачу тока, обладают хорошим контактом, имеют возможность хорошего закрепления электродов.

Фото: держак инвертора

При сварке с помощью инвертора рекомендуется кабель держака обернуть вокруг части руки, расположенной между локтем и кистью. После этого взять держак в руку. Тянуть кабель сможет предплечье, а кисть руки остается свободной. Это поможет свободному манипулированию рукой при осуществлении сварочного процесса.

Выбор инвертора и его эксплуатация

Прямое и обратное подключение сварочного инвертора является функцией любого агрегата этого типа. Кроме этого аппарат должен обладать дополнительными свойствами:

  • антиприлипание;
  • горячий старт;
  • возможность работы с постоянным и переменным током;
  • работа в помещении с повышенной влажностью;
  • защита от перегрева;
  • индикация в цифровом виде.

Помимо этого следует тщательно подойти к грамотному выбору электродов для конкретного вида сварочного соединения. При покупке нет смысла интересоваться у продавца или искать в сопроводительной документации ответ на вопрос «Можно ли менять полярность на сварочном инверторе?». Такой функцией обладают все имеющиеся модели инверторов.

Для нормального функционирования прибора надо перед началом сварочных манипуляций производить его осмотр. При выявлении повреждений таких защитных элементов, как изоляция кабелей или шнуров от сети, следует произвести их замену. Проверка включает отсутствие значительных механических изменений корпуса инвертора, которые могли бы повлиять на нормальный ход работы.

Необходимо также провести внутреннюю чистку аппарата. Для этого придется снять кожух, чтобы получить доступ к внутренним узлам. Чтобы не навредить содержимому, чистку от пыли и грязи следует проводить струей сжатого воздуха. Отдельно проводится контроль состояния клемм, подключение к которым определяет полярность при сварке инвертором. При обнаружении на них окисления его удаляют наждачной бумагой мелкой зернистости.

Перед началом процесса сварки необходимо произвести подготовительные работы. В их число входит очистка и обезжиривание деталей, подлежащих соединению. Затем необходимо выставить на аппарате необходимые режимы. В частности, необходимо проанализировать, какая полярность подключения сварочного инвертора подойдет для осуществления конкретного вида сварки. Выяснив, какая полярность при сварке инвертором будет наиболее целесообразна, надо соответствующим образом установить кабели в предназначенные для этого клеммы, поскольку полярность сварки инвертором обеспечивается именно этим подключением.

Работа с применением инвертора на постоянном токе возможна только при двух вариантах настройки, которые регулируют направление, в котором будет двигаться электроны.

Прямая полярность при сварке инвертором предполагает, что подключение «минуса» произошло к электроду, а «плюса» — к металлической детали. Такой режим необходим для увеличения глубины сварного шва при соединении заготовок, обладающих большой шириной.

Обратная полярность при сварке инвертором означает, что электрод при выставлении необходимого режима был подключен к «плюсу», а металлическая деталь, соответственно, к «минусу».

Если во время рабочей смены ставится задача сваривания разных соединений, то для того, чтобы изменить режим достаточно поменять подключение к необходимым клеммам, что является не просто простым действием, а очень простым, осуществляемым вручную. Сварка инвертором обратной полярностью применяется значительно чаще, чем прямой. Это позволяет получить сварные шва необходимой глубины, толщины, конфигурации.

Грамотно выбранная полярность на сварочном инверторе зависит от следующих обстоятельств:

  1. Толщина деталей. При подсоединении, обеспечивающем прямую полярность, деталям достается основной нагрев. Ширина шва получается довольно глубокой. Для тонких деталей это не годится, поскольку может образоваться дефект в виде прожига, который не всегда можно ликвидировать. Поэтому для сварки тонких листов целесообразно применять обратный вариант.
  2. Вид материала свариваемых деталей. При сварочных работах приходится иметь дело с различными металлами и сплавами, которые обладают разными свойствами. К примеру, к среднеплавким металлам относится часто применяемый в конструкциях алюминий. Ему подойдет прямое включение. Перегревать нержавеющую сталь не стоит, поэтому для нее выбирают обратное подключение. Предварительный анализ и справочники помогут эффективно подойти к этому вопросу.
  3. Тип электрода. Все электроды имеют покрытие, которое при сгорании вытесняет воздух, препятствуя возникновению такого дефекта, как поры. При выборе режима необходимо учитывать совместимость режима с видом покрытия. Например, если применяют при сварке электроды с угольным покрытием, то обратная сварка не является подходящим вариантом.

Сложным случаем является, когда электрод и заготовки обладают характеристиками, которые требуют противоположных настроек. Тогда выбор полярности сварки — обратной или прямой потребует компромиссного решения. В качестве дополнительных мер принимается регулировка тока и скорости сварочного процесса. Такое решение под силу сварщикам, обладающим большими навыками, а начинающим работникам следует с ними посоветоваться. Выбор режима должен быть указан в технологической карте на производственный процесс.

Выбор электродов

При выборе электродов, предназначенных для сварки с помощью инвертора, необходимо иметь в виду, что на него будет оказывать влияние марка и вид материала, из которого изготовлены детали изделия. Особенности выбора электродов для сварки также зависят от многих факторов, таких как: какой вид тока будет использоваться при сварке — постоянный или переменный, пространственное положение сварных швов, предполагаемая скорость сварки, количество слоев шва.

К критериям выбора электродов относится то, какой должен быть вид стержня — плавящийся или неплавящийся. Плавящиеся представляют собой стержни со специальной обмазкой, назначением которой является создание зоны защиты и повышения стабильности горения дуги. Такой вид находит применение при дуговой сварке. Неплавящиеся электроды используются при сварках под защитным газом, в частности аргоном.

Фото: электроды для сварки

На выбор электродов также оказывает влияние режим полярности. Полярность электродов подразумевает, к какой клемме следует подключить стержень с обмазкой, чтобы был осуществлен выбранный режим. Электроды при обратной полярности подсоединяют к клемме, имеющей обозначение «плюс».

Современные популярные марки электродов из существующего их рейтинга обладают при применении совместно с инвертором такими преимуществами:

  • простота выполнения производственного процесса сварки;
  • получение хорошего шва соединения различных форм и размеров;
  • отделяемость образовавшегося шлака, не составляющая большого труда;
  • возможность сваривать даже детали с коррозией;
  • безопасность для сварщика.

Выбор диаметра зависит от толщины элементов изделия, подлежащих сварке. При этом существует прямая зависимость. Чем более толстые детали, тем больший диаметр электродов следует выбирать для сварки деталей конструкции. Электроды совсем маленького диаметра используют для закрепления прихваток — небольших поперечных швов для фиксации соединяемых деталей.

Покрытия стержня электрода могут носить разный характер. Они условно разделены на 4 категории. Первая из них так и называется — основной и является наиболее распространенной. Такой вариант выбирают при желании получить соединение, обладающее высоким качеством, механической прочностью, пластичностью, устойчивостью к образованию трещин. Вариант вполне годится для ответственных конструкций и в дальнейшем использовании соединения в суровых климатических условиях.

Наиболее популярной маркой электродов с рутиновым покрытием является МР-3. Они обладают многими преимуществами:

  • успешно используются для соединения деталей из низкоуглеродистой стали;
  • обеспечивают качественное соединение, как при переменном, так и при постоянном токе;
  • при выполнении сварки инвертором происходит небольшое разбрызгивание раскаленного металла;
  • применимы для выполнения швов любого пространственного положения;
  • хороший внешний вид получаемого шва.

Две другие категории находят применение реже при определенных условиях сварочного процесса.

Обучение специалистов сварных работ

Работа сварщика является престижной и обладающей постоянной востребованностью. Но, для того, чтобы стать официально оформленным специалистом, необходимо получить образование в этой области. Это будет служить гарантией для работодателя, что сварные работы будут проведены грамотно, с соблюдением современных технологий и наименьшим процентом отхода в брак.

Поскольку развитие технологий сварки и выпуск нового оборудования происходят стремительно, то даже людям, имеющим большие практические навыки в этой области необходимо периодически проходить обучение, чтобы быть в курсе происходящих перемен и усовершенствований.

Обучению подлежат не только простые исполнители-сварщики, но и руководители работ — инженеры и технологи. Высший состав может закрепить свой статус при окончании профильных факультетов колледжей и институтов, а сварщикам достаточно окончить специализированные курсы.

После окончания курсов и успешного прохождения экзаменов учащемуся выдается удостоверение об окончании и присвоении ему соответствующего разряда. Такой документ является пропуском для получения денежной и интересной работы.

Программа занятий на курсах делится на две части — теоретическую и практическую. Первую из них ведут в специально отведенных для этого аудиториях лекторы, имеющие профильное образование и педагогический стаж.

Программа курса включает различные вопросы, в том числе соответствующие теме нашей статьи:

  • полярность электродов при сварке;
  • что такое обратная полярность при сварке;
  • что такое обратная полярность при сварке инвертором;
  • что это — обратная полярность при сварке постоянным током;
  • обратная полярность при сварке постоянным током — что это такое;
  • ток обратной полярности при сварке.

Разумеется, этим не исчерпывается полный список изучаемых предметов.

Практические занятия позволяют применить полученные знания в деле. На них обязательно должен присутствовать мастер, следящий за правильным ходом выполнения работ и отвечающий на возникшие вопросы.

За дополнительные деньги можно приобрести курс индивидуального обучения, но групповые занятия имеет свои преимущества. Рекомендуется прислушиваться к разбору совершенных ошибок других участников занятий. Это позволит приобрести дополнительную информацию о правильном выполнении различных методов сварки.

После окончания прохождения программы наступает очередь доказать свои знания и показать умение приемной комиссии на выпускном экзамене. При положительной оценке, выставленной комиссией, учащемуся выдают удостоверение узаконенного образца.

В удостоверении указывается наименование учебного центра, который его выдал. Указываются практические действия по сварке, проведенные экзаменуемым. Проставляется оценка за демонстрацию теоретических основ по сварке. Необходимо следить, что внизу имелись подписи председателя и членов экзаменационной комиссии. После этого новоиспеченный сварщик ставит свою подпись.

При окончании курсов можно получить конкретную специализацию, например, «Сварщик электродуговой сварки», «Газосварщик», «Сварщик-вышкомонтажник». В последнее время особо престижной является профессия «Сварщик-аргонщик». Она дает право работать на сварке под защитой газа-аргона, что дает большие преимущества перед другими способами.

Сварщикам, мастерам, инженерам, технологам и руководителям работ, желающим иметь доступ к контролю соединений на особо ответственных конструкциях, имеется возможность получить дополнительное образование, закончив курсы НАКС. Это значительно повысит их конкурентоспособность.

Интересное видео

Прямая и обратная полярность при сварке

Сварка металла – процесс, который на первый взгляд может показаться довольно простым. Многие умельцы варят для домашних нужд, но увидеть качественный, красивый шов можно не так уж часто. Более того, в частной практике никто не проверяет крепость соединения на соответствие стандартам. Вопрос встает ребром, когда возникают определенные трудности, например, прожог листа, расхождение шва. Вот тут и нужно знать тонкости процесса – прямую и обратную полярность.

Что означает полярность при сварочных работах

В инверторных сварочных аппаратах для обозначения полярности используются надписи

В инверторных сварочных аппаратах для обозначения полярности используются надписи

Рассматривая вопрос полярности, понятно, что сварка в этом случае осуществляется током постоянного напряжения. Клеммы сварочного инвертора, куда подсоединяются силовые кабели держателя электрода и массы, обозначены значками «+» и «-». Обычно, подключая такой прибор и начиная его эксплуатировать, многие, руководствуясь инструкцией или рекомендациями знакомого специалиста, не задумываются, почему на конкретную клемму вешают именно этот, а не другой провод.

А разница все-таки есть, и здесь сокрыт недвусмысленный физический закон движения заряженных частиц – электронов. Электроны, обладая отрицательным зарядом, всегда движутся от минуса к плюсу в любой схеме, включая инвертор. При сварке можно подключить электрод как к плюсовой клемме, так и к минусовой – все будет работать. Но электроны в том и другом случае будут двигаться в разных направлениях по цепи, это отразится на процессе и конечном результате.

Подключение по схеме прямой полярности

Если схему собрать так, что плюс от инвертора идет на стальную заготовку (свариваемая деталь), потом через дуговой промежуток, сварочный электрод к минусу инвертора, то такое соединение получило название прямой полярности при сварке. В этом случае анодом выступает деталь, а катодом — электрод. Место соединения на детали будет греться сильнее, чем кончик электрода, приблизительно на 700 градусов по Цельсию.

Прямая полярность при сварке

Подключение по схеме обратной полярности

Схема подключения кабелей аппарата для сварки, когда плюс от инвертора приходит на сварной электрод, потом через дуговой промежуток попадает на рабочую деталь и минус инвертора, получила название обратной полярности при сварке. Здесь уже электрод будет греться сильнее, так как анодное пятно будет на нем, катодное – в области соединения стальных заготовок.

Обратная полярность при сварке

Выбор режима

Правильный выбор полярности при подключении сварочного оборудования может зависеть от нескольких факторов. Но самое главное для специалиста — усвоить, что на аноде, а это «+» всегда выделяется больше тепла (до 4000 градусов по Цельсию) чем на катоде (чуть больше 3000 градусов).

Виды сварочной дуги при сварке электродами

Виды сварочной дуги при сварке электродами

Это отправная точка дальнейшего анализа: толщина стали, марка, вид металла, тип сварочного электрода. В случае неответственной конструкции, возможно, будет лишним обращать внимание на полярность сварки.

Толщина заготовки – основной фактор, когда необходимо следить за полярностью. Более толстый материал в месте стыка нужно сильнее прогреть, чтобы частицы его взаимно проникли на большей площади соприкосновения, а пустоты заполнились металлом сварной проволоки – это надежность шва. Тонкий металл нельзя сильно греть, иначе можно получить дырку, некрасивый неравномерный сварной шов.

Когда сварке подвергают такие сплавы как чугун или нержавейка, то перегрев этих материалов может привести к образованию тугоплавких соединений, что нежелательно. Сплав алюминия требует мероприятий по удалению окислов, и хороший прогрев идет только на пользу. В сварочной литературе по каждому виду металла есть рекомендации об оптимальных методах и режимах работы с ним.

Покрытие электродов специальным флюсом тоже рассчитано на работу в определенных режимах. Угольный электрод для электросварки не имеет стойкости к перегреву, поэтому обратная полярность ему противопоказана. Сварная проволока полуавтоматических аппаратов более лояльна к выбору полюсовки, но каждый производитель дает на продукцию свои рекомендации по использованию.

Особенности сварки при использовании прямой полярности

Работая сварочным аппаратом постоянного тока и применяя способ подключение схемы прямой полярности, следует учитывать такие особенности процесса:

  • Шов сварочного соединения — глубоко проникающий, узкий по ширине, более крепкий по качеству;
  • Можно варить практически все типы сталей, толщина которых начинается от трех миллиметров и выше;
  • При использовании вольфрамового стержня для цветных металлов можно применять только метод прямой полярности при сварке;
  • Сварная дуга отличается стабильностью, устойчивостью к срывам, в результате чего легче контролировать процесс работы и получить красивый шов;
  • Для работы таким методом не подходят электроды, рассчитанные на использование в сварке переменным током;
  • При использовании сварочного аппарата в качестве резака, заготовка легче поддается раскройке.

Сварка прямой полярности

Особенности обратной полярности при сварке

Сварка металла при таком способе подключения оборудования имеет следующие характеристики:

  • Шов сварочного соединения менее глубок по проникновению в металл, с более выраженной шириной;
  • Метод наиболее подходит для соединения средних по толщине заготовок либо тонких листов металла;
  • При операциях с толстыми заготовками наблюдается хрупкость шва под воздействием нагрузок;
  • Для работы не подходят электроды, структура которых разрушается при перегреве;
  • Электрическая дуга отличается меньшей стабильностью, особенно в режиме работы на низких токах, что ведет к неравномерности соединения;
  • Осуществляя сварку высоколегированных сталей, необходимо строго выполнять технологический процесс рабочего цикла.

При сварке на обратной полярности

Плюсы и минусы разных методов сваривания деталей

Говоря о плюсах и минусах прямой и обратной полярности сваривания, нужно понимать, что неправильный выбор режима проявит все отрицательные стороны процесса. Толстый металл при отрицательной полярности будет слабо греться, шов получится поверхностным, придется обваривать деталь с двух сторон, что увеличит материальные и временные затраты.

Тонкий металл при положительной полярности потечет, начнет прожигаться электродом, кипящие брызги из сварочной ванны будут загрязнять поверхность изделия и требовать дополнительных усилий по их устранению.

Если же все учесть правильно, то минусы обратятся в плюсы, процесс сварки будет несложным для выполнения и радовать глаз результатом.

Характеристики сварного шва

Видео по теме: Прямая и обратная полярность при работе инверторным аппаратом

Прямая и обратная полярность при сварке инвертором

Сварку металлов постоянным током можно проводить двумя режимами: с прямой полярностью и обратной. Прямая полярность при сварке – это когда к электроду подключается минус, к металлической заготовке плюс. При сварке током обратной полярности все наоборот, то есть, к стержню подключается плюс, к изделию минус.

14125221

Зачем все это нужно

При сварке постоянным током на кончике электрода образуется термическое пятно, которое обладает высокой температурой. В зависимости от того, какой полюс подключен к электроду, будет зависеть и температура на его кончике, а соответственно будет зависеть режим сварочного процесса. К примеру, если подключен к расходнику плюс, то на его конце образуется анодное пятно, температура которого равна 3900С. Если минус, то получается катодное пятно с температурой 3200С. Разница существенная.

Что это дает.

  • При сварке током прямой полярности основная температурная нагрузка ложится на металлическую заготовку. То есть, она разогревается сильнее, что позволяет углубить корень сварочного шва.
  • При сварке током обратной полярности концентрация температуры происходит на кончике электрода. То есть, основной металл при этом нагревается меньше. Поэтому этот режим в основном используют при соединении заготовок с небольшой толщиной.

Необходимо добавить, что режим обратной полярности применяют также при стыковке высокоуглеродистых и легированных сталей, нержавейки. То есть, тех видов металлов, которые чувствительны к перегреву.

Внимание! Так как на анодном и катодном пятне температура разная, то от правильного подключения сварочного аппарата будет зависеть расход самого электрода. То есть, обратная полярность при сварке инвертором – это перерасход электродов.

В процессе сварки постоянным током необходимо добиться того, чтобы металл заготовок прогрелся хорошо, практически до состояния расплавленного. То есть, должна образоваться сварочная ванна. Именно прямая и обратная полярность режима сваривания влияет на качественное состояние ванны.

  • Если сила тока будут большой, а значит, и температура нагрева также будет высокой, то металл разогреется до такого состояния, что электрическая дуга будут просто его отталкивать. Ни о каком соединении здесь уже говорить не придется.
  • Если ток будут, наоборот, слишком мал, то металл не разогреется до необходимого состояния. И это тоже минус.

При прямой полярности внутри ванны будет создана среда, которой легко руководить электродом. Она растекается, поэтому одно движение стержня создает направленность сварного шва. При этом легко контролируется глубина сваривания.

Кстати, скорость движения электрода напрямую влияет на качество конечного результата. Чем скорость выше, тем меньше тепла поступает в зону сварки, тем меньше прогревается основной металл заготовок. Уменьшая скорость, увеличивается температура внутри сварочной ванны. То есть, металл хорошо прогревается. Поэтому опытные сварщики выставляют на инверторе ток больше необходимого. А вот качество сварного шва контролируют именно скоростью перемещения электрода.

Что касается самих электродов, то выбор полярности обусловлен материалом, из которого он изготовлен, или видом обмазки. К примеру, использование обратной полярности при сварке постоянным током, в которой применяется угольный электрод, приводит к быстрому расходу сварных стержней. Потому что при высоких температурах угольный электрод начинает разрушаться. Поэтому этот вид используется только при режиме прямой полярности. Чистый металлический стержень без покрытия, наоборот, хорошо заполняет сварочный шов при обратной полярности.

Глубина и ширина сварочного шва также зависит от используемого режима. Чем выше ток, тем происходит увеличение провара. То есть, увеличивается глубина сварного шва. Все дело в погонной энергии на дуге. По сути, это количество тепловой энергии, проходящей через единицу длины сварочного шва. Но увеличивать ток до бесконечности нельзя, даже в независимости от толщины свариваемых металлических заготовок. Потому что тепловая энергия создает давление на расплавленный металл, что вызывает его вытеснение. Конечный результат такой электросварки при повышенном токе – прожог сварочной ванны. Если говорить о влиянии прямой и обратной полярности при сварке инвертором, то большую глубину проплавки может обеспечить режим обратной полярности.

Некоторые особенности сваривания при прямой полярности

Что такое прямая полярность определено. Указаны некоторые качества сварных швов при проведении процесса соединения в режиме прямой полярности. Но остались некоторые тонкие моменты.

  • В сварочную ванну металл от электродов или присадочных материалов переносится большими каплями. Это, во-первых, большой разбрызг металла. Во-вторых, увеличение коэффициента проплавления.
  • При таком режиме электрическая дуга нестабильна.
  • С одной стороны снижение глубины провара, с противоположной снижение внедрения углерода в массу металла заготовки.
  • Правильный нагрев металла.
  • Меньший нагрев стержня электрода или присадочной проволоки, что позволяет сварщику использовать токи с более высоким значением.
  • При некоторых сварочных материалах наблюдается увеличение коэффициента наплавки. К примеру, при использовании плавящихся электродов в инертных и некоторых активных газах. Или при применении присадочных материалов, которые наносятся под флюсами некоторых типов, например, марки ОСЦ-45.
  • Кстати, прямая полярность влияет и на состав материала, оказавшегося в шве между двумя металлическими заготовками. Обычно в металле практически отсутствует углерод, но зато в большом количестве присутствует кремний и марганец.

Особенности сварки током обратной полярности

Сваривание тонких заготовок – процесс с повышенной трудностью, потому что постоянно присутствует опасность появления прожогов. Поэтому их соединяют режимом обратной полярности. Но есть и другие методы, чтобы снизить опасность.

  • Снизить потенциал тока, чтобы уменьшить температуру на заготовке.
  • Сварку лучше проводить прерывистым швом. К примеру, сделать небольшой участок в начале, затем переместиться в центр, после начать стыковку с противоположной стороны, далее начать варить промежуточные участки. В общем, схему можно менять. Таким способом можно избежать коробления металла, особенно если длина стыка больше 20 см. Чем больше сваренных отрезков, чем короче каждый участок, тем меньше процент коробления металла.
  • Очень тонкие металлические заготовки сваривают с периодическим прерыванием электрической дуги. То есть, электрод выдергивается из зоны сварки, затем тут же быстро снова поджигается, и процесс продолжается.
  • Если проводится сварка внахлест, то две заготовки должны быть герметично прижиматься друг к другу. Небольшой воздушный зазор приводит к прожогу верхней детали. Для создания плотного прилегания нужно использовать струбцины или любой груз.
  • При стыковочном соединении заготовок лучше минимизировать зазор межу деталями, а идеально, чтобы зазора не было бы вообще.
  • Для сварки очень тонких заготовок с неровными кромками под стык необходимо уложить материал, который бы хорошо забирал на себя тепло процесса. Обычно для этого используют медную пластину. Можно и стальную. В данном случае, чем больше толщина вспомогательного слоя, тем лучше.
  • Можно провести отбортовку кромок свариваемых изделий. Угол отбортовки — 180°.

Специалисты же рекомендуют, перед тем как начать сварку тонких заготовок обратной полярностью, лучше немного потренироваться на дефектном листе металла. Лучше потратите время на тренировку, чем латать дыры от прожога.

Поделись с друзьями

2

0

1

0

Прямая и обратная полярность при сварке: выбор режима, подключение

Полярность тока является одним из основных параметров, определяющих особенности сварки металлических конструкций. Этот параметр влияет на температуру стержней с электропроводным материалом. При обработке изделий током с прямой или обратной полярностью важно учитывать основные схемы подключения, толщину заготовок и технические параметры электродного стержня.

Прямая и обратная полярность при сваркеПрямая и обратная полярность при сварке

Полярность при сварочных работах

При ручной дуговой сварке подача присадочной проволоки осуществляется в автоматическом режиме. Сваривание деталей по технологии РДС осуществляется при постоянном токе. К клеммам сварочного инвертора нужно подключить кабели массы и электрода. Они обозначаются знаками “+” и “-“. Полярность определяет способ подсоединения проводов к клеммным колодкам полуавтомата. Этот этого параметра зависит характер движения элементарных частиц, что воздействует на сварочный процесс. Если полуавтоматический прибор для сварки функционирует при переменном токе, то сварщик не сможет поменять полярность

При сварке с прямой полярностью кабель с электродным стержнем соединяется с контактом “минус”, провод с прищепкой – с разъемом “плюс”. Температура на концах электрического инвертора достигает 1000 °C. При переходе на обратную полярность провода с электродом и прищепкой нужно поменять местами. Температура на концах электродного стержня повысится до 4000 °C. Смена полярности позволяет контролировать температурный режим обрабатываемых заготовок.

Зависимость провара от полярностиЗависимость провара от полярности

Изменять местоположение кабелей необходимо при обработке легированных изделий. Полярность меняется при различных функциональных режимах сварочного аппарата. Они определяются размерами и материалом изготовления свариваемых изделий. Прямое подключение кабелей используется при проведении сварочных работ на открытом воздухе. В данных условиях детали соединяются с применением трубчатой нити из алюминия, заполненной порошкообразным веществом. В этих условиях можно сваривать толстые металлические пластины.

Смена местоположения кабелей осуществляется при следующих условиях:

  1. При наличии защитных газ, предназначенных для изолирования металлов от воздействия оксидов и ускорение нагрева дуги.
  2. При использовании флюсовых присадок, необходимого для создания однородного диффузного слоя.

При прямой и обратной полярности формируются анодные и катодные пятна. Анодное облако является наиболее горячим. Его температура может достигать 800 °C. Через пятна проходит электроток. В этих областях наблюдается низкое напряжение, что обусловлено местоположением сварочной дуги.

Сварочная дуга при прямой и обратной полярностиСварочная дуга при прямой и обратной полярности

Смена полярности позволяет сварщику увеличить глубину сварочного шва и обрабатывать конструкции с шириной менее 0,3 см. Сварка на прямой и обратной последовательности предоставляет возможность регулировать расположение дуги, что снижает скорость нагрева свариваемых изделий.

Выделяют следующие особенности сварки MMA с прямой полярностью:

  1. Позволяет получить прочный, узкий и глубокий сварочный шов.
  2. Облегчает сварку изделий, в составе которых отсутствует железо, и деталей толщиной более 0,3 см.
  3. Стабильность и устойчивость электрической дуги к срывам.
  4. Сварка невозможна, если применяются металлические стержни с электропроводным материалом, работающих при переменном токе.
  5. Высокое качества раскройки обрабатываемых заготовок.
  6. Воздействует на химический состав свариваемых изделий.
  7. Высокой коэффициент наплавки при нагревании сварочной дуги в аргоновой или гелиевой среде.
  8. Низкие темпы нагрева стержня электрического проводника или присадочной проволоки. Благодаря этому свойству при сварке модно применять инверторы, функционирующие при высокочастотных токах.
  9. Снижает процент внедрения карбона в массу свариваемого изделия.

РДС сварка при обратном подключении обладает следующими отличиями:

  1. Большая толщина и низкая глубина шва.
  2. При соединении тонких пластин их поверхность не деформируется.
  3. Нестабильность дуги, поэтому для сварки нельзя применять инверторы, работающие на невысоких токах.
  4. Низкий риск прожога поверхности металла, что обусловлено отбортовкой свариваемых поверхностей.
  5. При сваривании нельзя использовать стержни, разрушающихся при воздействии высоких температур.
  6. Требует минимизации зазора между свариваемыми частями.
  7. Низкий потенциал напряжения электротока.
  8. Сварка производится прерывистым швом.

При неправильном выборе полярности заготовки могут частично расплавиться, что приведет к возникновению кипящих брызг в сварочной ванне.

Подключение по схеме прямой полярности

При сварке током прямой полярности клеммная колодка “+” соединяется с обрабатываемым изделием. Подключение электродного стержня к контакту “-“ осуществляется через дуговой промежуток. При сварке с прямой полярностью электрический проводник будет нагреваться медленнее, чем металл. Поэтому температура между ними отличается на 700 °C. Во время сварки с постоянным током обратной полярности концы электродного стержня будут нагреваться сильнее поверхности заготовки. При прямом подключении роль катода исполняет электрод, обрабатываемые детали выступают в качестве анода.

Швы при сварке прямой полярностьюШвы при сварке прямой полярностью

Образование сварочной ванны – основная задача при сварке током прямой полярности. Для этого нужно прогреть заготовку до температуры плавления. При повышении силы электротока детали будут отталкиваться от сварочной дуги, что не позволит плотно соединить детали. При сварке с прямой полярностью требуются приборы, работающие при высокочастотных токах.

Подключение по схеме обратной полярности

При сварке постоянным током обратной полярности кабель с электродным стержнем необходимо подсоединить к “плюсу” инвертора, кабель на металл – к “минусу” инвертора. В этом случае роль катода выполняют поверхности заготовок, электрод становится анодом. В результате образуется рассеянная зона контакта между электрической дугой и свариваемым металлом. При сварке с обратной полярностью точка максимального разогрева размещается на металлическом стержне. В результате увеличивается глубина проплавки металлической поверхности.

Выбор режима полярности

Выбор полярности зависит от следующих факторов:

  1. Возможность прожога обрабатываемых заготовок.
  2. Наличие легированных сталей или нержавеющих сплавов железа в составе свариваемых изделий.
  3. Вероятность соединения металлических пластин малой толщины.

Швы при обратной полярностиШвы при обратной полярности

При смене полярности необходимо учитывать, что на аноде выделяется большое тепловой энергии, чем на катоде. Изначально сварочные аппараты работают по схеме прямого подключения. Сварщику необходимо изменять местоположение кабелей с электродным стержнем и прищепкой на металл при сваривании конструкций с разным поперечным сечением и толщиной. Для выбора правильного режима подключения проводников, необходимо учитывать следующие характеристики, определяющие особенности сварки:

  1. Расстояние между верхними и нижними поверхностями заготовок: основной фактор, воздействующий на структуру шва во время сварки постоянным током. При обработке толстых изделий необходимо прожечь поверхностью металлов. Это позволит увеличить площадь соприкосновения, что позволит сварной проволоке заполнить пустоты в поверхностях заготовок. В этом случае необходимо использовать сварку с прямой полярностью. Если нужно обработать изделия малой толщины, то нужно подавать отрицательный заряд на металл, положительный – на стержень электрода. Иначе на месте сварки могут образоваться небольшие отверстия или неровные швы.
  2. Сила тока: этот параметр определяет степень прогрева металла и электродов. Чем сильнее электроток, подаваемый сварочным инвертором, тем интенсивнее происходит процесс горения дуги. Сила тока зависит от расположения свариваемой поверхности. Если заготовка размещена горизонтально, то данный показатель уменьшается на 15%.

Также для определения полярности нужно знать материал изготовления обрабатываемой заготовки, ее толщину и параметры электродного стержня. Определить эти показатели можно в руководстве к сварочному прибору. В нем производитель оборудования указывает обстоятельства для смены полярности.

Толщина края металлической заготовки

Сваривание конструкций с толстыми краями необходимо подключать клеммы инвертора по схеме прямой полярности. В данных условиях дополнительное тепло будет концентрироваться в местах плавки. Это способствует увеличение глубины сварочного шва. Поверхности деталей смогут плотно соединиться без деформации. При обработке тонкого металла необходимо применять обратную полярность. Края детали во время сварки не должны перегреваться. Иначе снизятся качество шва и прочность соединения.

Подбор режима сваркиПодбор режима сварки

Разновидность металла

При обработке металлических поверхностей из разных материалов необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Изделия из алюминия свариваются при прямом подключении. Алюминиевые детали имеют высокую теплопроводность и небольшой вес. Отличительным свойством этого металла является высокая степень окисления. Поэтому при сварке на алюминиевых заготовках формируется пленка. Она не позволяет деталям плотно соединиться. Прямая полярность снижает число образующихся окислов и образует сварочную ванну до появления оксидной пленки. При обработке рекомендуется использовать инертные газы. Они f линейного расширения и литейной усадки, высоким коэффициентом теплопроводности и низкой устойчивостью к межкристаллической коррозии. Эти свойства увеличивают риск сквозного проплавления и деформации металла. Поэтому детали из сплавов железа не требуют дополнительного тепла. При изменении полярности во время сварки рекомендуется использовать инверторы, поставляющие электричество с низкой силой тока.

Сварка алюминияСварка алюминия

Цветные металлы необходимо плавить при помощи электродных стержней из вольфрама по схемам прямой полярности.

Тип электрода

Для определения полярности необходимо учитывать основные характеристики электрода: разновидности анодного пятна, разновидность флюса и температура. Выделяют следующие виды электрических проводников в зависимости от технических характеристик:

  1. ЦЛ-11: применяются при сварке по схемам обратной полярности. Эти электроды способны обрабатывать поверхность металлов из плотной нержавеющей стали и иных сплавов железа с высокой устойчивостью к воздействию коррозии. Они обеспечивают высокое качество шва без разрушения защитного слоя металла. Электродные стержни ЦЛ-11 покрываются специальным раствором из фосфора и калия. Он защищает сварочный шов от негативного воздействия окружающей среды. Электрические проводники ЦЛ-11 нужно хранить в сухих помещениях. При их эксплуатации рекомендуется использовать короткие дуги, что обеспечивает лучшую проплавку металла.
  2. НИАТ-1: применяются для соединения деталей небольшой толщины при подключении кабелей по схеме обратной полярности. Эти электроды обладают антикоррозийными свойствами. Они устойчивы к большим нагрузкам. Данные проводники увеличивают прочность сварочного соединения. В состав электрических проводников НИАТ-1 входят магний, молибден, углерод, никель и силикаты. Эти химические элементы обладают невысоким коэффициентов наплавки (до 10 г/Ач), что увеличивает производительность электрода. Перед эксплуатацией электрических проводников рекомендуется подвергнуть их термической обработке в специализированных печах. Прокалку электродов необходимо проводить в течение 1 часа.
  3. ОЗЛ-8: используются при обработке цветных металлов током прямой полярности. Они могут функционировать в рабочей среде с температурой ниже 1000°C. Эти электрические проводники имеют антикоррозийные свойства. Поэтому они могут применяться для обработки легированных сталей. Электродные стержни ОЗЛ-8 изготавливаются на основе небольшого стержня из сварочной проволоки диаметром до 5 мм. Коэффициент наплавки данных электрических проводников составляет не более 13 г/Ач, предел текучести – 400 МПА. Для наплавки 1 кг сварочного шва требуется 600 г электродов ОЗЛ-8.

Подбор электродов Подбор электродов

При использовании электродов необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Перед процессом сваривания металлических деталей тщательно очистить стержни электрического проводника.
  2. Обработать свариваемые детали химических раствором, защищающим их поверхность от пыли и иных видов загрязнений. Он также придает металлу блеск.
  3. При использовании новых электродов нужно предварительно осуществить их прокалку в специальных сушильных печах.
  4. В процессе сваривания заготовок требуется держать электродный стержень перпендикулярно оси сварочного шва.
  5. Держать электрическую дугу на расстоянии 3 мм от свариваемых кромок.
  6. Во время сварки нельзя совершать резкие рывки. В противном случае изменится рисунок шва.
  7. Чтобы избежать образования пористых поверхностей, необходимо очистить обрабатываемые изделия от шлаков и остатков расплавленного электрода.
  8. Нельзя допускать резкое понижение температуры электрического проводника. Иначе инструмент может частично деформироваться.

Электроды для сварки Электроды для сварки

Нюансы эксплуатации электродов при разных полярностях указаны в инструкциях, составляемых при изготовлении этих инструментов. Они публикуются на официальных сайтах производителей электрических проводников.

Прямая и обратная полярность при сварке инвертором

Правильное выполнение сварочных работ во многом зависит от выбранных настроек аппаратуры. В работе с полуавтоматическими установками важно не только правильно выбрать силу тока, но и установить нужную полярность. Заводская настройка (по умолчанию) не подходит для выполнения очень многих задач. Особенно, когда речь идет о соединении высоколегированной стали, цветных или редких металлов. Поэтому для получения сварочного шва хорошего качества необходимо должным образом настроить оборудование.

Как влияет полярность при сварке

Понятие полярность подразумевает определенный вариант подключения аппаратуры, который продиктован стоящей задачей и особенностями соединения определенных материалов. Для смены полярности достаточно просто «перекинуть» клеммы. После этого направление движения тока поменяется и, соответственно, изменятся физические процессы сваривания.

Существует только два варианта полярности, которые настраиваются перед работой:

  • Прямая. Выбирается в случаях, когда необходимо соединить два толстые детали, а швы должны быть глубокими. Заготовки в этом случае подключаются к положительной клемме, а электрод – к минусовой. Подключение прямой полярностью приводит к тому, что в процессе работы образуются катодные и анодные пятна. Более горячее из них – анодное – возникает на заготовке: именно к ней подключена плюсовая клемма. Из-за этого металл прогревается (а, следовательно, и плавится) на большую глубину. Это дает возможность работать с алюминиевыми, чугунными и другими деталями из сложных сплавов.
  • Обратная. В этом случае наоборот: электрод подключается к плюсовой клемме, а заготовка – к минусовой. Анодное более горячее пятно может образоваться только на расходнике. Данный вариант подключения хорош тем, что дает возможность работать с тонкостенными и легкоплавными металлами.

В зависимости от поставленных целей и материалов сварщик выбирает на инверторе тот или иной вариант полярности. Молодые специалисты, которые не изучали теоретическую часть, нередко испытывают проблемы при работе с металлами малой или большой толщины. Поэтому очень важно внимательно изучить техническую документацию, которая идет в комплекте с инвертором. И только после этого можно приступать к практической части.

Что такое прямая и обратная полярность: техусловия выбора

Основой для взвешенного выбора типа полярности служат технические условия, которых необходимо придерживаться во время сварки. Благодаря конкретному типу подключения более высокий температурный режим находится на заготовке или же на самом электроде. На окончательное решение влияют несколько важных факторов.

Толщина заготовки

Прямое подключение лучше всего подходит для работы с заготовками малой и большой толщины. В этом случае заготовка разогревается лучше по сравнению с электродом, что дает возможность получить более глубокий шов. Этот режим отлично подходит и для резки металла. Для тонких листов лучше выбрать обратную полярность. Тогда основное тепло сосредотачивается на электроде и перегрев заготовки удается предотвратить.

Тип металла

Изменение расположения теплового пятна позволяет выбрать наиболее подходящий режим работы под конкретную деталь. К примеру, нержавеющую сталь или чугун достаточно легко перегреть. В этом случае лучше подходит подключение с обратной полярностью, что дает возможность сформировать прочный и надежный шов. А вот алюминиевые сплавы нужно варить с прямой полярностью. В таком случае удается быстрее преодолеть окислительную пленку.

Тип расходных материалов

Условия зависят от типа флюса расходного материала. Для угольных электродов не подходит обратная полярность. При таком раскладе флюс будет перегрет и стержень станет непригодным для дальнейшего использования. Бывают случаи, когда материал флюса и заготовки выдвигают взаимоисключающие требования. Сварщику приходится проявлять максимум изобретательности, чтобы найти оптимальное смещение силы тока и выбрать подходящий рабочий цикл.

Читайте также: Сварка инвертором для начинающих

Сварка прямой полярностью

Каждый из способов сваривания металла обладает индивидуальными характеристиками. При работе инвертором с подключением методом прямой полярности отмечаются такие особенности:

  • Расходные материалы и присадки расплавляются, образуя в ванночке крупные металлические капельки. Эта особенность приводит к возрастанию степени проплавления заготовки и увеличению количества брызг.
  • При прямом подключении наблюдается снижение стабильности сварочной дуги.
  • При прогреве не нарушается структура материала. Металлическая решетка остается неизменной.
  • В связи с тем, что температура расходного материала остается сравнительно невысокой, можно увеличить силу тока.
  • Некоторые сварочные материалы характеризуются высоким коэффициентом наплавки. Он тем более растет, если применять плавящиеся электроды в инертной среде. Точно такого же эффекта можно достичь в результате химической реакции присадок и некоторых видов флюса.
  • При прямой полярности структура материала в сварочной ванне характеризуется повышенным содержанием кремния и марганца при полном отсутствии углерода.

Читайте также: Рейтинг лучших сварочных инверторов

Сварка обратной полярностью

Метод применяется в обязательном порядке, если приходится работать с тонкими металлическими листами. Существует вероятность испортить заготовку: ее реально расплавить в месте соединения. Избежать такого результата можно, используя такие методы:

  • Уменьшение силы рабочего тока, что приводит к снижению температуры заготовки.
  • Формирование прерывистого сварочного шва. Сперва делается несколько прихватов по длине шва, которые впоследствии соединяются в одно целое. Схема может претерпевать изменения в зависимости от конкретных условий работы. Способ прерывистого шва дает возможность исключить деформацию рабочей поверхности. Особенно эффективен прием для швов длиной более 20 см.
  • Сваривание особо тонких заготовок прерывающейся сварочной дугой. Электрод уводится из рабочей зоны и, когда дуга прервалась, тотчас возвращается на место. Процесс получается практически непрерывным.
  • При сварке двух заготовок внахлест важно как можно плотнее прижать их одна к другой. даже минимальная воздушная прослойка может привести к прожиганию верхней части конструкции. Для более плотного прижима можно использовать струбцины или тяжелый груз.
  • Точно так же сваривание встык требует минимального зазора. Идеально, если его не буде вообще.
  • Тонкие заготовки с неровными краями соединяют с использованием подложки. Ее задача состоит в том, чтобы отвести избыточное тепло. Для этих целей лучше всего подходят толстые листы стали или меди.

Новичкам начинать практиковаться лучше с обратной полярностью. Это дает возможность уловить тонкости процесса и в дальнейшем не допускать прожогов или других дефектов.

что это такое и как определить

Многие автолюбители, приобретая новую аккумуляторную батарею, обращают внимание только на ее рабочие параметры – напряжение, емкость, и размеры, забывая при этом о полярности. Сразу отметим, что этот термин у АКБ не относится к физике, а является исключительно конструктивным понятием. В результате, игнорирование полярности приводит к тому, что батарею просто не удается подключить к сети потому, что провода с клеммами не достают к выводам аккумулятора.

Что значит прямая или обратная полярность аккумулятора

Понятие «полярность» определяет положение клеммных выводов аккумуляторной батареи. Самыми распространенными являются два ее вида – прямая и обратная. Далее разберемся, что такое прямая и обратная полярность аккумулятора, как ее определить, и также некоторые полезные советы.

  • Аккумуляторы с прямой полярностью – еще разработка советских инженеров, отсюда и второе ее название. Применяется она на батареях, производимых на постсоветском пространстве. Ее особенность заключается в том, что «плюсовой» вывод установлен слева, а «минусовой» — справа на верхней крышке корпуса АКБ.
  • Обратная полярность – противоположность прямой. Ее используют в европейских странах, поэтому на иномарках применяется именно она. У такой полярности «плюс» расположен справа, а «минусовой» вывод – слева.

Сразу отметим, что и не на всех европейских машинах устанавливаются АКБ с обратной полярностью. Некоторые модели, которые собираются в СНГ, могут комплектоваться аккумуляторами с прямой полярность. А вот на отечественных машинах, даже на самых последних моделях, используются батареи с прямой полярностью.

Теперь о том, почему так важно знать, какая полярность АКБ нужна. Здесь все просто – провода для подключения к батарее имеют ограниченную длину, поэтому установка аккумулятора с неподходящей полярностью приведет к тому, что его просто невозможно будет подключить к бортовой сети, поскольку клеммы не будут доставать до выводов.

Как определить прямая или обратная?

Распознать, какая полярность у аккумулятора совсем несложно. Достаточно повернуть его «лицом» к себе, то есть, чтобы боковая наклейка была обращена в вашу сторону, а сами выводы располагались с ближней стороны. После этого просто смотрим, как расположены выводы: если «плюс» — слева, то прямая полярность, правое же его положение указывает на обратную.

прямая и обратная полярность аккумуляторапрямая и обратная полярность аккумулятора

Но перед приобретением новой батареи важно учитывать не только полярность, но и само ее расположение в посадочном месте на авто. Ведь достаточно повернуть батарею на 180 град, чтобы поменять полярность аккумулятора, вот только выводы в таком случае будут с дальней стороны. А это уже может создать проблемы с подключением АКБ к бортовой сети, из-за того, что проводов будет нахватать или же что-то помешает накинуть и закрепить клеммы.

Видео о прямой и обратной полярности аккумулятора

Определение полярности автомобильного аккумулятораОпределение полярности автомобильного аккумулятора

Что делать если перепутал полярность?

Бывает так, что батарея уже приобретена, но полярность ее не подходит, а возможности заменить на аккумулятор с нужным положением выводов нет. И все же ее можно подключить к сети авто.

Но для этого АКБ следует разместить так, чтобы «плюсовой» вывод располагался как можно ближе соответствующей клемме проводки (развернуть аккумулятор, немного сместить его в сторону). Важно сделать так, чтобы получилось подключить клемму к выводу батареи и закрепить ее.

Естественно, «минусовой» провод при этом доставать до вывода не будет, да это и не нужно. Далее берем длинный отрезок провода с хорошим сечением (можно использовать часть провода для «прикуривания»). Откручиваем «родной» массовый провод от кузова авто и заменяем его подготовленным отрезком. Закрепляем на конце клемму для подключения к АКБ и накидываем ее на вывод. Таким способом можно подключить к бортовой сети батарею с любой полярностью.

Похожие статьи

В чем разница между обратным и прямым проектированием в SQL

Переполнение стека

  1. Товары

  2. Клиенты
  3. Случаи использования
  1. Переполнение стека
    Общественные вопросы и ответы

  2. Команды
    Частные вопросы и ответы для вашей команды

  3. предприятие
    Частные вопросы и ответы для вашего предприятия

  4. работы
    Программирование и связанные с ним возможности технической карьеры

  5. Талант
    Нанять технических талантов

  6. реклама
    Обратитесь к разработчикам по всему миру

Загрузка…

.

Прямое распространение в нейронных сетях — Упрощенная математическая и программная версия | Автор: викашрадж луханивал

vikashraj luhaniwal

Как мы все знаем из последнего десятилетия глубокое обучение стало одной из наиболее широко распространенных новых технологий. Это связано с его репрезентативной силой функций.

Согласно Универсальная аппроксимационная теорема , хорошо управляемая и спроектированная глубокая нейронная сеть может аппроксимировать любые произвольные сложные и непрерывные отношения между переменными.На самом деле, есть несколько других причин успеха глубокого обучения . Я не буду здесь обсуждать эти возможные причины.

Цель этого поста — объяснить прямое распространение (один из основных процессов на этапе обучения) более простым способом.

Обучающий алгоритм / модель определяет параметры (веса и смещения) с помощью прямого распространения и обратного распространения .

a Как следует из названия, входные данные передаются в прямом направлении по сети.Каждый скрытый слой принимает входные данные, обрабатывает их в соответствии с функцией активации и переходит на следующий уровень.

Почему сеть прямого распространения?

Чтобы сгенерировать какой-либо вывод, входные данные должны подаваться только в прямом направлении. Данные не должны течь в обратном направлении во время генерации выходных данных, в противном случае они будут формировать цикл, и выходные данные никогда не будут созданы. Такие конфигурации сети известны как сеть прямого распространения .Сеть прямого распространения помогает в прямом распространении .

На каждом нейроне в скрытом или выходном слое обработка происходит в два этапа:

  1. Предварительная активация: это взвешенная сумма входов , т.е. линейное преобразование весов относительно доступных входов. На основе этой агрегированной суммы и функции активации нейрон принимает решение, передавать эту информацию дальше или нет.
  2. Активация: вычисленная взвешенная сумма входов передается в функцию активации. Функция активации — это математическая функция, которая добавляет сети нелинейность. Существует четыре часто используемых и популярных функции активации — сигмовидная, гиперболический тангенс (tanh), ReLU и Softmax.

Теперь давайте разберемся с прямым распространением на примере. Рассмотрим нелинейно разделяемых данных в виде двух лун точек данных, следующих по спирали.Эти сгенерированные данные имеют два разных класса.

Данные могут быть сгенерированы с помощью функции make_moons () модуля sklearn.datasets . Общее количество сэмплов, которые должны быть сгенерированы, и шум формы луны можно настроить с помощью параметров функции.

 import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.colors
from sklearn.datasets import make_moonsnp.random.seed (0) data, labels = make_moons (n_samples = 200, noise = 0.04, random_state = 0)
print (data.shape, labels.shape) color_map = matplotlib.colors.LinearSegmentedColormap.from_list ("", ["красный", "желтый"])
plt.scatter (data [:, 0 ], data [:, 1], c = labels, cmap = my_cmap)
plt.show ()

визуализация набора данных

Здесь для генерации данных используются 200 выборок, и у них есть два класса, показанные красным и зеленым цветом.

Теперь давайте посмотрим на структуру нейронной сети, чтобы предсказать класс для этой задачи двоичной классификации . Здесь я собираюсь использовать один скрытый слой с двумя нейронами, выходной слой с одним нейроном и функцию активации сигмоида .

Во время прямого распространения на каждом узле скрытого и выходного уровня происходит предварительная активация и активация . Например, в первом узле скрытого слоя сначала вычисляется a1 ( предварительная активация ), а затем вычисляется h2 ( активация ).

a1 — это взвешенная сумма входов. Здесь веса генерируются случайным образом.

a1 = w1 * x1 + w2 * x2 + b1 = 1.76 * 0,88 + 0,40 * (- 0,49) + 0 = 1,37 приблизительно и h2 — значение функции активации, примененной к a1.

Аналогично

a2 = w3 * x1 + w4 * x2 + b2 = 0,97 * 0,88 + 2,24 * (- 0,49) + 0 = -2,29 приблизительно и

Для любого слоя после первого скрытого слоя ввод вывод из предыдущего слоя.

a3 = w5 * h2 + w6 * h3 + b3 = 1,86 * 0,8 + (-0,97) * 0,44 + 0 = 1,1 приблизительно

и

Таким образом, вероятность того, что первое наблюдение будет принадлежать к классу 1, составляет 74%. ,Таким же образом можно рассчитать прогнозируемый результат для всех других наблюдений.

На изображении ниже представлено преобразование данных из входного слоя в выходной слой для первого наблюдения.

Преобразование данных из входного уровня в выходной

Теперь давайте посмотрим, как реализована описанная выше нейронная сеть в Jupyter notebook. Фактически, при построении глубоких нейронных сетей используются такие фреймворки, как Tensorflow, Keras, PyTorch и т. Д.

 from sklearn.model_selection import train_test_split # Разделение данных на данные обучения и тестирования 
X_train, X_val, Y_train, Y_val = train_test_split (data, labels, stratify = labels, random_state = 0)
print (X_train.shape, X_val.shape)

Здесь 150 наблюдений используются для целей обучения и 50 для целей тестирования в соответствии с коэффициентом разделения по умолчанию 75:25.

Теперь давайте определим класс для прямого распространения , где веса инициализируются случайным образом.

 class FeedForwardNetwork: 

def __init __ (self):
np.random.seed (0)
self.w1 = np.random.randn ()
self.w2 = np.random.randn ()
self.w3 = np.random.randn ()
self.w4 = np.random.randn ()
self.w5 = np.random.randn ()
self.w6 = np.random.randn ()
self.b1 = 0
self.b2 = 0
self.b3 = 0

def sigmoid (self, x):
return 1.0 / (1.0 + np.exp (-x))

def forward_pass (self, x):
self.x1, self.x2 = x
self.a1 = self.w1 * self.x1 + self.w2 * self.x2 + self.b1
self.h2 = self.sigmoid (self.a1)
self.a2 = self.w3 * self.x1 + self.w4 * self.x2 + self.b2
self.h3 = self.sigmoid (self.a2)
self.a3 = self.w5 * self.h2 + self.w6 * self.h3 + self.b3
self.h4 = self.sigmoid (self.a3)
forward_matrix = np.array ([[0,0,0,0, self.h4,0,0,0],
[0,0, (self .w5 * self.h2), (self.w6 * self.h3), self.b3, self.a3,0,0],
[0,0,0, self.h2,0,0,0, self .h3],
[(self.w1 * self.x1), (self.w2 * self.x2), self.b1, self.a1, (self.w3 * self.x1), (self.w4 * self .x2), self.b2, self.a2]])
forward_matrices.append (forward_matrix)
return self.h4

Здесь функция forward_pass () вычисляет выходное значение для данного входного наблюдения. forward_matrix — это 2d-массив для хранения значений a1, h2, a2, h3, a3, h4 и т.д. для каждого наблюдения. Причина его использования — просто визуализировать преобразование этих значений с помощью изображения в формате GIF. Записи forward_matrix показаны ниже

forward_matrix

 forward_matrices = [] 
ffn = FeedForwardNetwork ()
для x в X_train:
ffn.forward_pass (x)

forward_matrices — это список forward_matrix для всех наблюдения.

 import seaborn as sns 
import imageio
from IPython.display import HTMLdef plot_heat_map (Наблюдение):
fig = plt.figure (figsize = (10, 1))
sns.heatmap (forward_matrices [наблюдение], annot = True, cmap = my_cmap, vmin = -3, vmax = 3)
plt.title («Наблюдение» + str (наблюдение)) fig.canvas.draw ()
image = np.frombuffer (fig.canvas.tostring_rgb (), dtype = 'uint8')
image = image.reshape (fig.canvas.get_width_height () [:: - 1] + (3,)) вернуть imageimageio.mimsave ('./ forwardpropagation_viz.gif', [plot_heat_map (i) for i in range (0, len (forward_matrices), len (forward_matrices) // 15)], fps = 1)

plot_heat_map () функция создает тепловая карта для визуализации значений forward_matrix для каждого наблюдения. Эти тепловые карты хранятся в изображении forwardpropagation_viz.gif . Здесь создано 15 различных тепловых карт для 15 различных наблюдений.

прямое распространение для 15 различных наблюдений

Оптимизация кода

Вместо использования разных переменных, таких как w1, w2… w6, a1, a2, h2, h3 и т. Д.отдельно векторизованная матрица может использоваться для весов, предварительной активации (а) и активации (h) соответственно. Векторизация обеспечивает более эффективное и быстрое выполнение кода. Он также имеет простой для понимания синтаксис.

 class FeedForwardNetwork_Vectorised: 

def __init __ (self):
np.random.seed (0)
self.W1 = np.random.randn (2,2)
self.W2 = np.random.randn (2,1 )
self.B1 = np.zeros ((1,2))
self.B2 = np.zeros ((1,1))

def sigmoid (self, X):
return 1.0 / (1.0 + np.exp (-X))

def forward_pass (self, X):
self.A1 = np.matmul (X, self.W1) + self.B1
self.h2 = self.sigmoid (self.A1)
self.A2 = np.matmul (self.h2, self.W2) + self.B2
self.h3 = self.sigmoid (self.A2)
return self.h3

ffn_v = FeedForwardNetwork_Vectorised ()
ffn_v.forward_pass (X_train)

Заключение

Это примерно прямого распространения с моей стороны, и я надеюсь, что смог объяснить интуицию и шаги, задействованные в прямом распространении .Если вы хотите узнать больше о нейронных сетях, обратитесь к другим моим блогам о нейронных сетях. Ссылки ниже

Почему в нейронных сетях важна улучшенная инициализация весов?

Анализируем разные типы функций активации в нейронных сетях — какой из них предпочесть?

Почему градиентного спуска недостаточно: всестороннее введение в алгоритмы оптимизации в нейронных сетях

.

Автоматическое дифференцирование и двойное число в прямом режиме | Роберт Ланге

Robert Lange

Автоматическая дифференциация (AD) — одна из движущих сил истории успеха глубокого обучения. Это позволяет нам эффективно вычислять оценки градиента для наших любимых составных функций. TensorFlow, PyTorch и все предшественники используют AD. Наряду с методами стохастической аппроксимации, такими как SGD (и все его варианты), эти градиенты уточняют параметры наших любимых сетевых архитектур.

Многие люди (до недавнего времени включая меня) считают, что обратное распространение, правило цепочки и автоматическое дифференцирование являются синонимами. Но это не так. Чтобы стать настоящими мастерами своего дела, мы должны понять, почему. 🔥

TL; DR : Мы обсуждаем различные способы дифференциации компьютерных программ. В частности, мы сравниваем автоматическое дифференцирование прямого режима и обратного режима (backprop). В конечном итоге мы реализуем AD прямого режима с двойными числами для решения простой задачи логистической регрессии.Обычный цифровой код можно найти здесь .

Термин «дифференцируемое программирование» может немного ошеломить. В целом программы не имеют ничего общего с анализом или дифференцируемыми функциями. За исключением компьютерных функций, которые оценивают математические функции. Представьте, что вы столкнулись с задачей подобрать модель логистической регрессии. Один из способов сделать это — итеративно минимизировать двоичную кросс-энтропийную потерю вашей функции логистического вывода с учетом некоторых истинно помеченных данных:

Аналитическое выражение можно легко перевести в некоторый код Python:

Функция вычисляет числовое значение на основе фиксированные истинные метки ( y_true ) и предсказанные / подогнанные вероятности меток ( y_pred ).В нашем случае y_pred составляет выходной сигнал со сжатием сигмовидной формы, который снова является функцией β. Чтобы найти наиболее подходящие коэффициенты, нам нужно следовать направлению наискорейшего спуска (также известного как градиент), которое минимизирует функцию потерь. Для этого у нас есть доступ к набору методов дифференциации:

  1. Ручное дифференцирование (🙌): Как уже можно заметить, ручное дифференцирование требует, чтобы производная производная была определена на листе бумаги. Впоследствии эту производную можно реализовать в коде.Это чревато «математическими» ошибками и (по крайней мере, для меня) требует довольно много времени. Удачи в попытках разобраться в глубокой сети.
  2. Численное дифференцирование (💻): вместо того, чтобы запачкать руки правилами цепочки и частного, можно просто попытаться аппроксимировать градиент, используя два бесконечно малых разных входных параметра. Тем самым мы приближаем формальное определение производной. Это имеет два основных недостатка: требует многократных оценок функций (по крайней мере, дважды на входное измерение) и подвержено ошибкам округления, а также ошибкам усечения (входные данные никогда не бывают одинаковыми).С другой стороны, это очень легко реализовать.
  3. Символьное дифференцирование (🈂): Символьные методы применяют преобразования, которые соответствуют правилам дифференцирования, чтобы получить выражение для производной. Это реализовано в программном обеспечении, таком как Mathematica, и требует серьезных алгебраических манипуляций. Составление функций рискует привести к чрезмерно сложным символическим представлениям производной. Это обычно называют «опухолью выражения».В конечном итоге это может привести к произвольно дорогостоящим оценкам градиента.
  4. Автоматическое дифференцирование (🔁): вместо увеличения до бесконечности AD упрощает выражение производной в каждый возможный момент времени. Например после каждой операции! Всю математику можно рассматривать как композицию конечного набора основных операций (сложение, умножение, возведение в степень и т. Д.). И для таких операций мы уже знаем функциональную форму производной. Благодаря красоте правила цепочки, мы можем объединить эти элементарные производные и уменьшить сложность выражения за счет хранения в памяти.

В своей основе AD объединяет лучшее, что есть в числовом и символическом мирах. Он вычисляет значение производной с помощью набора элементарных правил от символического дифференцирования. Чтобы преодолеть опухоль, символическое выражение упрощается на каждом этапе. Просто численно оценивая результаты предыдущих вычислений (или просто входные данные). Следовательно, он не дает аналитического выражения для самой производной. Вместо этого он итеративно оценивает данные градиента.Проще говоря: f ’(2) ≠ f’ (x).

Давайте посмотрим, как это применимо к нашей задаче логистической регрессии, и определим пошаговые результаты как a (h) = σ (h) и h (X, β) = X β. Затем мы можем переписать интересующий градиент как:

Выражение выше является ручным выводом. На первый взгляд это может не выглядеть упрощением. Но теперь мы можем наблюдать более общий принцип: градиент можно разложить на составляющие градиента индивидуального пути преобразования:

  1. Предварительные активации h (X, β) и их градиент ∇h (X, β) относительно параметров β ,
  2. Активации a (h) и их градиент ∇a (h) относительно предварительных активаций h.
  3. Журнал вероятностей класса log a (h) и диагональная матрица градиента ∇log a (h) относительно активаций a.

Для каждого из частных оценок h (X, β), a (h), log a (h) мы можем легко вычислить чувствительность к их соответствующим входным данным β, h, a и получить их производные. В конечном счете, истинный вектор вероятности p обеспечивает сигнал ошибки, который масштабирует градиент.

Мы можем перейти к автоматически. вычислить отдельные компоненты градиента двумя разными способами:

  1. Накопительный режим вперед (⏩): режим простого выдвижения применяет правило цепочки Лейбница к каждой базовой операции в прямом первичном преобразовании . трассировка .Таким образом, получается производная трасса . На каждом этапе мы оцениваем оператора, а также его градиент «синхронно»!
  • Первичный след: h (X, β) → a (h) → log a (h)
  • Производный след: ∇h (X, β) → ∇a (h) → ∇log a (h)
  • Оценка Lockstep + производная:

Наконец, общий градиент ∇ L затем получается путем умножения отдельных частей вместе и изменения масштаба с p.

  1. Обратный накопительный режим (⏪): Обратный режим, с другой стороны, не вычисляет производные одновременно, а требует двух отдельных фаз.Во время прямой фазы все промежуточные переменные оцениваются и их значения сохраняются в памяти. В следующей обратной фазе мы затем распространяем обратно производные / сопряженные с помощью снова цепного правила. AD в обратном режиме — это то, что мы обычно называем обратным распространением (Rumelhart et al., 1988) в глубоком обучении.
  • Прямая фаза: h (X, β) → a (h) → log a (h)
  • Обратная фаза: ∇log a (h) → ∇a (h) → ∇h (X, β). Итак, как мы узнаем, как отправить градиент? Нам нужна схема бухгалтерского учета, которая обеспечивается заранее заданным вычислительным графом , который определяет поток операций.

При сравнении режимов работы необходимо учитывать два основных момента:

  1. Хранение в памяти и время вычисления : в прямом режиме мы должны хранить производные, в то время как в обратном режиме AD требуется только сохранение активаций. В то время как в прямом режиме AD вычисляет производную одновременно с оценкой переменной, обратное распространение делает это в отдельной обратной фазе.
  2. Размерность входа и выхода : Учитывая функцию f, мы можем различать два режима в зависимости от размеров, которые будут обрабатываться:
  • n << m: Размер входа меньше, чем выходной.Применяемые операции расширяют размерность с набора из нескольких единиц. → Прямой режим вычислительно дешевле, чем обратный режим.
  • n >> m: входной размер больше выходного. Это классическая настройка глубокого обучения. Мы получаем скалярную оценку потерь при прямом проходе и возвращаемся к входу довольно большой размерности. → Обратный режим вычислительно дешевле, чем прямой режим.

Мы заинтересованы в продвижении вычислений от нескольких единиц ко многим.Вещи не обязательно должны быть такими четкими, поскольку можно довольно легко векторизовать вычисления в прямом режиме. Следовательно, никаких отдельных проходов вперед не требуется. Я предполагаю, что доминирование реверсивного режима в DL в основном связано с уменьшением требований к памяти.

Итак, здесь идет алгебраический магический трюк, который упрощает прямой режим AD: можно показать, что прямой режим AD эквивалентен оценке интересующей функции с двойными числами.

Моя мотивация для этого сообщения в блоге возникла из-за того, что я не был удовлетворен своим пониманием именно этой эквивалентности.Так что пришлось копнуть глубже. Позвольте мне теперь пролить свет на элегантность использования двойной части любой численной оценки для вычисления соответствующих градиентов параметров. Так что опять же двойные числа? Мы можем разложить входную переменную x на действительную и на двойную часть:

с вещественными числами v, v̇, ≠ 0 и ϵ² = 0. На основе этого простого определения получаются следующие основные арифметические свойства:

Кроме того, одно можно алгебраически вывести следующее:

Вау! Оценивая f (x) в двойственной форме и устанавливая v̇ = 1, мы можем восстановить как значение функции f (v), так и ее вычисленную производную f ’(v) в виде коэффициента перед! Наконец, цепное правило плавно переводится в двойную настройку:

Это означает, что мы можем легко распространять градиенты по уровням вычислений, просто перемножая производные друг с другом.Чтобы реализовать двойные числа, нам просто нужна отдельная система хранения, которая отслеживает x = (v, coeff-in-front-of-v̇) и применяет соответствующие вычисления производной к двойственной части x. Потрясающая алгебра!

Для многомерных функций все становится немного сложнее. Представьте себе два входа:

Частная производная по x вычисляется путем задания v = 1 и u = 0. Для y мы должны перевернуть оба бита. Чтобы сделать это параллельно и предотвратить несколько прямых проходов, мы можем векторизовать вещи и сохранить диагональную матрицу:

, где каждая строка представляет одну частную производную.Все вышеперечисленные правила затем легко переводятся в многомерный случай.

Так что осталось обсудить, как думать о ϵ? Две интуиции, которые я позаимствовал из этого сообщения в блоге, следующие:

  1. ϵ можно рассматривать как форму бесконечно малого числа. Возводя в квадрат такое маленькое число, оно просто становится непредставимым. Интуитивно это похоже на размер шага численного дифференцирования.
  2. Другой возможный способ представить ϵ — это матрица:

Вычисление ϵ x ϵ затем дает требуемую нулевую матрицу.Ограничивая мнимые числа i² = -1, помогите нам в вычислении вращения. С другой стороны, двойные числа ограничивают ϵ² = 0 и позволяют эффективно и точно вычислять производную. Давайте посмотрим, как мы можем перевести это в код для нашего примера логистической регрессии.

Во-первых, нам нужны синтетические данные для нашей задачи двоичной классификации. Приведенный ниже объект класса генерирует коэффициенты, гауссов шум и функции. После этого мы берем скалярное произведение и пороговые значения преобразованных функций, чтобы получить двоичные метки.Кроме того, есть несколько небольших утилит для выборки пакетов данных и перетасовки данных между эпохами. Все довольно стандартно. Ничего двойного.

Давайте сгенерируем данные!

Теперь давайте определим «двойное мясо» вещей. Нам необходимо убедиться, что все наши элементарные операции (сложение, умножение, активация сигмоида, а также логарифм, необходимый для градиента) действуют как на действительную, так и на двойственную часть двойного представления вектора (для которого требуется градиент ). Следовательно, нам нужна двойная оболочка и перегрузка / переопределение операторов.

Давайте настроим несколько операций с двойными числами.

Двойная версия сигмоидной функции применяет стандарт σ к действительной части и изменяет числовое значение двойной матрицы размерности n x d на ее вычисленную производную. Поскольку σ ’(h) = σ (h), (1 — σ) применяется к каждому элементу вектора h. Следовательно, общее изменение двойственной части дается формулой:

, что снова приводит к якобиану размера n x d. То же понятие переносится и на оператор журнала. Теперь, когда мы переопределили арифметические настройки для наших операций с двойными числами, давайте исследуем, как мы можем получить наши прогнозы логистической регрессии и соответствующие двоичные потери кросс-энтропии:

Простой проход «вперед» и оценка функции двойных потерь

Наконец, давайте положим все вместе в последнем цикле обучения.Мы генерируем двоичные данные и инициализируем некоторые списки заполнителей для хранения наших промежуточных результатов. После этого мы вычисляем коэффициенты решения Sklearn, чтобы измерить, насколько мы далеко. Затем мы можем просто перебрать отдельные партии. Мы инициализируем коэффициенты как двойной тензор, образцы пакетов, устанавливаем коэффициенты градиента / диагональную матрицу обратно в их инициализацию частной производной. Получаем прогнозы и проигрыш. Двойная оценка потерь соответствует интересующему градиенту ∇ L .Затем обновления SGD просто берут дуал и делают шаг в направлении наискорейшего спуска.

Давайте обучим простой пример и посмотрим на показатели:

Запустите цикл обучения!

И какой сюрприз получается, что теория. Потери уменьшаются с увеличением количества обработанных пакетов. Коэффициенты сходятся к решению Sklearn и точности обучения небесным ракетам. Ганнибал из A-Team сказал: «Мне нравится, когда план слагается».

Мы уже обсуждали, почему обратное распространение и обратный режим AD более эффективны для стандартных приложений глубокого обучения.Одна из причин, по которой AD в прямом режиме все еще может пригодиться, — это его полезность при вычислении произведений на вектор Гессе, Hv. Мы можем использовать конфигурацию «назад-вперед-вперед» , чтобы комбинировать прямой и обратный режимы для вычисления гессиана 2-го порядка. Более конкретно, учитывая функцию f со входом x, мы можем просто использовать оба режима вместе:

  1. Прямой режим: вычислить произведение вектора градиента ∇ fv , установив ẋ = v.
  2. Обратный режим: взять результат и применить обратное распространение к нему: ∇²fv = Hv

Смарт, да? Затем можно использовать гессиан для оптимизации более высокого порядка, которая также учитывает приблизительную кривизну поверхности потерь.В заключение: есть еще некоторая любовь к прямому режиму AD.

Мы видели мощность, а также ограничения автоматической дифференциации прямого режима. Это позволяет нам одновременно оценивать функцию и ее производную. Таким образом, можно преодолеть двухфазную доктрину обратного режима AD, также известного как backprop. Это происходит за счет хранения двойных представлений всех промежуточных узлов. Кроме того, вычислительные усилия отдельного обратного прохода переносятся на прямой проход.Мы увидели, как магические алгебраические свойства двойных чисел позволяют нам делать это эффективно и точно.

В целом, я нашел чрезвычайно приятным и очень полезным реализовывать что-то с нуля. Я совершенно по-другому думаю о текущих библиотеках DL, а также об их проблемах (например, статические и динамические вычислительные графы, хранилище и вычисления). Я рекомендую заинтересованному читателю внимательнее ознакомиться с отличным обзором Baydin et al. (2018). Этот документ был моей отправной точкой и дает очень читаемый обзор! Также вы можете найти весь код здесь.

  1. Байдин, А. Г., Б. А. Перлмуттер, А. А. Радул, и Дж. М. Сискинд. (2018): «Автоматическая дифференциация в машинном обучении: обзор», Журнал исследований в области машинного обучения , 18.
  2. Рамелхарт, Д. Э., Г. Э. Хинтон, Р. Дж. Уильямс и другие. (1988): «Изучение представлений посредством обратного распространения ошибок», Когнитивное моделирование , 5, 1.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *