У промислово розвинених країнах з передовою галуззю виробництва обладнання приблизно 50% від загальної вартості продукції виробляється підприємствами, пов'язаними зі зварюванням. Щоб підвищити конкурентоспроможність на ринку, виробники дедалі більше вимагають вищої ефективності виробництва та нижчої собівартості продукції. Для підвищення ефективності зварювання використовуються різні підходи, такі як використання надзвичайних параметрів зварювання,гібридне зварювання, багатодротове або багатодугове зварювання, а також можуть бути використані вдосконалені зварювальні дроти. Ці передові процеси зварювання значно підвищили ефективність зварювального виробництва, отримали широке застосування та зробили важливий внесок увдосконалення технології зварювання.

З початком 21 століття, з швидким розвитком науки і техніки, високоефективне зварювання отримало все більшу увагу та стало тенденцією розвитку в дослідженнях і застосуванні зварювальних технологій як всередині країни, так і за кордоном. Раніше у високоефективному зварюванні головною метою було вдосконалення зварювальних матеріалів. В останні роки вдосконалення автоматизації зварювання сприяло розвитку високоефективних зварювальних технологій, а також високошвидкісного зварювання або...зварювання з високою швидкістю наплавленнястала майбутнім напрямком розвитку. Так звана «високоефективна технологія зварювання» по суті стосується сукупності таких технологій, як високошвидкісне зварювання, зварювання з високою швидкістю наплавлення та високоефективне зварювання.

(1) Підходи до підвищення ефективності зварювання

Підвищення ефективності зварювального виробництва включає два аспекти: перший - це високошвидкісне зварювання, спрямоване на збільшення швидкості плавлення зварювальних матеріалів, що вимагає плавлення більшої кількості зварювальних матеріалів за одиницю часу, головним чином використовується для зварювання товстих пластин, зі швидкістю наплавлення до 30 кг/год; інший - високошвидкісне зварювання, спрямоване на збільшення швидкості зварювання, основною відправною точкою якого є збільшення зварювального струму при одночасному збільшенні швидкості зварювання для збереження приблизно незмінного підведення тепла зварювання, головним чином використовується для зварювання тонких пластин, зі швидкістю зварювання приблизно в 3-8 разів більшою, ніж при звичайному зварюванні в захисному газі CO₂.

Виходячи з поточної ситуації в галузі досліджень, розробок та виробничого застосування, існують такі підходи до підвищення ефективності зварювального виробництва:

• Підвищте максимальну швидкість плавлення дроту за допомогою різних комбінацій захисних газів для збільшення швидкості наплавлення.
• Використовуйте гібридні джерела тепла для підвищення ефективності зварювання, такі як гібридне лазерно-дугове зварювання, гібридне лазерно-плазмове дугове зварювання тощо.
• Використовуйте подачу багатодроту або гарячого дроту для підвищення ефективності зварювального виробництва, наприклад, дводротове (або багатодротове) зварювання в середовищі захисного газу, багатодротове дугове зварювання під флюсом, зварювання гарячим дротом у середовищі захисного газу тощо.
• Використовуйте унікальні хімічні властивості активних елементів для покращення проникнення дуги, зменшення поперечного перерізу зварного шва та підвищення ефективності зварювання, наприклад, зварювання A-TIG, лазерний процес A-Laser тощо.
• Зменште розмір канавки, щоб зменшити площу поперечного перерізу зварного шва та зменшити кількість наплавленого металу, наприклад, за допомогою зварювання з вузьким зазором.
• Використовуйте спеціальні форми вихідних сигналів джерел зварювального живлення для збільшення швидкості зварювання.

Наразі міжнародне визначеннявисокоефективне зварювання металом у активному газі (MAG)(див. DVS-№ 0909-1) це: для дроту діаметром 1,2 мм, MAG-зварювання зі швидкістю подачі дроту понад 15 м/хв або швидкістю наплавлення понад 8 кг/год називається високоефективним MAG-зварюванням. Ефективність наплавлення деяких високоефективних MAG-зварювань може досягати 20 кг/год.

(2) Високоефективні матеріали для MAG-зварювання

Наразі серед засобів підвищення ефективності наплавлення при MAG-зварюванні широко використовується заміна суцільних дротів порошковими дротами для зварювання. Використання металевих порошкових дротів із залізним порошком може підвищити ефективність наплавлення більш ніж на 50% порівняно із суцільними дротами. Крім того, регулювання складу захисного газу може значно покращити ефективність наплавлення дроту.

• Суцільні дроти підходять для діаметрів 1,0-1,2 мм. Занадто тонкі дроти важко адаптувати до високошвидкісної подачі дроту через недостатню жорсткість; тоді як дроти діаметром більше 1,2 мм нелегко забезпечити стабільну передачу обертової дуги навіть під високим струмом.
• Порошкові дроти можуть мати діаметр 1,2-1,6 мм. Як металеві, так і шлакоутворюючі порошкові дроти можуть досягати високоефективного MAG-зварювання з великими параметрами зварювання. Особливо для металевих порошкових дротів, завдяки високому коефіцієнту заповнення металевим порошком (до 45%), при використанні металевого порошкового дроту діаметром 1,6 мм з параметрами зварювання зварювальним струмом 380 А та напругою зварювання 38 В, швидкість плавлення дроту може досягати 9,6 кг/год.

Перенесення крапель у металевих порошкових дротах подібне до перенесення у суцільних дротах. Порошкові дроти можна зварювати звичайним розпилювальним перенесенням та високошвидкісним коротким замиканням, але вони не можуть створювати обертову дугу. Максимальна швидкість подачі дроту для рутилових порошкових дротів може досягати 30 м/хв, а верхня межа швидкості подачі дроту для звичайних порошкових дротів становить близько 45 м/хв, зі швидкістю плавлення дроту до 20 кг/год.

(3) Типи переносу крапель при високоефективному MAG-зварюванні

При звичайному MAG-зварюванні зі збільшенням зварювального струму форма переносу крапель змінюється від короткозамикаючого, глобулярного до розпиленого. За умови забезпечення якісного формування зварного шва, граничний струм для розпиленого переносу крапель становить близько 400 А.

При високошвидкісному MAG-зварюванні, завдяки комплексному використанню фізичних властивостей багатокомпонентних захисних газів та відповідному збільшенню видовження дроту, швидкість плавлення дроту може бути значно підвищена в діапазоні високих струмів та високих напруг нетрадиційного MAG-зварювання, і водночас морфологія переносу крапель також зазнає суттєвих змін. Її основними формами є: звичайний розпилювальний перенос, високошвидкісний короткозамикаючий перенос, обертовий розпилювальний перенос та високошвидкісний розпилювальний перенос.

• Звичайна дуга для перенесення розпиленняУ сферівисокошвидкісне зварювання, швидкість подачі дроту дуги розпилення знаходиться в діапазоні 15-20 м/хв.
• Високошвидкісна дуга короткого замиканняВисокошвидкісна дуга з переносом короткого замикання досягається шляхом зниження зварювальної напруги та збільшення сухого видовження в діапазоні швидкості подачі дроту 15-20 м/хв. Завдяки збільшенню сухого видовження до 40 мм, кінець дроту розм'якшується та починає обертатися зі зміщенням 1-2 мм від осі дроту. Обертовий кінець дроту створює періодичне коротке замикання з обох боків зварного шва.
• Обертова дуга переносу розпиленняОбертова дуга утворюється, коли кінець дроту розм'якшується під дією високого струму та відхиляється під дією дугової сили. Для дротів діаметром 1-2 мм швидкість подачі дроту має досягати 25 м/хв або вище, а еквівалентний мінімальний зварювальний струм становить близько 450 А. Загальне відхилення вільного кінця дроту від осі дроту становить кілька міліметрів, що можна спостерігати неозброєним оком під час зварювання.
• Високошвидкісна дуга переносу розпиленняХарактеризується осьовим перенесенням крапель, при цьому швидкість подачі дроту перевищує 20 м/хв, а розмір крапель приблизно дорівнює діаметру дроту. Порівняно з поодиноким перенесенням крапель у дузі, цей процес має найкращий ефект. Процес розділення крапель повторюється таким самим чином, і вузький, концентрований та яскравий плазмовий промінь є характеристикою високошвидкісної дуги з розпиленням. Коли розм'якшений кінець дроту опускається, довжина дуги зменшується, а стовп плазмової дуги розширюється, в результаті чого між розплавленою краплею та кінцем дроту утворюється рідкий місток. Рідкий місток постійно стискається під дією електромагнітної сили стиснення, що робить дугу ширшою. Коли місток між кінцем дроту та краплею стає достатньо малим, навколо нього утворюється плазма. У момент розриву містка високошвидкісна дуга з розпиленням знову запалюється, знову утворюючи вузький та концентрований плазмовий струмінь. У випадку високошвидкісної дуги з розпиленням, через глибоку, але вузьку форму проникнення, корінь шва не може бути повністю заповнений розплавленим металом.