Nei paesi industrializzati con industrie manifatturiere di attrezzature avanzate, circa il 50% del valore totale della produzione proviene da imprese legate alla saldatura. Per migliorare la competitività del mercato, i produttori richiedono sempre più una maggiore efficienza produttiva e costi di prodotto inferiori. Per migliorare l'efficienza della saldatura, vengono utilizzati diversi approcci, come l'utilizzo di parametri di saldatura straordinari,saldatura ad arco, saldatura multifilo o multiarco e fili di saldatura migliorati possono essere adottati. Questi processi di saldatura avanzati hanno migliorato significativamente l'efficienza della produzione di saldatura, hanno ottenuto ampia applicazione e hanno dato contributi importanti aprogresso nella tecnologia di saldatura.

Entrando nel XXI secolo, con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, la saldatura ad alta efficienza ha ricevuto crescente attenzione ed è diventata una tendenza di sviluppo nella ricerca e applicazione della tecnologia di saldatura sia a livello nazionale che internazionale. In precedenza, nella saldatura ad alta efficienza, il miglioramento dei materiali di saldatura era l'obiettivo principale. Negli ultimi anni, il miglioramento dell'automazione della saldatura ha promosso lo sviluppo della tecnologia di saldatura ad alta efficienza e la saldatura ad alta velocità osaldatura ad alta velocità di deposizioneè diventata la direzione di sviluppo futura. La cosiddetta "tecnologia di saldatura ad alta efficienza" si riferisce essenzialmente a un insieme di tecnologie come la saldatura ad alta velocità, la saldatura ad alto tasso di deposizione e la saldatura ad alta efficienza.

(1) Approcci per migliorare l'efficienza della saldatura

Il miglioramento dell'efficienza produttiva della saldatura comprende due aspetti: il primo è la saldatura ad alta velocità di deposizione, volta ad aumentare la velocità di fusione dei materiali di saldatura, che richiede la fusione di una maggiore quantità di materiale per unità di tempo, utilizzata principalmente per la saldatura di lamiere spesse, con una velocità di deposizione fino a 30 kg/h; il secondo è la saldatura ad alta velocità, volta ad aumentare la velocità di saldatura, il cui punto di partenza fondamentale è aumentare la corrente di saldatura e contemporaneamente aumentare la velocità di saldatura per mantenere l'apporto termico di saldatura pressoché invariato, utilizzata principalmente per la saldatura di lamiere sottili, con una velocità di saldatura circa 3-8 volte superiore a quella della normale saldatura a gas CO₂.

Sulla base dell'attuale situazione di ricerca e sviluppo e di applicazione produttiva, emergono i seguenti approcci per migliorare l'efficienza della produzione di saldatura:

• Migliorare la velocità massima di fusione del filo mediante diverse combinazioni di gas di protezione per aumentare la velocità di deposizione della saldatura.
• Per migliorare l'efficienza della saldatura, utilizzare sorgenti di calore ibride, come la saldatura ibrida laser-arco, la saldatura ibrida laser-plasma, ecc.
• Per migliorare l'efficienza della produzione di saldatura, adottare l'alimentazione a più fili o a filo caldo, ad esempio la saldatura a gas con protezione a doppio filo (o a più fili), la saldatura ad arco sommerso a più fili, la saldatura a gas con protezione a filo caldo, ecc.
• Sfruttare le proprietà chimiche uniche degli elementi attivi per migliorare la capacità di penetrazione dell'arco, ridurre le dimensioni della sezione trasversale della saldatura e migliorare l'efficienza della saldatura, come ad esempio la saldatura A-TIG, il processo A-Laser, ecc.
• Ridurre le dimensioni della scanalatura per diminuire l'area della sezione trasversale della saldatura e la quantità di metallo depositato, come nella saldatura a giunto stretto.
• Adottare forme d'onda di uscita speciali per le sorgenti di alimentazione della saldatura al fine di aumentare la velocità di saldatura.

Attualmente, la definizione internazionale diSaldatura a gas attivo metallico (MAG) ad alta efficienza(vedere DVS-No.0909-1) è: per un filo con diametro di 1,2 mm, la saldatura MAG con una velocità di alimentazione del filo superiore a 15 m/min o una velocità di deposizione superiore a 8 kg/h è detta saldatura MAG ad alta efficienza. L'efficienza di deposizione di alcune saldature MAG ad alta efficienza può raggiungere i 20 kg/h.

(2) Materiali per saldatura MAG ad alta efficienza

Attualmente, tra i metodi per migliorare l'efficienza di deposizione della saldatura MAG, il più diffuso è la sostituzione dei fili pieni con fili animati. L'utilizzo di fili animati con polvere di ferro può aumentare l'efficienza di deposizione di oltre il 50% rispetto ai fili pieni. Inoltre, la regolazione della composizione del gas di protezione può migliorare significativamente l'efficienza di deposizione del filo.

• I fili pieni sono adatti per diametri compresi tra 1,0 e 1,2 mm. I fili troppo sottili sono difficili da adattare all'alimentazione ad alta velocità a causa della rigidità insufficiente; mentre i fili con un diametro superiore a 1,2 mm non consentono di ottenere un trasferimento dell'arco rotante stabile nemmeno ad alte correnti.
• I fili animati possono avere diametri compresi tra 1,2 e 1,6 mm. Sia i fili animati metallici che quelli animati con scoria possono realizzare saldature MAG ad alta efficienza con parametri di saldatura elevati. In particolare, per i fili animati metallici, grazie all'elevato grado di riempimento con polvere metallica (fino al 45%), utilizzando un filo animato metallico di 1,6 mm di diametro con parametri di saldatura di 380 A di corrente e 38 V di tensione, la velocità di fusione del filo può raggiungere i 9,6 kg/h.

Il trasferimento a goccia dei fili con anima metallica è simile a quello dei fili pieni. I fili animati possono essere saldati mediante trasferimento a spruzzo convenzionale e trasferimento a cortocircuito ad alta velocità, ma non possono essere saldati mediante trasferimento ad arco rotante. La velocità massima di alimentazione del filo animato rutilo può raggiungere i 30 m/min, mentre il limite superiore della velocità di alimentazione del filo animato basico è di circa 45 m/min, con una velocità di fusione del filo fino a 20 kg/h.

(3) Tipi di trasferimento di gocce nella saldatura MAG ad alta efficienza

Nella saldatura MAG convenzionale, all'aumentare della corrente di saldatura, la modalità di trasferimento delle gocce cambia da trasferimento a cortocircuito, a trasferimento globulare, fino a trasferimento a spruzzo. Nell'ottica di garantire una buona formazione del cordone di saldatura, la corrente limite per il trasferimento a spruzzo di gocce è di circa 400 A.

Nella saldatura MAG ad alta velocità di deposizione, sfruttando appieno le proprietà fisiche dei gas di protezione multicomponenti e aumentando opportunamente l'estensione del filo, la velocità di fusione del filo può essere notevolmente incrementata nell'intervallo di alta corrente e alta tensione della saldatura MAG non convenzionale. Allo stesso tempo, anche la morfologia del trasferimento delle gocce subisce modifiche sostanziali. Le sue forme di base sono: trasferimento a spruzzo ordinario, trasferimento a cortocircuito ad alta velocità, trasferimento a spruzzo rotante e trasferimento a spruzzo ad alta velocità.

• Arco di trasferimento a spruzzo ordinario: Nel campo disaldatura ad alta velocitàLa velocità di alimentazione del filo dell'arco di trasferimento a spruzzo è compresa tra 15 e 20 m/min.
• Arco di trasferimento di cortocircuito ad alta velocitàL'arco di trasferimento a cortocircuito ad alta velocità si ottiene riducendo la tensione di saldatura e aumentando l'estensione a secco nell'intervallo di velocità di avanzamento del filo compreso tra 15 e 20 m/min. A causa dell'aumento dell'estensione a secco a 40 mm, l'estremità del filo si ammorbidisce e inizia a ruotare, con un offset di 1-2 mm rispetto all'asse del filo. L'estremità rotante del filo produce un trasferimento a cortocircuito periodico su entrambi i lati della saldatura.
• Arco di trasferimento dello spruzzo rotanteL'arco rotante si genera quando l'estremità del filo viene ammorbidita da una corrente elevata e deviata dalla forza dell'arco. Per fili con un diametro di 1-2 mm, la velocità di avanzamento del filo deve raggiungere almeno 25 m/min e la corrente di saldatura minima equivalente è di circa 450 A. La deviazione totale dell'estremità libera del filo dall'asse del filo è di diversi millimetri, visibile a occhio nudo durante la saldatura.
• Arco di trasferimento a spruzzo ad alta velocitàÈ caratterizzato dal trasferimento assiale delle gocce, con una velocità di alimentazione del filo superiore a 20 m/min, e la dimensione delle gocce è approssimativamente uguale al diametro del filo. Rispetto al trasferimento di gocce una alla volta nell'arco, questo processo ha l'effetto migliore. Il processo di separazione delle gocce si ripete allo stesso modo, e un fascio di plasma stretto, concentrato e abbagliante è la caratteristica dell'arco di trasferimento a spruzzo ad alta velocità. Quando l'estremità del filo ammorbidito scende, la lunghezza dell'arco diminuisce e la colonna dell'arco di plasma si allarga, quindi si forma un ponte liquido tra la goccia fusa e l'estremità del filo. Il ponte liquido viene continuamente compresso sotto l'azione della forza di contrazione elettromagnetica, allargando l'arco. Quando il ponte tra l'estremità del filo e la goccia diventa sufficientemente piccolo, il plasma si forma attorno al ponte. Nel momento in cui il ponte si rompe, l'arco di trasferimento a spruzzo ad alta velocità si riaccende, riformando un getto di plasma stretto e concentrato. Per l'arco di trasferimento a spruzzo ad alta velocità, a causa della forma di penetrazione profonda ma stretta, la radice della saldatura non può essere completamente riempita di metallo fuso.