Az iparosodott országokban, ahol fejlett berendezésgyártó ipar található, a teljes termelési érték körülbelül 50%-a hegesztéssel kapcsolatos vállalkozásoktól származik. A piaci versenyképesség fokozása érdekében a gyártók egyre inkább nagyobb termelési hatékonyságot és alacsonyabb termékköltségeket követelnek. A hegesztési hatékonyság javítása érdekében különféle megközelítéseket alkalmaznak, például rendkívüli hegesztési paraméterek alkalmazását,hibrid hegesztés, többhuzalos vagy többíves hegesztés, és továbbfejlesztett hegesztőhuzalok alkalmazhatók. Ezek a fejlett hegesztési eljárások jelentősen javították a hegesztés hatékonyságát, széles körben elterjedtek, és fontos mértékben hozzájárultak aa hegesztési technológia fejlődése.

A 21. századba lépve, a tudomány és a technológia gyors fejlődésével a nagy hatékonyságú hegesztés egyre nagyobb figyelmet kapott, és a hegesztéstechnológiai kutatás és alkalmazás fejlesztési trendjévé vált mind hazai, mind nemzetközi szinten. Korábban a nagy hatékonyságú hegesztésben a hegesztőanyagok fejlesztése volt a fő hangsúly. Az elmúlt években a hegesztésautomatizálás fejlesztése elősegítette a nagy hatékonyságú hegesztési technológia fejlődését, és a nagysebességű hegesztés, ill.nagy lerakódási sebességű hegesztésvált a jövőbeli fejlesztési irányvonallá. Az úgynevezett „nagy hatékonyságú hegesztési technológia” lényegében olyan technológiák gyűjteményére utal, mint a nagysebességű hegesztés, a nagy lerakódási sebességű hegesztés és a nagy hegesztési hatékonyságú hegesztés.

(1) A hegesztési hatékonyság javítására szolgáló módszerek

A hegesztés hatékonyságának javítása két szempontot foglal magában: az egyik a nagy lerakódási sebességű hegesztés, amelynek célja a hegesztőanyagok olvadási sebességének növelése, ami időegységenként több hegesztőanyag megolvasztását igényli, főként vastag lemezek hegesztéséhez használják, akár 30 kg/h lerakódási sebességgel; a másik a hegesztési sebesség növelését célzó nagysebességű hegesztés, amelynek alapvető kiindulópontja a hegesztőáram növelése a hegesztési sebesség növelése mellett, hogy a hegesztési hőbevitel nagyjából változatlan maradjon, főként vékony lemezek hegesztéséhez használják, a hagyományos CO₂ gázzal védett hegesztéshez képest körülbelül 3-8-szoros hegesztési sebességgel.

A jelenlegi kutatási és fejlesztési, valamint gyártási alkalmazási helyzet alapján a következő megközelítések léteznek a hegesztés hatékonyságának javítására:

• A huzal maximális olvasztási sebességének javítása védőgázok különböző kombinációival a hegesztési lerakódási sebesség növelése érdekében.
• Használjon hibrid hőforrásokat a hegesztési hatékonyság javítására, például lézeres íves hibrid hegesztést, lézeres plazmaíves hibrid hegesztést stb.
• A hegesztés hatékonyságának javítása érdekében alkalmazzon többhuzalos vagy forróhuzalos adagolást, például kéthuzalos (vagy többhuzalos) gázzal védett hegesztést, többhuzalos fedett ívű hegesztést, forróhuzalos gázzal védett hegesztést stb.
• Használja ki az aktív elemek egyedi kémiai tulajdonságait az ív behatolási képességének fokozására, a hegesztési keresztmetszet csökkentésére és a hegesztési hatékonyság javítására, például A-TIG hegesztéssel, A-lézeres eljárással stb.
• A horony méretének csökkentése a hegesztési keresztmetszeti terület és a lerakódott fém mennyiségének csökkentése érdekében, például keskeny résű hegesztésnél.
• A hegesztési sebesség növelése érdekében alkalmazzon hegesztő áramforrások speciális kimeneti hullámformáit.

Jelenleg a nemzetközi definíció anagy hatékonyságú fémaktív gázos (MAG) hegesztés(lásd DVS-No.0909-1) a következő: 1,2 mm átmérőjű huzal esetén a 15 m/percnél nagyobb huzalelőtolási sebességű vagy 8 kg/h-nál nagyobb leválasztási sebességű MAG hegesztést nagy hatásfokú MAG hegesztésnek nevezzük. Egyes nagy hatásfokú MAG hegesztések leválasztási hatásfoka elérheti a 20 kg/h értéket.

(2) Nagy hatékonyságú MAG hegesztőanyagok

Jelenleg a MAG-hegesztés leválasztási hatékonyságának javítására szolgáló eszközök közül széles körben elterjedt a tömör huzalok porbeles huzalokkal való helyettesítése. A fémporbeles huzalok vasporral történő használata több mint 50%-kal növelheti a leválasztási hatékonyságot a tömör huzalokhoz képest. Ezenkívül a védőgáz összetételének módosítása jelentősen javíthatja a huzal leválasztási hatékonyságát.

• A tömör huzalok 1,0-1,2 mm átmérőjűek. A túl vékony huzalok nehezen adaptálhatók nagysebességű huzaladagolásra a nem megfelelő merevség miatt; míg az 1,2 mm-nél nagyobb átmérőjű huzalok még nagy áramerősség mellett sem könnyen biztosítanak stabil forgó ívátvitelt.
• A porbeles huzalok átmérője 1,2-1,6 mm lehet. Mind a fémporbeles, mind a salakképző porbeles huzalok nagy hatásfokú MAG-hegesztést tesznek lehetővé nagy hegesztési paraméterek mellett. Különösen a fémporbeles huzalok esetében, a fémpor magas töltési aránya (akár 45%) miatt, 1,6 mm átmérőjű fémporbeles huzal használatakor 380 A hegesztőárammal és 38 V hegesztőfeszültséggel a huzalolvadási sebesség elérheti a 9,6 kg/h-t.

A fémporbeles huzalok cseppátadása hasonló a tömör huzalokéhoz. A porbeles huzalok hegeszthetők hagyományos szórófejes átvitellel és nagysebességű rövidzárlatos átvitellel, de nem képesek forgó ívátvitelt létrehozni. A rutil porbeles huzalok maximális huzalelőtolási sebessége elérheti a 30 m/percet, az alap porbeles huzalok huzalelőtolási sebességének felső határa pedig körülbelül 45 m/perc, a huzalolvadási sebessége pedig akár 20 kg/h is lehet.

(3) Cseppátviteli típusok nagy hatékonyságú MAG hegesztésben

Hagyományos MAG hegesztésnél a hegesztőáram növekedésével a cseppek átvitelének formája a rövidzárlatos átvitelről, a globuláris átvitelről a permetezéses átvitelre változik. A jó hegesztés biztosítása érdekében a cseppek permetezéses átvitelének határáramja körülbelül 400 A.

Nagy lerakódási sebességű MAG-hegesztésnél a többkomponensű védőgázok fizikai tulajdonságainak átfogó kihasználásával és a huzalnyúlás megfelelő növelésével a huzalolvadási sebesség nagymértékben növelhető a nem hagyományos MAG-hegesztés nagyáramú és nagyfeszültségű tartományában, ugyanakkor a cseppátviteli morfológia is lényeges változásokon megy keresztül. Alapvető formái: hagyományos porlasztásos átvitel, nagysebességű rövidzárlatos átvitel, forgó porlasztásos átvitel és nagysebességű porlasztásos átvitel.

• Hagyományos szóróívA területennagysebességű hegesztés, a szóróív huzaladagolási sebessége 15-20 m/perc tartományban van.
• Nagysebességű rövidzárlatos ívátvezetőA nagysebességű rövidzárlatos ívátmenetet a hegesztőfeszültség csökkentésével és a száraz nyúlás növelésével érik el a huzal előtolási sebességének 15-20 m/perc tartományában. A száraz nyúlás 40 mm-re történő növelésével a huzal vége meglágyul és forogni kezd, 1-2 mm-rel eltérve a huzal tengelyétől. A forgó huzalvég periodikus rövidzárlatos ívátmenetet hoz létre a hegesztés mindkét oldalán.
• Forgó permetező ívForgóív keletkezik, amikor a huzalvéget nagy áramerősség lágyítja, és az ív ereje eltéríti. 1-2 mm átmérőjű huzalok esetén a huzalelőtolási sebességnek el kell érnie a 25 m/percet vagy annál nagyobbat, az egyenértékű minimális hegesztőáram pedig körülbelül 450 A. A huzal szabad végének teljes eltérése a huzaltengelytől több milliméter, ami hegesztés közben szabad szemmel is megfigyelhető.
• Nagy sebességű permetező ív: Jellemzője a cseppek axiális átvitele, a huzal előtolási sebessége meghaladja a 20 m/percet, és a cseppek mérete nagyjából megegyezik a huzal átmérőjével. Az ívben lévő cseppek egyenkénti átviteléhez képest ez a folyamat a legjobb hatású. A cseppszétválasztási folyamat ugyanúgy ismétlődik, és a nagy sebességű szóróív jellemzője egy keskeny, koncentrált és káprázatos plazmasugár. Amikor a lágyított huzalvég leereszkedik, az ívhossz csökken, és a plazmaív oszlopa kiszélesedik, majd egy folyadékhíd alakul ki az olvadt csepp és a huzalvég között. A folyadékhíd folyamatosan összenyomódik az elektromágneses összehúzódási erő hatására, így az ív kiszélesedik. Amikor a huzalvég és a csepp közötti híd elég kicsivé válik, plazma alakul ki a híd körül. Abban a pillanatban, amikor a híd elszakad, a nagy sebességű szóróív újragyullad, és egy keskeny és koncentrált plazmasugarat képez. Nagy sebességű szóróív esetén a mély, de keskeny behatolási forma miatt a hegesztési gyök nem tölthető ki teljesen olvadt fémmel.