Στις βιομηχανικές χώρες με προηγμένες βιομηχανίες κατασκευής εξοπλισμού, περίπου το 50% της συνολικής αξίας παραγωγής προέρχεται από επιχειρήσεις που σχετίζονται με τη συγκόλληση. Για την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας της αγοράς, οι κατασκευαστές απαιτούν ολοένα και περισσότερο υψηλότερη παραγωγική αποδοτικότητα και χαμηλότερο κόστος προϊόντων. Για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της συγκόλλησης, χρησιμοποιούνται διάφορες προσεγγίσεις, όπως η χρήση εξαιρετικών παραμέτρων συγκόλλησης,υβριδική συγκόλληση, συγκόλληση πολλαπλών συρμάτων ή πολλαπλών τόξων και βελτιωμένα σύρματα συγκόλλησης μπορούν να υιοθετηθούν. Αυτές οι προηγμένες διαδικασίες συγκόλλησης έχουν βελτιώσει σημαντικά την αποδοτικότητα της παραγωγής συγκόλλησης, έχουν αποκτήσει ευρεία εφαρμογή και έχουν συμβάλει σημαντικά στηνπροηγμένη τεχνολογία συγκόλλησης.

Μπαίνοντας στον 21ο αιώνα, με την ραγδαία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η συγκόλληση υψηλής απόδοσης έχει λάβει αυξανόμενη προσοχή και έχει γίνει μια τάση ανάπτυξης στην έρευνα και την εφαρμογή της τεχνολογίας συγκόλλησης τόσο στην εγχώρια όσο και διεθνώς. Προηγουμένως, στη συγκόλληση υψηλής απόδοσης, οι βελτιώσεις στα υλικά συγκόλλησης ήταν το κύριο επίκεντρο. Τα τελευταία χρόνια, η βελτίωση του αυτοματισμού συγκόλλησης έχει προωθήσει την ανάπτυξη της τεχνολογίας συγκόλλησης υψηλής απόδοσης και της συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας ή...συγκόλληση υψηλού ρυθμού εναπόθεσηςέχει γίνει η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης. Η λεγόμενη «τεχνολογία συγκόλλησης υψηλής απόδοσης» αναφέρεται ουσιαστικά σε ένα σύνολο τεχνολογιών όπως η συγκόλληση υψηλής ταχύτητας, η συγκόλληση υψηλού ρυθμού εναπόθεσης και η συγκόλληση υψηλής απόδοσης συγκόλλησης.

(1) Προσεγγίσεις για τη βελτίωση της απόδοσης της συγκόλλησης

Η βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής συγκολλήσεων περιλαμβάνει δύο πτυχές: η μία είναι η συγκόλληση υψηλού ρυθμού εναπόθεσης που στοχεύει στην αύξηση του ρυθμού τήξης των υλικών συγκόλλησης, η οποία απαιτεί την τήξη περισσότερων υλικών συγκόλλησης ανά μονάδα χρόνου, που χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση με παχιά πλάκα, με ρυθμό εναπόθεσης έως 30 kg/h· η άλλη είναι η συγκόλληση υψηλής ταχύτητας που στοχεύει στην αύξηση της ταχύτητας συγκόλλησης, της οποίας το βασικό σημείο εκκίνησης είναι η αύξηση του ρεύματος συγκόλλησης ενώ αυξάνεται η ταχύτητα συγκόλλησης για να διατηρηθεί η εισερχόμενη θερμότητα συγκόλλησης σχεδόν αμετάβλητη, που χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση με λεπτή πλάκα, με ταχύτητα συγκόλλησης περίπου 3-8 φορές μεγαλύτερη από την συνηθισμένη συγκόλληση με θωράκιση αερίου CO₂.

Από την τρέχουσα κατάσταση εφαρμογής έρευνας και ανάπτυξης και παραγωγής, υπάρχουν οι ακόλουθες προσεγγίσεις για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής συγκόλλησης:

• Βελτιώστε τη μέγιστη ταχύτητα τήξης σύρματος μέσω διαφορετικών συνδυασμών αερίων θωράκισης για να αυξήσετε τον ρυθμό εναπόθεσης συγκόλλησης.
• Χρησιμοποιήστε υβριδικές πηγές θερμότητας για να βελτιώσετε την απόδοση συγκόλλησης, όπως υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο, υβριδική συγκόλληση με λέιζερ-τόξο πλάσματος κ.λπ.
• Υιοθετήστε τροφοδοσία πολλαπλών συρμάτων ή τροφοδοσία θερμού σύρματος για να βελτιώσετε την αποδοτικότητα της παραγωγής συγκόλλησης, όπως συγκόλληση με θωράκιση αερίου διπλού σύρματος (ή πολλαπλών συρμάτων), συγκόλληση με βυθισμένο τόξο πολλαπλών συρμάτων, συγκόλληση με θωράκιση αερίου θερμού σύρματος κ.λπ.
• Χρησιμοποιήστε τις μοναδικές χημικές ιδιότητες των ενεργών στοιχείων για να βελτιώσετε την ικανότητα διείσδυσης τόξου, να μειώσετε το μέγεθος της διατομής της συγκόλλησης και να βελτιώσετε την απόδοση συγκόλλησης, όπως η συγκόλληση A-TIG, η διαδικασία A-Laser κ.λπ.
• Μειώστε το μέγεθος της αυλάκωσης για να μειώσετε την επιφάνεια διατομής της συγκόλλησης και να μειώσετε την ποσότητα του εναποτιθέμενου μετάλλου, όπως σε συγκόλληση με στενό διάκενο.
• Υιοθετήστε ειδικές κυματομορφές εξόδου των πηγών ισχύος συγκόλλησης για να αυξήσετε την ταχύτητα συγκόλλησης.

Επί του παρόντος, ο διεθνής ορισμός τουσυγκόλληση υψηλής απόδοσης με ενεργό αέριο μετάλλου (MAG)(βλ. DVS-Αρ.0909-1) είναι: για σύρμα διαμέτρου 1,2 mm, η συγκόλληση MAG με ταχύτητα τροφοδοσίας σύρματος που υπερβαίνει τα 15 m/min ή ρυθμό εναπόθεσης μεγαλύτερο από 8 kg/h ονομάζεται συγκόλληση MAG υψηλής απόδοσης. Η απόδοση εναπόθεσης ορισμένων συγκολλήσεων MAG υψηλής απόδοσης μπορεί να φτάσει τα 20 kg/h.

(2) Υλικά συγκόλλησης MAG υψηλής απόδοσης

Επί του παρόντος, μεταξύ των μέσων για τη βελτίωση της απόδοσης εναπόθεσης της συγκόλλησης MAG, το ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι η αντικατάσταση των συμπαγών συρμάτων με σύρματα με πυρήνα ροής για συγκόλληση. Η χρήση συρμάτων με μεταλλικό πυρήνα και σκόνη σιδήρου μπορεί να αυξήσει την απόδοση εναπόθεσης κατά περισσότερο από 50% σε σύγκριση με τα συμπαγή σύρματα. Επιπλέον, η ρύθμιση της σύνθεσης του προστατευτικού αερίου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση εναπόθεσης του σύρματος.

• Τα συμπαγή σύρματα είναι κατάλληλα για διαμέτρους 1,0-1,2 mm. Τα πολύ λεπτά σύρματα είναι δύσκολο να προσαρμοστούν σε τροφοδοσία υψηλής ταχύτητας λόγω ανεπαρκούς ακαμψίας, ενώ τα σύρματα με διάμετρο μεγαλύτερη από 1,2 mm δεν είναι εύκολο να παράγουν σταθερή μεταφορά περιστροφικού τόξου ακόμη και υπό υψηλό ρεύμα.
• Τα σύρματα με πυρήνα flux μπορούν να υιοθετήσουν διαμέτρους 1,2-1,6 mm. Τόσο τα σύρματα με πυρήνα μετάλλου όσο και τα σύρματα με πυρήνα flux που σχηματίζουν σκωρία μπορούν να επιτύχουν συγκόλληση MAG υψηλής απόδοσης με μεγάλες παραμέτρους συγκόλλησης. Ειδικά για τα σύρματα με πυρήνα μετάλλου, λόγω του υψηλού ρυθμού πλήρωσης μεταλλικής σκόνης (έως 45%), όταν χρησιμοποιείται σύρμα με πυρήνα μετάλλου διαμέτρου 1,6 mm με παραμέτρους συγκόλλησης ρεύματος συγκόλλησης 380A και τάσης συγκόλλησης 38V, ο ρυθμός τήξης του σύρματος μπορεί να φτάσει τα 9,6 kg/h.

Η μεταφορά σταγονιδίων συρμάτων με μεταλλικό πυρήνα είναι παρόμοια με αυτή των συμπαγών συρμάτων. Τα σύρματα με πυρήνα ροής μπορούν να συγκολληθούν με τη μορφή συμβατικής μεταφοράς ψεκασμού και μεταφοράς βραχυκυκλώματος υψηλής ταχύτητας, αλλά δεν μπορούν να παράγουν μεταφορά περιστροφικού τόξου. Η μέγιστη ταχύτητα τροφοδοσίας σύρματος των συρμάτων με πυρήνα ροής ρουτιλίου μπορεί να φτάσει τα 30 m/min και το ανώτατο όριο της ταχύτητας τροφοδοσίας σύρματος των βασικών συρμάτων με πυρήνα ροής είναι περίπου 45 m/min, με ρυθμό τήξης σύρματος έως 20 kg/h.

(3) Τύποι μεταφοράς σταγονιδίων σε συγκόλληση MAG υψηλής απόδοσης

Στη συμβατική συγκόλληση MAG, καθώς το ρεύμα συγκόλλησης αυξάνεται, η μορφή μεταφοράς σταγονιδίων αλλάζει από μεταφορά βραχυκυκλώματος, σφαιρική μεταφορά σε μεταφορά ψεκασμού. Υπό την προϋπόθεση της διασφάλισης καλού σχηματισμού συγκόλλησης, το οριακό ρεύμα για τη μεταφορά ψεκασμού σταγονιδίων είναι περίπου 400A.

Στη συγκόλληση MAG υψηλού ρυθμού εναπόθεσης, αξιοποιώντας πλήρως τις φυσικές ιδιότητες των αερίων θωράκισης πολλαπλών συστατικών και αυξάνοντας κατάλληλα την έκταση του σύρματος, η ταχύτητα τήξης του σύρματος μπορεί να αυξηθεί σημαντικά στην περιοχή υψηλού ρεύματος και υψηλής τάσης της μη συμβατικής συγκόλλησης MAG, και ταυτόχρονα, η μορφολογία μεταφοράς σταγονιδίων υφίσταται επίσης ουσιαστικές αλλαγές. Οι βασικές της μορφές είναι: συνήθης μεταφορά ψεκασμού, μεταφορά βραχυκυκλώματος υψηλής ταχύτητας, μεταφορά περιστρεφόμενου ψεκασμού και μεταφορά ψεκασμού υψηλής ταχύτητας.

• Συνηθισμένο τόξο μεταφοράς ψεκασμού: Στον τομέα τηςσυγκόλληση υψηλής ταχύτητας, η ταχύτητα τροφοδοσίας σύρματος του τόξου μεταφοράς ψεκασμού είναι στην περιοχή των 15-20m/min.
• Τόξο μεταφοράς βραχυκυκλώματος υψηλής ταχύτηταςΤο τόξο μεταφοράς βραχυκυκλώματος υψηλής ταχύτητας επιτυγχάνεται μειώνοντας την τάση συγκόλλησης και αυξάνοντας την ξηρή επέκταση εντός του εύρους ταχύτητας τροφοδοσίας σύρματος 15-20m/min. Λόγω της αύξησης της ξηρής επέκτασης στα 40mm, το άκρο του σύρματος μαλακώνει και αρχίζει να περιστρέφεται, με μετατόπιση 1-2mm από τον άξονα του σύρματος. Το περιστρεφόμενο άκρο του σύρματος παράγει περιοδική μεταφορά βραχυκυκλώματος και στις δύο πλευρές της συγκόλλησης.
• Περιστρεφόμενο τόξο μεταφοράς ψεκασμούΠεριστρεφόμενο τόξο παράγεται όταν το άκρο του σύρματος μαλακώνει από υψηλό ρεύμα και εκτρέπεται από δύναμη τόξου. Για σύρματα με διάμετρο 1-2 mm, η ταχύτητα τροφοδοσίας του σύρματος πρέπει να φτάσει τα 25 m/min ή υψηλότερη και το ισοδύναμο ελάχιστο ρεύμα συγκόλλησης είναι περίπου 450 A. Η συνολική απόκλιση του ελεύθερου άκρου του σύρματος από τον άξονα του σύρματος είναι αρκετά χιλιοστά, κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι κατά τη συγκόλληση.
• Τόξο μεταφοράς ψεκασμού υψηλής ταχύτηταςΧαρακτηρίζεται από αξονική μεταφορά σταγονιδίων, με ταχύτητα τροφοδοσίας σύρματος που υπερβαίνει τα 20m/min, και το μέγεθος των σταγονιδίων είναι περίπου ίσο με τη διάμετρο του σύρματος. Σε σύγκριση με τη μεταφορά σταγονιδίων ένα προς ένα στο τόξο, αυτή η διαδικασία έχει το καλύτερο αποτέλεσμα. Η διαδικασία διαχωρισμού των σταγονιδίων επαναλαμβάνεται με τον ίδιο τρόπο, και μια στενή, συγκεντρωμένη και εκθαμβωτική δέσμη πλάσματος είναι το χαρακτηριστικό του τόξου μεταφοράς ψεκασμού υψηλής ταχύτητας. Όταν το μαλακωμένο άκρο του σύρματος κατεβαίνει, το μήκος του τόξου μειώνεται και η στήλη του τόξου πλάσματος διευρύνεται, και στη συνέχεια σχηματίζεται μια υγρή γέφυρα μεταξύ της τηγμένης σταγόνας και του άκρου του σύρματος. Η υγρή γέφυρα συμπιέζεται συνεχώς υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης συστολής, καθιστώντας το τόξο ευρύτερο. Όταν η γέφυρα μεταξύ του άκρου του σύρματος και της σταγόνας γίνει αρκετά μικρή, σχηματίζεται πλάσμα γύρω από τη γέφυρα. Τη στιγμή που η γέφυρα σπάει, το τόξο μεταφοράς ψεκασμού υψηλής ταχύτητας αναζωπυρώνεται, σχηματίζοντας ξανά ένα στενό και συγκεντρωμένο πίδακα πλάσματος. Για το τόξο μεταφοράς ψεκασμού υψηλής ταχύτητας, λόγω του βαθιού αλλά στενού σχήματος διείσδυσης, η ρίζα συγκόλλησης δεν μπορεί να γεμίσει πλήρως με τηγμένο μέταλλο.