V industrializovaných krajinách s vyspelým priemyslom výroby zariadení pochádza približne 50 % celkovej hodnoty produkcie zo zváracích podnikov. V záujme zvýšenia konkurencieschopnosti na trhu výrobcovia čoraz viac požadujú vyššiu efektivitu výroby a nižšie náklady na výrobky. Na zlepšenie efektivity zvárania sa používajú rôzne prístupy, ako napríklad použitie mimoriadnych parametrov zvárania,hybridné zváranie, viacdrôtové alebo viacoblúkové zváranie a je možné použiť vylepšené zváracie drôty. Tieto pokročilé zváracie procesy výrazne zlepšili efektivitu zváracej výroby, získali široké uplatnenie a významne prispeli kpokrok v technológii zvárania.

Vstupom do 21. storočia, s rýchlym rozvojom vedy a techniky, sa vysokoúčinnému zváraniu venuje čoraz väčšia pozornosť a stalo sa vývojovým trendom vo výskume a aplikácii zváracej technológie v tuzemsku aj v zahraničí. Predtým sa pri vysokoúčinnom zváraní zameriavalo najmä na zlepšovanie zváracích materiálov. V posledných rokoch zlepšenie automatizácie zvárania podporilo rozvoj vysokoúčinnej zváracej technológie a vysokorýchlostného zvárania alebo...zváranie s vysokou rýchlosťou odtaveniasa stal budúcim smerom vývoja. Takzvaná „vysokoúčinná technológia zvárania“ v podstate označuje súbor technológií, ako je vysokorýchlostné zváranie, zváranie s vysokou rýchlosťou nanášania a vysokoúčinné zváranie.

(1) Prístupy k zlepšeniu účinnosti zvárania

Zlepšenie efektivity zváracej výroby zahŕňa dva aspekty: jedným je zváranie s vysokou rýchlosťou nanášania zamerané na zvýšenie rýchlosti tavenia zváracích materiálov, ktoré vyžaduje natavenie väčšieho množstva zváracích materiálov za jednotku času, používané hlavne na zváranie hrubých plechov s rýchlosťou nanášania až 30 kg/h; druhým je vysokorýchlostné zváranie zamerané na zvýšenie rýchlosti zvárania, ktorého základným východiskovým bodom je zvýšenie zváracieho prúdu a zároveň zvýšenie rýchlosti zvárania, aby sa príkon zvárania udržal zhruba nezmenený, používané hlavne na zváranie tenkých plechov s rýchlosťou zvárania približne 3 až 8-krát vyššou ako pri bežnom zváraní v ochrannej atmosfére CO₂.

Zo súčasnej situácie v oblasti výskumu, vývoja a výrobných aplikácií existujú nasledujúce prístupy na zlepšenie efektívnosti zváracej výroby:

• Zlepšite maximálnu rýchlosť tavenia drôtu pomocou rôznych kombinácií ochranných plynov na zvýšenie rýchlosti nanášania zvárania.
• Na zlepšenie účinnosti zvárania použite hybridné zdroje tepla, ako napríklad hybridné zváranie laserovým oblúkom, hybridné zváranie laserovým plazmovým oblúkom atď.
• Na zlepšenie efektívnosti zvárania použite viacdrôtové (alebo viacdrôtové) zváranie v ochrannej atmosfére plynu, viacdrôtové zváranie pod tavivom, zváranie horúcim drôtom v ochrannej atmosfére plynu atď.
• Využite jedinečné chemické vlastnosti aktívnych prvkov na zvýšenie schopnosti prenikania oblúka, zníženie prierezu zvaru a zlepšenie účinnosti zvárania, ako je napríklad zváranie A-TIG, proces A-Laser atď.
• Zmenšite veľkosť drážky, aby ste zmenšili prierez zvaru a znížili množstvo naneseného kovu, napríklad pri zváraní s úzkou medzerou.
• Na zvýšenie rýchlosti zvárania použite špeciálne výstupné priebehy zváracích zdrojov.

V súčasnosti medzinárodná definíciavysokoúčinné zváranie kovom v aktívnom plyne (MAG)(pozri DVS-č. 0909-1) platí: pre drôt s priemerom 1,2 mm sa MAG zváranie s rýchlosťou podávania drôtu presahujúcou 15 m/min alebo s rýchlosťou odvaľovania vyššou ako 8 kg/h nazýva vysokoúčinné MAG zváranie. Účinnosť odvaľovania niektorých vysokoúčinných MAG zváraní môže dosiahnuť 20 kg/h.

(2) Vysokoúčinné materiály na MAG zváranie

V súčasnosti je medzi prostriedkami na zlepšenie účinnosti nanášania pri MAG zváraní široko používaný spôsob nahradenia plných drôtov drôtmi s tavidlom. Použitie drôtov s kovovým jadrom a železným práškom môže zvýšiť účinnosť nanášania o viac ako 50 % v porovnaní s plnými drôtmi. Okrem toho, úprava zloženia ochranného plynu môže výrazne zlepšiť účinnosť nanášania drôtu.

• Plné drôty sú vhodné pre priemery 1,0 – 1,2 mm. Príliš tenké drôty sa ťažko prispôsobujú vysokorýchlostnému podávaniu drôtu kvôli nedostatočnej tuhosti; zatiaľ čo drôty s priemerom väčším ako 1,2 mm nie je ľahké vytvoriť stabilný prenos rotačného oblúka ani pri vysokom prúde.
• Plnené drôty môžu mať priemer 1,2 – 1,6 mm. Plnené drôty s kovovým aj troskotvorným jadrom dokážu dosiahnuť vysokoúčinné MAG zváranie s veľkými zváracími parametrami. Najmä pri plnených drôtoch s kovovým jadrom môže vďaka vysokej miere plnenia kovovým práškom (až 45 %) pri použití plneného drôtu s priemerom 1,6 mm s parametrami zvárania zváracieho prúdu 380 A a zváracieho napätia 38 V dosiahnuť rýchlosť tavenia drôtu až 9,6 kg/h.

Prenos kvapiek pri drôtoch s kovovým jadrom je podobný prenosu plných drôtov. Drôty s tavidlom sa dajú zvárať konvenčným striekaním a vysokorýchlostným skratovým prenosom, ale nemôžu vytvárať prenos rotačným oblúkom. Maximálna rýchlosť podávania drôtu rutilových drôtov s tavidlom môže dosiahnuť 30 m/min a horná hranica rýchlosti podávania drôtu základných drôtov s tavidlom je približne 45 m/min s rýchlosťou tavenia drôtu až 20 kg/h.

(3) Typy prenosu kvapiek pri vysokoúčinnom MAG zváraní

Pri konvenčnom MAG zváraní sa so zvyšujúcim sa zváracím prúdom mení forma prenosu kvapiek z prenosu v skrate, cez globulárny prenos, na prenos striekaním. Za predpokladu zabezpečenia dobrej tvorby zvaru je limitný prúd pre prenos kvapiek striekaním približne 400 A.

Pri vysokorýchlostnom MAG zváraní, komplexným využitím fyzikálnych vlastností viaczložkových ochranných plynov a vhodným zvýšením predĺženia drôtu, je možné výrazne zvýšiť rýchlosť tavenia drôtu v rozsahu vysokého prúdu a vysokého napätia nekonvenčného MAG zvárania a zároveň dochádza k podstatným zmenám morfológie prenosu kvapiek. Jeho základné formy sú: bežný prenos striekaním, vysokorýchlostný prenos skratom, rotačný prenos striekaním a vysokorýchlostný prenos striekaním.

• Bežný oblúk na prenos sprejaV oblastivysokorýchlostné zváranie, rýchlosť podávania drôtu v oblúku s prenosovým striekaním je v rozsahu 15-20 m/min.
• Vysokorýchlostný skratový prenosový oblúkVysokorýchlostný skratový prenosový oblúk sa dosiahne znížením zváracieho napätia a zvýšením suchého predĺženia v rozsahu rýchlosti podávania drôtu 15 – 20 m/min. V dôsledku zvýšenia suchého predĺženia na 40 mm koniec drôtu zmäkne a začne sa otáčať s odsadením 1 – 2 mm od osi drôtu. Rotujúci koniec drôtu vytvára periodický skratový prenos na oboch stranách zvaru.
• Rotujúci oblúk prenosu striekaniaRotujúci oblúk vzniká, keď je koniec drôtu zmäkčený vysokým prúdom a vychýlený silou oblúka. Pri drôtoch s priemerom 1 – 2 mm je potrebná rýchlosť podávania drôtu 25 m/min alebo vyššia a ekvivalentný minimálny zvárací prúd je približne 450 A. Celková odchýlka voľného konca drôtu od osi drôtu je niekoľko milimetrov, čo je možné pozorovať voľným okom počas zvárania.
• Vysokorýchlostný oblúk na prenos sprejaJe charakterizovaný axiálnym prenosom kvapôčok, pričom rýchlosť podávania drôtu presahuje 20 m/min a veľkosť kvapôčok sa približne rovná priemeru drôtu. V porovnaní s prenosom kvapôčok po jednej v oblúku má tento proces najlepší účinok. Proces oddeľovania kvapôčok sa opakuje rovnakým spôsobom a úzky, koncentrovaný a oslňujúci plazmový lúč je charakteristickým znakom vysokorýchlostného striekacieho oblúka. Keď zmäkčený koniec drôtu klesá, dĺžka oblúka sa skracuje a stĺpec plazmového oblúka sa rozširuje, čím sa medzi roztavenou kvapkou a koncom drôtu vytvorí kvapalný mostík. Kvapalný mostík sa neustále stláča pôsobením elektromagnetickej kontrakčnej sily, čím sa oblúk rozširuje. Keď sa mostík medzi koncom drôtu a kvapkou dostatočne zmenší, okolo mostíka sa vytvorí plazma. V momente, keď sa mostík pretrhne, sa vysokorýchlostný striekací oblúk znovu zapáli a znovu vytvorí úzky a koncentrovaný plazmový prúd. Pri vysokorýchlostnom striekacom oblúku nemôže byť koreň zvaru kvôli hlbokému, ale úzkemu tvaru prieniku úplne vyplnený roztaveným kovom.