V industrializovaných zemích s pokročilým průmyslem výroby zařízení pochází přibližně 50 % celkové produkce ze svařovacích podniků. Pro zvýšení konkurenceschopnosti na trhu výrobci stále více požadují vyšší efektivitu výroby a nižší náklady na výrobky. Pro zlepšení účinnosti svařování se používají různé přístupy, jako je použití mimořádných svařovacích parametrů,hybridní svařování, vícedrátové nebo víceobloukové svařování a lze použít vylepšené svařovací dráty. Tyto pokročilé svařovací procesy výrazně zlepšily efektivitu svařovací výroby, získaly široké uplatnění a významně přispěly kpokrok v technologii svařování.

S nástupem 21. století, s rychlým rozvojem vědy a techniky, se vysoce účinnému svařování věnuje stále větší pozornost a stalo se vývojovým trendem ve výzkumu a aplikaci svařovacích technologií v tuzemsku i v zahraničí. Dříve se při vysoce účinném svařování zaměřovalo především na zdokonalování svařovacích materiálů. V posledních letech zlepšení automatizace svařování podpořilo rozvoj vysoce účinných svařovacích technologií a vysokorychlostního svařování nebo...svařování s vysokou rychlostí odtaveníse stala směrem budoucího vývoje. Takzvaná „vysoce účinná technologie svařování“ v podstatě označuje soubor technologií, jako je vysokorychlostní svařování, svařování s vysokou rychlostí navařování a svařování s vysokou účinností svařování.

(1) Přístupy ke zlepšení účinnosti svařování

Zlepšení efektivity svařovací výroby zahrnuje dva aspekty: jedním je vysokorychlostní svařování zaměřené na zvýšení rychlosti tavení svařovacích materiálů, které vyžaduje natavení většího množství svařovacích materiálů za jednotku času, používané hlavně pro svařování tlustých plechů s rychlostí navařování až 30 kg/h; druhým je vysokorychlostní svařování zaměřené na zvýšení rychlosti svařování, jehož základním výchozím bodem je zvýšení svařovacího proudu při současném zvýšení rychlosti svařování, aby se svařovací vstupní teplo udrželo zhruba beze změny, používané hlavně pro svařování tenkých plechů s rychlostí svařování přibližně 3–8krát vyšší než u běžného svařování v ochranné atmosféře CO₂.

Ze současné situace ve výzkumu, vývoji a výrobních aplikacích vyplývají následující přístupy ke zlepšení efektivity svařovací výroby:

• Zlepšete maximální rychlost tavení drátu pomocí různých kombinací ochranných plynů pro zvýšení rychlosti navařování.
• Používejte hybridní zdroje tepla ke zlepšení účinnosti svařování, jako je například hybridní svařování laserovým obloukem, hybridní svařování laserovým obloukem a plazmovým obloukem atd.
• Pro zlepšení efektivity svařování použijte podávání více drátů nebo podávání horkého drátu, jako je například dvoudrátové (nebo vícedrátové) svařování v ochranné atmosféře plynu, vícedrátové svařování pod tavidlem, horké svařování v ochranné atmosféře plynu atd.
• Využijte jedinečné chemické vlastnosti aktivních prvků ke zvýšení schopnosti pronikání oblouku, zmenšení průřezu svaru a zlepšení účinnosti svařování, jako je svařování A-TIG, proces A-Laser atd.
• Zmenšením velikosti drážky zmenšíte plochu průřezu svaru a snížíte množství navařeného kovu, například svařováním s úzkou mezerou.
• Pro zvýšení rychlosti svařování použijte speciální výstupní průběhy svařovacích zdrojů.

V současné době mezinárodní definiceVysoce účinné svařování kovem v aktivním plynu (MAG)(viz DVS-č. 0909-1) platí: pro drát o průměru 1,2 mm se svařování MAG s rychlostí podávání drátu vyšší než 15 m/min nebo s rychlostí odtavení vyšší než 8 kg/h nazývá vysoce účinné MAG svařování. Účinnost odtavení u některých vysoce účinných MAG svařování může dosáhnout 20 kg/h.

(2) Vysoce účinné materiály pro MAG svařování

V současné době je mezi široce používanými prostředky ke zlepšení účinnosti navařování při MAG svařování nahrazení plných drátů plněnými dráty. Použití drátů s kovovým jádrem a železným práškem může zvýšit účinnost navařování o více než 50 % ve srovnání s plnými dráty. Kromě toho lze výrazně zlepšit účinnost navařování drátu úpravou složení ochranného plynu.

• Plné dráty jsou vhodné pro průměry 1,0–1,2 mm. Příliš tenké dráty se obtížně přizpůsobují vysokorychlostnímu podávání drátu kvůli nedostatečné tuhosti; zatímco dráty s průměrem větším než 1,2 mm nelze snadno vytvářet stabilní přenos rotujícího oblouku ani při vysokém proudu.
• Trubičkové dráty mohou mít průměr 1,2–1,6 mm. Trubičkové dráty s kovovým i struskovým jádrem umožňují vysoce účinné MAG svařování s velkými svařovacími parametry. Zejména u trubičkových drátů může díky vysoké míře plnění kovovým práškem (až 45 %) při použití trubičkového drátu o průměru 1,6 mm, svařovacích parametrech svařovacího proudu 380 A a svařovacího napětí 38 V dosáhnout rychlosti tavení drátu až 9,6 kg/h.

Přenos kapek u drátů s kovovým plněním je podobný jako u plných drátů. Dráty s tavidlovým plněním lze svařovat konvenčním postřikovým přenosem a vysokorychlostním zkratovým přenosem, ale nemohou vytvářet přenos rotačním obloukem. Maximální rychlost podávání drátu u rutilových plněných drátů může dosáhnout 30 m/min a horní limit rychlosti podávání drátu u základních plněných drátů je přibližně 45 m/min s rychlostí tavení drátu až 20 kg/h.

(3) Typy přenosu kapek při vysoce účinném MAG svařování

Při konvenčním MAG svařování se s rostoucím svařovacím proudem mění forma přenosu kapek z krátkodobého přenosu, přes globulární přenos, až po přenos postřikem. Za předpokladu zajištění dobrého tvaru svaru je limitní proud pro přenos kapek postřikem přibližně 400 A.

Při vysokorychlostním MAG svařování lze komplexním využitím fyzikálních vlastností vícesložkových ochranných plynů a vhodným zvýšením prodloužení drátu výrazně zvýšit rychlost tavení drátu v rozsahu vysokého proudu a vysokého napětí nekonvenčního MAG svařování a zároveň dochází k podstatným změnám v morfologii přenosu kapek. Jeho základní formy jsou: běžný přenos postřikem, vysokorychlostní zkratový přenos, rotační přenos postřikem a vysokorychlostní přenos postřikem.

• Běžný oblouk pro přenos postřikuV oblastivysokorychlostní svařováníRychlost podávání drátu u oblouku s rozprašováním je v rozmezí 15-20 m/min.
• Vysokorychlostní zkratový přenosový obloukVysokorychlostní zkratový přenosový oblouk se získá snížením svařovacího napětí a zvýšením suchého prodloužení v rozsahu rychlosti podávání drátu 15-20 m/min. V důsledku zvýšení suchého prodloužení na 40 mm konec drátu změkne a začne se otáčet s odsazením 1-2 mm od osy drátu. Rotující konec drátu vytváří periodický zkratový přenos na obou stranách svaru.
• Rotující oblouk pro přenos postřikuRotující oblouk vzniká, když je konec drátu změkčen vysokým proudem a vychýlen silou oblouku. U drátů o průměru 1-2 mm je nutné dosáhnout rychlosti podávání drátu 25 m/min nebo vyšší a ekvivalentní minimální svařovací proud je asi 450 A. Celková odchylka volného konce drátu od osy drátu je několik milimetrů, což lze během svařování pozorovat pouhým okem.
• Vysokorychlostní oblouk pro přenos postřikuJe charakterizován axiálním přenosem kapiček, přičemž rychlost podávání drátu přesahuje 20 m/min a velikost kapiček je zhruba stejná jako průměr drátu. Ve srovnání s přenosem kapiček po jedné v oblouku má tento proces nejlepší účinek. Proces oddělování kapiček se opakuje stejným způsobem a úzký, koncentrovaný a oslnivý plazmový paprsek je charakteristický pro vysokorychlostní oblouk s roztaveným kovem. Když změkčený konec drátu klesá, délka oblouku se zkracuje a sloupec plazmového oblouku se rozšiřuje, a poté se mezi roztavenou kapkou a koncem drátu vytvoří kapalný můstek. Kapalinový můstek je neustále stlačován působením elektromagnetické kontrakční síly, čímž se oblouk rozšiřuje. Když se můstek mezi koncem drátu a kapkou dostatečně zmenší, kolem můstku se vytvoří plazma. V okamžiku, kdy se můstek přeruší, se vysokorychlostní oblouk s roztaveným kovem znovu zapálí a znovu vytvoří úzký a koncentrovaný plazmový proud. U vysokorychlostního oblouku s roztaveným kovem nemůže být kořen svaru kvůli hlubokému, ale úzkému tvaru průvaru zcela zaplněn roztaveným kovem.