در کشورهای صنعتی با صنایع پیشرفته تولید تجهیزات، تقریباً 50٪ از کل ارزش تولید از شرکت‌های مرتبط با جوشکاری حاصل می‌شود. برای افزایش رقابت در بازار، تولیدکنندگان به طور فزاینده‌ای خواستار راندمان تولید بالاتر و هزینه‌های محصول پایین‌تر هستند. برای بهبود راندمان جوشکاری، رویکردهای مختلفی مانند استفاده از پارامترهای جوشکاری فوق‌العاده،جوشکاری هیبریدی، جوشکاری چند سیمه یا چند قوسی، و سیم‌های جوشکاری بهبود یافته می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. این فرآیندهای جوشکاری پیشرفته، راندمان تولید جوشکاری را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده، کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند و سهم مهمی درپیشرفت فناوری جوشکاری.

با ورود به قرن بیست و یکم، با توسعه سریع علم و فناوری، جوشکاری با راندمان بالا توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده و به یک روند توسعه در تحقیقات و کاربردهای فناوری جوشکاری، چه در داخل و چه در سطح بین‌المللی، تبدیل شده است. پیش از این، در جوشکاری با راندمان بالا، تمرکز اصلی بر بهبود مواد جوشکاری بود. در سال‌های اخیر، بهبود اتوماسیون جوشکاری، توسعه فناوری جوشکاری با راندمان بالا و جوشکاری با سرعت بالا یا ... را ارتقا داده است.جوشکاری با نرخ رسوب بالابه مسیر توسعه آینده تبدیل شده است. اصطلاح "فناوری جوشکاری با راندمان بالا" اساساً به مجموعه‌ای از فناوری‌ها مانند جوشکاری پرسرعت، جوشکاری با نرخ رسوب بالا و جوشکاری با راندمان جوشکاری بالا اشاره دارد.

(1) رویکردهایی برای بهبود راندمان جوشکاری

بهبود راندمان تولید جوشکاری شامل دو جنبه است: یکی جوشکاری با نرخ رسوب بالا با هدف افزایش نرخ ذوب مواد جوشکاری است که نیاز به ذوب مواد جوشکاری بیشتر در واحد زمان دارد و عمدتاً برای جوشکاری صفحات ضخیم با نرخ رسوب تا 30 کیلوگرم در ساعت استفاده می‌شود؛ دیگری جوشکاری پرسرعت با هدف افزایش سرعت جوشکاری است که نقطه شروع اساسی آن افزایش جریان جوشکاری در عین افزایش سرعت جوشکاری برای حفظ گرمای ورودی جوشکاری تقریباً بدون تغییر است و عمدتاً برای جوشکاری صفحات نازک با سرعت جوشکاری حدود 3 تا 8 برابر جوشکاری معمولی با گاز محافظ CO₂ استفاده می‌شود.

با توجه به وضعیت فعلی تحقیق و توسعه و کاربرد تولید، رویکردهای زیر برای بهبود راندمان تولید جوشکاری وجود دارد:

• با استفاده از ترکیبات مختلف گازهای محافظ، حداکثر سرعت ذوب سیم را بهبود بخشید تا نرخ رسوب جوش افزایش یابد.
• از منابع حرارتی هیبریدی برای بهبود راندمان جوشکاری استفاده کنید، مانند جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس، جوشکاری هیبریدی لیزر-قوس پلاسما و غیره.
• برای بهبود راندمان تولید جوشکاری، از تغذیه چند سیمه یا تغذیه سیم داغ استفاده کنید، مانند جوشکاری دو سیمه (یا چند سیمه) با محافظ گاز، جوشکاری قوسی زیرپودری چند سیمه، جوشکاری سیم داغ با محافظ گاز و غیره.
• از خواص شیمیایی منحصر به فرد عناصر فعال برای افزایش قابلیت نفوذ قوس، کاهش اندازه سطح مقطع جوش و بهبود راندمان جوشکاری، مانند جوشکاری A-TIG، فرآیند A-Laser و غیره استفاده کنید.
• برای کاهش سطح مقطع جوش و کاهش مقدار فلز رسوب شده، مانند جوشکاری با شکاف باریک، اندازه شیار را کاهش دهید.
• برای افزایش سرعت جوشکاری، از شکل موج‌های خروجی ویژه منابع تغذیه جوشکاری استفاده کنید.

در حال حاضر، تعریف بین‌المللیجوشکاری با گاز فعال فلزی با راندمان بالا (MAG)(به DVS-No.0909-1 مراجعه کنید) عبارت است از: برای سیمی با قطر 1.2 میلی‌متر، جوشکاری MAG با سرعت تغذیه سیم بیش از 15 متر در دقیقه یا نرخ رسوب بیش از 8 کیلوگرم در ساعت، جوشکاری MAG با راندمان بالا نامیده می‌شود. راندمان رسوب برخی از جوشکاری‌های MAG با راندمان بالا می‌تواند به 20 کیلوگرم در ساعت برسد.

(2) مواد جوشکاری MAG با راندمان بالا

در حال حاضر، از جمله روش‌های بهبود راندمان رسوب‌گذاری جوشکاری MAG، جایگزینی سیم‌های جامد با سیم‌های با هسته شار برای جوشکاری است. استفاده از سیم‌های با هسته فلزی به همراه پودر آهن می‌تواند راندمان رسوب‌گذاری را در مقایسه با سیم‌های جامد بیش از 50٪ افزایش دهد. علاوه بر این، تنظیم ترکیب گاز محافظ می‌تواند راندمان رسوب‌گذاری سیم را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

• سیم‌های توپر برای قطرهای ۱.۰ تا ۱.۲ میلی‌متر مناسب هستند. سیم‌های خیلی نازک به دلیل سفتی ناکافی، به سختی با تغذیه سیم با سرعت بالا سازگار می‌شوند؛ در حالی که سیم‌هایی با قطر بیشتر از ۱.۲ میلی‌متر حتی تحت جریان بالا نیز به راحتی نمی‌توانند انتقال قوس چرخشی پایدار ایجاد کنند.
• سیم‌های با هسته شار می‌توانند قطرهایی از ۱.۲ تا ۱.۶ میلی‌متر داشته باشند. هر دو سیم با هسته فلزی و سرباره می‌توانند جوشکاری MAG با راندمان بالا و پارامترهای جوشکاری بالا را انجام دهند. به خصوص برای سیم‌های با هسته فلزی، به دلیل سرعت بالای پر شدن پودر فلز (تا ۴۵٪)، هنگام استفاده از سیم با هسته فلزی به قطر ۱.۶ میلی‌متر با پارامترهای جوشکاری جریان جوشکاری ۳۸۰ آمپر و ولتاژ جوشکاری ۳۸ ولت، سرعت ذوب سیم می‌تواند به ۹.۶ کیلوگرم در ساعت برسد.

انتقال قطرات سیم‌های با هسته فلزی مشابه سیم‌های توپر است. سیم‌های با هسته شار را می‌توان به صورت انتقال پاششی معمولی و انتقال اتصال کوتاه با سرعت بالا جوشکاری کرد، اما نمی‌توان انتقال قوس چرخشی ایجاد کرد. حداکثر سرعت تغذیه سیم سیم‌های با هسته شار روتیلی می‌تواند به 30 متر در دقیقه برسد و حد بالایی سرعت تغذیه سیم سیم‌های با هسته شار پایه حدود 45 متر در دقیقه است و سرعت ذوب سیم تا 20 کیلوگرم در ساعت می‌رسد.

(3) انواع انتقال قطرات در جوشکاری MAG با راندمان بالا

در جوشکاری MAG معمولی، با افزایش جریان جوشکاری، شکل انتقال قطرات از انتقال اتصال کوتاه، انتقال کروی به انتقال پاششی تغییر می‌کند. با فرض اطمینان از تشکیل خوب جوش، جریان حد برای انتقال پاششی قطرات حدود ۴۰۰ آمپر است.

در جوشکاری MAG با نرخ رسوب بالا، با استفاده جامع از خواص فیزیکی گازهای محافظ چند جزئی و افزایش مناسب طول سیم، سرعت ذوب سیم می‌تواند در محدوده جریان و ولتاژ بالای جوشکاری MAG غیرمتعارف تا حد زیادی افزایش یابد و همزمان، مورفولوژی انتقال قطره نیز دستخوش تغییرات اساسی شود. اشکال اساسی آن عبارتند از: انتقال اسپری معمولی، انتقال اتصال کوتاه با سرعت بالا، انتقال اسپری چرخشی و انتقال اسپری با سرعت بالا.

• قوس انتقال پاششی معمولی: در زمینهجوشکاری با سرعت بالاسرعت تغذیه سیم قوس انتقال اسپری در محدوده 15-20 متر در دقیقه است.
• قوس انتقال اتصال کوتاه با سرعت بالاقوس انتقال اتصال کوتاه با سرعت بالا با کاهش ولتاژ جوشکاری و افزایش طول خشک در محدوده سرعت تغذیه سیم ۱۵ تا ۲۰ متر بر دقیقه حاصل می‌شود. به دلیل افزایش طول خشک تا ۴۰ میلی‌متر، انتهای سیم نرم شده و شروع به چرخش می‌کند، با انحراف ۱ تا ۲ میلی‌متر از محور سیم. انتهای چرخان سیم، انتقال اتصال کوتاه دوره‌ای را در هر دو طرف جوش ایجاد می‌کند.
• قوس انتقال اسپری چرخشیقوس چرخشی زمانی ایجاد می‌شود که انتهای سیم توسط جریان زیاد نرم شده و توسط نیروی قوس منحرف شود. برای سیم‌هایی با قطر ۱-۲ میلی‌متر، سرعت تغذیه سیم باید به ۲۵ متر در دقیقه یا بیشتر برسد و حداقل جریان جوشکاری معادل آن حدود ۴۵۰ آمپر است. انحراف کل انتهای آزاد سیم از محور سیم چندین میلی‌متر است که می‌توان آن را با چشم غیرمسلح در حین جوشکاری مشاهده کرد.
• قوس انتقال اسپری با سرعت بالااین روش با انتقال محوری قطرات، با سرعت تغذیه سیم بیش از 20 متر بر دقیقه مشخص می‌شود و اندازه قطرات تقریباً برابر با قطر سیم است. در مقایسه با انتقال یک به یک قطرات در قوس، این فرآیند بهترین اثر را دارد. فرآیند جداسازی قطرات به همان روش تکرار می‌شود و یک پرتو پلاسمای باریک، متمرکز و خیره‌کننده، مشخصه قوس انتقال پاششی پرسرعت است. هنگامی که انتهای نرم شده سیم پایین می‌آید، طول قوس کاهش می‌یابد و ستون قوس پلاسما پهن‌تر می‌شود و سپس یک پل مایع بین قطره مذاب و انتهای سیم تشکیل می‌شود. پل مایع تحت عمل نیروی انقباض الکترومغناطیسی به طور مداوم فشرده می‌شود و قوس را پهن‌تر می‌کند. هنگامی که پل بین انتهای سیم و قطره به اندازه کافی کوچک می‌شود، پلاسما در اطراف پل تشکیل می‌شود. در لحظه‌ای که پل می‌شکند، قوس انتقال پاششی پرسرعت دوباره روشن می‌شود و یک جت پلاسمای باریک و متمرکز را دوباره تشکیل می‌دهد. برای قوس انتقال پاششی پرسرعت، به دلیل شکل نفوذ عمیق اما باریک، ریشه جوش نمی‌تواند به طور کامل با فلز مذاب پر شود.