В промышленно развитых странах с развитой машиностроительной промышленностью примерно 50% общей стоимости продукции приходится на предприятия, связанные со сваркой. Для повышения конкурентоспособности на рынке производители все чаще требуют повышения эффективности производства и снижения себестоимости продукции. Для повышения эффективности сварки применяются различные подходы, такие как использование нестандартных параметров сварки,гибридная сваркаДля сварки могут применяться многопроволочная или многодуговая сварка, а также усовершенствованные сварочные проволоки. Эти передовые сварочные процессы значительно повысили эффективность сварочного производства, получили широкое применение и внесли важный вклад в развитие...Развитие сварочных технологий.

В начале XXI века, с быстрым развитием науки и техники, высокоэффективная сварка привлекает все больше внимания и становится тенденцией развития в исследованиях и применении сварочных технологий как внутри страны, так и за рубежом. Ранее в высокоэффективной сварке основное внимание уделялось улучшению сварочных материалов. В последние годы совершенствование автоматизации сварки способствовало развитию высокоэффективной сварки и высокоскоростной сварки.сварка с высокой скоростью наплавкистало будущим направлением развития. Так называемая «высокоэффективная технология сварки» по сути представляет собой совокупность технологий, таких как высокоскоростная сварка, сварка с высокой скоростью наплавки и сварка с высокой эффективностью.

(1) Подходы к повышению эффективности сварки

Повышение эффективности сварочных работ включает два аспекта: первый — высокоскоростная сварка, направленная на увеличение скорости плавления сварочных материалов, что требует плавления большего количества сварочного материала в единицу времени, в основном используется для сварки толстых листов, со скоростью наплавки до 30 кг/ч; второй — высокоскоростная сварка, направленная на увеличение скорости сварки, основной отправной точкой которой является увеличение сварочного тока при одновременном увеличении скорости сварки при сохранении примерно неизменной тепловой нагрузки, в основном используется для сварки тонких листов, со скоростью сварки примерно в 3-8 раз выше, чем при обычной сварке в защитной газовой среде CO₂.

Исходя из текущей ситуации в области исследований, разработок и практического применения сварочного оборудования, можно выделить следующие подходы к повышению эффективности сварочных работ:

• Для повышения скорости плавления сварочной проволоки можно использовать различные комбинации защитных газов.
• Для повышения эффективности сварки следует использовать гибридные источники тепла, такие как гибридная лазерно-дуговая сварка, гибридная лазерно-плазменная сварка и т. д.
• Для повышения эффективности сварочных работ следует использовать многопроволочную или термопроволочную подачу, например, при двухпроволочной (или многопроволочной) сварке в защитной газовой среде, многопроволочной сварке под флюсом, сварке в защитной газовой среде с использованием термопроволочной проволоки и т. д.
• Использование уникальных химических свойств активных элементов позволяет повысить проплавляемость дуги, уменьшить размер поперечного сечения сварного шва и улучшить эффективность сварки, например, при A-TIG сварке, A-Laser сварке и т. д.
• Уменьшение размера канавки позволяет снизить площадь поперечного сечения сварного шва и уменьшить количество наплавленного металла, например, при сварке с узким зазором.
• Для увеличения скорости сварки следует использовать специальные выходные сигналы сварочных источников питания.

В настоящее время международное определениевысокоэффективная сварка в атмосфере активного газа (MAG)(см. DVS-No.0909-1) означает: для проволоки диаметром 1,2 мм высокоэффективная MAG-сварка называется MAG-сваркой со скоростью подачи проволоки, превышающей 15 м/мин, или скоростью наплавки более 8 кг/ч. Эффективность наплавки некоторых высокоэффективных методов MAG-сварки может достигать 20 кг/ч.

(2) Высокоэффективные материалы для MAG-сварки

В настоящее время среди способов повышения эффективности наплавки при MAG-сварке наиболее распространенным является замена сплошных сварочных проволок на порошковые. Использование металлических проволок с железным порошком позволяет повысить эффективность наплавки более чем на 50% по сравнению со сплошными проволоками. Кроме того, регулирование состава защитного газа может значительно повысить эффективность наплавки проволоки.

• Для проводов диаметром 1,0-1,2 мм подходят сплошные проволоки. Слишком тонкие проволоки трудно адаптировать к высокоскоростной подаче из-за недостаточной жесткости; в то время как для проводов диаметром более 1,2 мм сложно обеспечить стабильную передачу вращающейся дуги даже при высоком токе.
• Для порошковой сварки можно использовать проволоки диаметром 1,2-1,6 мм. Как металлические, так и шлакообразующие порошковые проволоки позволяют достичь высокой эффективности MAG-сварки при больших параметрах сварки. Особенно для металлических проволок, благодаря высокой степени заполнения металлическим порошком (до 45%), при использовании проволоки диаметром 1,6 мм с параметрами сварки 380 А и 38 В скорость плавления проволоки может достигать 9,6 кг/ч.

Перенос капель при сварке металлическими проволоками аналогичен переносу капель при сварке сплошными проволоками. Сварка порошковыми проволоками может осуществляться как методом струйной сварки, так и высокоскоростным короткозамкнутым переносом, но не позволяет осуществлять сварку вращающейся дугой. Максимальная скорость подачи порошковых проволок из рутила может достигать 30 м/мин, а верхний предел скорости подачи порошковых проволок из обычных материалов составляет около 45 м/мин, при этом скорость плавления проволоки достигает 20 кг/ч.

(3) Типы переноса капель при высокоэффективной MAG-сварке

При традиционной MAG-сварке с увеличением сварочного тока форма переноса капель изменяется от переноса при коротком замыкании и шарообразного переноса к переносу в виде струи. При условии обеспечения хорошего формирования сварного шва предельный ток для переноса капель в виде струи составляет около 400 А.

При высокоскоростной MAG-сварке, за счет комплексного использования физических свойств многокомпонентных защитных газов и соответствующего увеличения длины проволоки, скорость плавления проволоки может быть значительно повышена в диапазоне высоких токов и напряжений, характерных для нетрадиционной MAG-сварки, при этом морфология переносимых капель также претерпевает существенные изменения. Основные формы переноса: обычный струйный перенос, высокоскоростной короткозамкнутый перенос, вращательный струйный перенос и высокоскоростной струйный перенос.

• Обычная дуга переноса распыленияВ областивысокоскоростная сваркаСкорость подачи проволоки в дуговой установке для нанесения мазков методом распыления составляет от 15 до 20 м/мин.
• Высокоскоростная дуга короткого замыканияВысокоскоростной перенос дуги при коротком замыкании достигается за счет снижения сварочного напряжения и увеличения сухого удлинения в диапазоне скоростей подачи проволоки 15-20 м/мин. При увеличении сухого удлинения до 40 мм конец проволоки размягчается и начинает вращаться со смещением на 1-2 мм от оси проволоки. Вращающийся конец проволоки создает периодический перенос дуги при коротком замыкании с обеих сторон сварного шва.
• Вращающаяся дуга распыленияВращающаяся дуга образуется, когда конец проволоки размягчается под действием высокого тока и отклоняется силой дуги. Для проволоки диаметром 1-2 мм скорость подачи проволоки должна достигать 25 м/мин или выше, а эквивалентный минимальный сварочный ток составляет около 450 А. Общее отклонение свободного конца проволоки от оси проволоки составляет несколько миллиметров, что можно наблюдать невооруженным глазом во время сварки.
• Высокоскоростная дуговая струйная обработкаХарактерной чертой этого процесса является осевой перенос капель со скоростью подачи проволоки более 20 м/мин, при этом размер капель примерно равен диаметру проволоки. По сравнению с пошаговым переносом капель в дуге, этот процесс имеет наилучший эффект. Процесс разделения капель повторяется одинаково, и характерной чертой высокоскоростной дуговой сварки методом распыления является узкий, концентрированный и ослепительный плазменный луч. Когда размягченный конец проволоки опускается, длина дуги уменьшается, а столб плазменной дуги расширяется, и затем между расплавленной каплей и концом проволоки образуется жидкий мостик. Жидкий мостик непрерывно сжимается под действием электромагнитной силы сжатия, расширяя дугу. Когда мостик между концом проволоки и каплей становится достаточно малым, вокруг него образуется плазма. В момент разрыва мостика высокоскоростная дуговая сварка методом распыления возобновляется, образуя узкую и концентрированную плазменную струю. В случае высокоскоростной дуговой сварки методом распыления, из-за глубокого, но узкого проплавления, корень сварного шва не может быть полностью заполнен расплавленным металлом.