W krajach uprzemysłowionych, z zaawansowanymi przemysłami produkującymi sprzęt, około 50% całkowitej wartości produkcji pochodzi z przedsiębiorstw związanych ze spawalnictwem. Aby zwiększyć konkurencyjność rynkową, producenci coraz częściej domagają się wyższej wydajności produkcji i niższych kosztów produktów. Aby poprawić wydajność spawania, stosuje się różne metody, takie jak stosowanie nietypowych parametrów spawania,spawanie hybrydowe, spawanie wielodrutowe lub wielołukowe, a także stosowanie ulepszonych drutów spawalniczych. Te zaawansowane procesy spawalnicze znacząco poprawiły wydajność produkcji spawalniczej, zyskały szerokie zastosowanie i wniosły istotny wkład wrozwijanie technologii spawalniczej.

Wkraczając w XXI wiek, wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii, spawanie wysokowydajne zyskało coraz większą uwagę i stało się trendem rozwojowym w badaniach i zastosowaniach technologii spawalniczej zarówno w kraju, jak i za granicą. Wcześniej w spawaniu wysokowydajnym główny nacisk kładziono na udoskonalenie materiałów spawalniczych. W ostatnich latach rozwój automatyzacji spawania przyczynił się do rozwoju wysokowydajnej technologii spawania, a także do szybkiego spawania lub…spawanie z dużą szybkością osadzaniastała się przyszłym kierunkiem rozwoju. Tak zwana „technologia spawania o wysokiej wydajności” odnosi się zasadniczo do zbioru technologii, takich jak spawanie z dużą prędkością, spawanie z dużą wydajnością stapiania oraz spawanie o wysokiej wydajności spawania.

(1) Podejścia do poprawy wydajności spawania

Poprawa wydajności produkcji spawalniczej obejmuje dwa aspekty: pierwszy to spawanie z dużą szybkością stapiania, mające na celu zwiększenie szybkości topienia materiałów spawalniczych, co wymaga topienia większej ilości materiałów spawalniczych w jednostce czasu, stosowane głównie do spawania grubych blach, z szybkością stapiania do 30 kg/h; drugi to spawanie z dużą prędkością, mające na celu zwiększenie prędkości spawania, którego podstawowym punktem wyjścia jest zwiększenie prądu spawania przy jednoczesnym zwiększeniu prędkości spawania w celu utrzymania w przybliżeniu niezmiennego wkładu ciepła spawania, stosowane głównie do spawania cienkich blach, z prędkością spawania około 3–8 razy większą niż w przypadku zwykłego spawania w osłonie gazu CO₂.

Na podstawie aktualnych badań, rozwoju i zastosowań produkcyjnych można wyróżnić następujące podejścia mające na celu poprawę wydajności produkcji spawalniczej:

• Zwiększ maksymalną prędkość topienia drutu poprzez zastosowanie różnych kombinacji gazów osłonowych, co pozwala na zwiększenie szybkości osadzania się spoiny.
• Wykorzystuj hybrydowe źródła ciepła w celu zwiększenia wydajności spawania, takie jak hybrydowe spawanie laserowo-łukowe, hybrydowe spawanie laserowo-plazmowe itp.
• Stosowanie podawania wielu drutów lub podawania drutu gorącego pozwala zwiększyć wydajność produkcji spawalniczej, np. spawanie osłonowe gazowe drutem podwójnym (lub wieloma drutami), spawanie łukiem krytym wieloma drutami, spawanie drutem gorącym w osłonie gazowej itp.
• Wykorzystuje wyjątkowe właściwości chemiczne aktywnych elementów w celu zwiększenia zdolności przetapiania łuku elektrycznego, zmniejszenia przekroju poprzecznego spoiny i poprawy wydajności spawania, np. w przypadku spawania A-TIG, procesu A-Laser itp.
• Zmniejsz rozmiar rowka, aby zmniejszyć powierzchnię przekroju spoiny i ilość osadzanego metalu, np. w przypadku spawania wąskoszczelinowego.
• Zastosowanie specjalnych przebiegów wyjściowych źródeł zasilania spawalniczego pozwala na zwiększenie prędkości spawania.

Obecnie międzynarodowa definicjaspawanie wysokowydajne w osłonie gazów aktywnych metalem (MAG)(patrz DVS-No.0909-1) to: dla drutu o średnicy 1,2 mm, spawanie metodą MAG z prędkością podawania drutu przekraczającą 15 m/min lub wydajnością stapiania większą niż 8 kg/h nazywa się wysokowydajnym spawaniem metodą MAG. Wydajność stapiania niektórych wysokowydajnych metod spawania metodą MAG może sięgać 20 kg/h.

(2) Materiały do ​​spawania metodą MAG o wysokiej wydajności

Obecnie, wśród metod poprawy wydajności napawania metodą MAG, powszechnie stosuje się zastępowanie drutów litych drutami proszkowymi. Zastosowanie drutów proszkowych z proszkiem żelaza może zwiększyć wydajność napawania o ponad 50% w porównaniu z drutami litymi. Ponadto, dostosowanie składu gazu osłonowego może znacząco poprawić wydajność napawania drutu.

• Druty lite nadają się do spawania drutem o średnicy 1,0–1,2 mm. Zbyt cienkie druty trudno dostosować do szybkiego podawania drutu ze względu na niewystarczającą sztywność; natomiast druty o średnicy powyżej 1,2 mm nie zapewniają stabilnego przenoszenia łuku obrotowego nawet przy wysokim natężeniu prądu.
• Druty rdzeniowe mogą przyjmować średnice 1,2-1,6 mm. Zarówno druty rdzeniowe z rdzeniem metalicznym, jak i druty żużlowe pozwalają na wysokowydajne spawanie metodą MAG przy wysokich parametrach spawania. Szczególnie w przypadku drutów rdzeniowych z rdzeniem metalicznym, ze względu na wysoki stopień wypełnienia proszkiem metalicznym (do 45%), przy zastosowaniu drutu rdzeniowego o średnicy 1,6 mm i parametrach spawania 380 A i 38 V, szybkość topienia drutu może osiągnąć 9,6 kg/h.

Przenoszenie kropelkowe drutów proszkowych z rdzeniem metalicznym jest podobne do przenoszenia drutów litych. Druty proszkowe można spawać metodą konwencjonalnego natrysku oraz zwarcia z dużą prędkością, ale nie umożliwiają one spawania łukiem wirującym. Maksymalna prędkość podawania drutu rutylowego z rdzeniem topnikowym może osiągnąć 30 m/min, a górna granica prędkości podawania drutu podstawowego z rdzeniem topnikowym wynosi około 45 m/min, przy szybkości topienia drutu do 20 kg/h.

(3) Rodzaje transferu kropli w spawaniu MAG o wysokiej wydajności

W konwencjonalnym spawaniu MAG, wraz ze wzrostem prądu spawania, forma przenoszenia kropli zmienia się z zwarciowej, globularnej na natryskową. Aby zapewnić prawidłowe formowanie spoiny, prąd graniczny dla przenoszenia kropli natryskowej wynosi około 400 A.

W spawaniu MAG z dużą wydajnością, dzięki kompleksowemu wykorzystaniu właściwości fizycznych wieloskładnikowych gazów osłonowych i odpowiedniemu zwiększeniu wydłużenia drutu, można znacznie zwiększyć prędkość topienia drutu w zakresie wysokich prądów i napięć niekonwencjonalnego spawania MAG, a jednocześnie morfologia przenoszenia kropli ulega istotnym zmianom. Jej podstawowe formy to: zwykłe przenoszenie natryskowe, szybkie przenoszenie zwarciowe, rotacyjne przenoszenie natryskowe i szybkie przenoszenie natryskowe.

• Zwykły łuk transferowy natryskowy:W dziedziniespawanie z dużą prędkościąPrędkość podawania drutu w przypadku łuku natryskowego mieści się w zakresie 15-20 m/min.
• Łuk zwarciowy o dużej prędkości: Szybki łuk zwarciowy uzyskuje się poprzez obniżenie napięcia spawania i zwiększenie wydłużenia na sucho w zakresie prędkości podawania drutu 15-20 m/min. W wyniku zwiększenia wydłużenia na sucho do 40 mm, koniec drutu mięknie i zaczyna się obracać, z przesunięciem o 1-2 mm od osi drutu. Obracający się koniec drutu powoduje okresowe przenoszenie zwarcia po obu stronach spoiny.
• Obrotowy łuk transferu natryskowegoŁuk wirujący powstaje, gdy koniec drutu jest zmiękczany przez wysoki prąd i odchylany przez siłę łuku. W przypadku drutów o średnicy 1-2 mm wymagana prędkość podawania drutu wynosi 25 m/min lub więcej, a minimalny prąd spawania wynosi około 450 A. Całkowite odchylenie wolnego końca drutu od jego osi wynosi kilka milimetrów, co można zaobserwować gołym okiem podczas spawania.
• Łuk transferowy o dużej prędkości natrysku: Charakteryzuje się osiowym przenoszeniem kropli, z prędkością podawania drutu przekraczającą 20 m/min, a rozmiar kropli jest w przybliżeniu równy średnicy drutu. W porównaniu z pojedynczym przenoszeniem kropli w łuku, proces ten daje najlepsze efekty. Proces separacji kropli powtarza się w ten sam sposób, a wąska, skoncentrowana i oślepiająca wiązka plazmy jest cechą charakterystyczną szybkiego łuku natryskowego. Gdy zmiękczony koniec drutu opada, długość łuku maleje, a kolumna łuku plazmowego rozszerza się, a następnie między stopioną kroplą a końcem drutu tworzy się mostek ciekły. Mostek ciekły jest stale ściskany pod działaniem siły skurczu elektromagnetycznego, co powoduje rozszerzenie łuku. Gdy mostek między końcem drutu a kroplą stanie się wystarczająco mały, wokół mostka tworzy się plazma. W momencie pęknięcia mostka, szybki łuk natryskowy ponownie się zapala, tworząc wąski i skoncentrowany strumień plazmy. W przypadku szybkiego łuku natryskowego, ze względu na głęboki, ale wąski kształt wtopienia, grań spoiny nie może być całkowicie wypełniona stopionym metalem.