ในประเทศอุตสาหกรรมที่มีการผลิตอุปกรณ์ที่ทันสมัย ​​ประมาณ 50% ของมูลค่าผลผลิตรวมมาจากธุรกิจที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันในตลาด ผู้ผลิตจึงต้องการประสิทธิภาพการผลิตที่สูงขึ้นและต้นทุนผลิตภัณฑ์ที่ต่ำลงอย่างต่อเนื่อง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม จึงมีการใช้วิธีการต่างๆ เช่น การใช้พารามิเตอร์การเชื่อมพิเศษ เป็นต้นการเชื่อมแบบไฮบริดสามารถใช้การเชื่อมแบบหลายสายหรือหลายอาร์ค และลวดเชื่อมที่ได้รับการปรับปรุงได้ กระบวนการเชื่อมขั้นสูงเหล่านี้ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตงานเชื่อมอย่างมีนัยสำคัญ ได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวาง และมีส่วนสำคัญต่อ...ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเชื่อม

เมื่อเข้าสู่ศตวรรษที่ 21 ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การเชื่อมประสิทธิภาพสูงได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นและกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาในการวิจัยและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมทั้งในประเทศและต่างประเทศ ก่อนหน้านี้ การปรับปรุงวัสดุเชื่อมเป็นจุดสนใจหลักในการเชื่อมประสิทธิภาพสูง แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาด้านระบบอัตโนมัติในการเชื่อมได้ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมประสิทธิภาพสูง และการเชื่อมความเร็วสูงหรือการเชื่อมด้วยอัตราการสะสมสูงได้กลายเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต เทคโนโลยีการเชื่อมประสิทธิภาพสูงที่กล่าวถึงนี้ โดยพื้นฐานแล้วหมายถึงกลุ่มเทคโนโลยีต่างๆ เช่น การเชื่อมความเร็วสูง การเชื่อมด้วยอัตราการสะสมวัสดุสูง และการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพสูง

(1) แนวทางในการปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม

การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตงานเชื่อมประกอบด้วยสองด้าน: ด้านแรกคือการเชื่อมด้วยอัตราการสะสมสูง ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มอัตราการหลอมละลายของวัสดุเชื่อม โดยต้องหลอมละลายวัสดุเชื่อมมากขึ้นต่อหน่วยเวลา ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นหนา โดยมีอัตราการสะสมสูงถึง 30 กก./ชม. อีกด้านหนึ่งคือการเชื่อมความเร็วสูง ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความเร็วในการเชื่อม โดยจุดเริ่มต้นพื้นฐานคือการเพิ่มกระแสเชื่อมพร้อมกับเพิ่มความเร็วในการเชื่อมเพื่อรักษาระดับความร้อนในการเชื่อมให้คงที่ ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นบาง โดยมีความเร็วในการเชื่อมประมาณ 3-8 เท่าของการเชื่อมด้วยก๊าซ CO₂ แบบปกติ

จากสถานการณ์การวิจัยและพัฒนาและการนำไปใช้งานในกระบวนการผลิตในปัจจุบัน มีแนวทางต่อไปนี้ที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตงานเชื่อม:

• ปรับปรุงความเร็วในการหลอมลวดสูงสุดโดยใช้ก๊าสปกคลุมชนิดต่างๆ เพื่อเพิ่มอัตราการสะสมเนื้อโลหะในการเชื่อม
• ใช้แหล่งความร้อนแบบผสมผสานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อม เช่น การเชื่อมแบบไฮบริดเลเซอร์-อาร์ค การเชื่อมแบบไฮบริดเลเซอร์-พลาสมาอาร์ค เป็นต้น
• ใช้ระบบป้อนลวดหลายเส้นหรือระบบป้อนลวดร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตงานเชื่อม เช่น การเชื่อมด้วยลวดคู่ (หรือหลายเส้น) โดยใช้แก๊สปกคลุม การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คหลายเส้น การเชื่อมด้วยลวดร้อนโดยใช้แก๊สปกคลุม เป็นต้น
• ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะตัวของธาตุออกฤทธิ์เพื่อเพิ่มความสามารถในการแทรกซึมของอาร์ค ลดขนาดหน้าตัดของรอยเชื่อม และปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม เช่น การเชื่อม A-TIG กระบวนการเชื่อมเลเซอร์ A-Laser เป็นต้น
• ลดขนาดร่องเชื่อมเพื่อลดพื้นที่หน้าตัดของรอยเชื่อมและลดปริมาณโลหะที่เชื่อมเข้าไป เช่น การเชื่อมแบบช่องว่างแคบ
• ใช้รูปแบบคลื่นเอาต์พุตพิเศษของแหล่งจ่ายไฟสำหรับการเชื่อม เพื่อเพิ่มความเร็วในการเชื่อม

ปัจจุบัน นิยามสากลของการเชื่อมโลหะด้วยแก๊สแอคทีฟ (MAG) ประสิทธิภาพสูง(ดู DVS-No.0909-1) คือ: สำหรับลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 มม. การเชื่อม MAG ด้วยความเร็วในการป้อนลวดเกิน 15 ม./นาที หรืออัตราการสะสมวัสดุมากกว่า 8 กก./ชม. เรียกว่าการเชื่อม MAG ประสิทธิภาพสูง ประสิทธิภาพการสะสมวัสดุของการเชื่อม MAG ประสิทธิภาพสูงบางประเภทสามารถสูงถึง 20 กก./ชม.

(2) วัสดุเชื่อม MAG ประสิทธิภาพสูง

ปัจจุบัน วิธีหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม MAG คือการเปลี่ยนจากลวดเชื่อมแบบแข็งมาใช้ลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์ การใช้ลวดเชื่อมแบบมีไส้โลหะที่ผสมผงเหล็กสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมได้มากกว่า 50% เมื่อเทียบกับลวดเชื่อมแบบแข็ง นอกจากนี้ การปรับองค์ประกอบของก๊าสปกคลุมยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อมของลวดได้อย่างมาก

• ลวดเชื่อมแบบตันเหมาะสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.0-1.2 มม. ลวดที่บางเกินไปจะปรับให้เข้ากับการป้อนลวดความเร็วสูงได้ยากเนื่องจากความแข็งแรงไม่เพียงพอ ในขณะที่ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1.2 มม. จะสร้างการถ่ายโอนอาร์คหมุนที่เสถียรได้ยากแม้ภายใต้กระแสไฟฟ้าสูง
• ลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์สามารถใช้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2-1.6 มม. ทั้งลวดเชื่อมแบบมีไส้โลหะและลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์ที่สร้างสแลกได้ สามารถเชื่อม MAG ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงด้วยพารามิเตอร์การเชื่อมที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับลวดเชื่อมแบบมีไส้โลหะ เนื่องจากอัตราการบรรจุผงโลหะสูง (สูงถึง 45%) เมื่อใช้ลวดเชื่อมแบบมีไส้โลหะขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 มม. กับพารามิเตอร์การเชื่อมที่กระแสเชื่อม 380A และแรงดันเชื่อม 38V อัตราการหลอมลวดสามารถสูงถึง 9.6 กก./ชม.

การถ่ายโอนหยดโลหะของลวดเชื่อมแบบมีแกนโลหะคล้ายกับการถ่ายโอนหยดโลหะของลวดเชื่อมแบบแข็ง ลวดเชื่อมแบบมีแกนฟลักซ์สามารถเชื่อมได้ทั้งแบบการพ่นหยดโลหะทั่วไปและการถ่ายโอนแบบลัดวงจรความเร็วสูง แต่ไม่สามารถเชื่อมแบบอาร์คหมุนได้ ความเร็วในการป้อนลวดสูงสุดของลวดเชื่อมแบบมีแกนฟลักซ์ชนิดรูไทล์สามารถสูงถึง 30 เมตร/นาที และความเร็วสูงสุดของความเร็วในการป้อนลวดของลวดเชื่อมแบบมีแกนฟลักซ์พื้นฐานอยู่ที่ประมาณ 45 เมตร/นาที โดยมีอัตราการหลอมลวดสูงถึง 20 กิโลกรัม/ชั่วโมง

(3) ประเภทของการถ่ายโอนหยดในการเชื่อม MAG ประสิทธิภาพสูง

ในการเชื่อม MAG แบบดั้งเดิม เมื่อกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้น รูปแบบการถ่ายโอนหยดโลหะจะเปลี่ยนจากแบบลัดวงจร แบบทรงกลม ไปเป็นแบบพ่นฝอย ภายใต้เงื่อนไขที่ทำให้มั่นใจได้ว่ารอยเชื่อมจะสวยงาม กระแสสูงสุดสำหรับการถ่ายโอนแบบพ่นฝอยหยดโลหะจะอยู่ที่ประมาณ 400 แอมป์

ในการเชื่อม MAG ที่มีอัตราการสะสมตัวสูง การใช้คุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซปกคลุมหลายองค์ประกอบอย่างครบถ้วน และการเพิ่มความยาวของลวดอย่างเหมาะสม จะช่วยเพิ่มความเร็วในการหลอมลวดได้อย่างมากในช่วงกระแสสูงและแรงดันสูงของการเชื่อม MAG แบบใหม่ และในขณะเดียวกัน รูปแบบการถ่ายโอนหยดโลหะก็เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเช่นกัน รูปแบบพื้นฐาน ได้แก่ การถ่ายโอนแบบสเปรย์ธรรมดา การถ่ายโอนแบบลัดวงจรความเร็วสูง การถ่ายโอนแบบสเปรย์หมุน และการถ่ายโอนแบบสเปรย์ความเร็วสูง

• ส่วนโค้งการถ่ายโอนสเปรย์ทั่วไปในสาขาการเชื่อมความเร็วสูงความเร็วในการป้อนลวดของการเชื่อมแบบสเปรย์อาร์คอยู่ในช่วง 15-20 เมตร/นาที
• อาร์คถ่ายโอนลัดวงจรความเร็วสูง: การเกิดอาร์คลัดวงจรความเร็วสูงนั้นได้มาจากการลดแรงดันเชื่อมและเพิ่มระยะยืดแห้งของลวดเชื่อมในช่วงความเร็วในการป้อนลวด 15-20 เมตร/นาที เนื่องจากการเพิ่มระยะยืดแห้งเป็น 40 มิลลิเมตร ปลายลวดจะอ่อนตัวลงและเริ่มหมุน โดยมีการเบี่ยงเบน 1-2 มิลลิเมตรจากแกนลวด ปลายลวดที่หมุนจะทำให้เกิดการลัดวงจรเป็นระยะๆ ทั้งสองด้านของรอยเชื่อม
• ส่วนโค้งถ่ายโอนสเปรย์หมุนได้อาร์คหมุนเกิดขึ้นเมื่อปลายลวดอ่อนตัวลงเนื่องจากกระแสไฟฟ้าสูงและถูกเบี่ยงเบนด้วยแรงอาร์ค สำหรับลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-2 มิลลิเมตร ความเร็วในการป้อนลวดต้องสูงถึง 25 เมตร/นาที หรือสูงกว่า และกระแสเชื่อมขั้นต่ำที่เทียบเท่าจะอยู่ที่ประมาณ 450 แอมป์ การเบี่ยงเบนทั้งหมดของปลายอิสระของลวดจากแกนลวดจะมีค่าหลายมิลลิเมตร ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในระหว่างการเชื่อม
• ส่วนโค้งถ่ายโอนสเปรย์ความเร็วสูง: ลักษณะเด่นคือการถ่ายโอนหยดโลหะตามแนวแกน ด้วยความเร็วในการป้อนลวดเกิน 20 เมตร/นาที และขนาดของหยดโลหะใกล้เคียงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด เมื่อเปรียบเทียบกับการถ่ายโอนหยดโลหะทีละหยดในอาร์ค กระบวนการนี้ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด กระบวนการแยกหยดโลหะจะเกิดขึ้นซ้ำๆ ในลักษณะเดียวกัน และลำแสงพลาสมาที่แคบ เข้มข้น และสว่างจ้าเป็นลักษณะเฉพาะของอาร์คถ่ายโอนแบบสเปรย์ความเร็วสูง เมื่อปลายลวดที่อ่อนตัวลง ความยาวของอาร์คจะลดลงและลำแสงพลาสมาจะกว้างขึ้น จากนั้นจะเกิดสะพานของเหลวขึ้นระหว่างหยดโลหะหลอมเหลวกับปลายลวด สะพานของเหลวจะถูกบีบอัดอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงหดตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้อาร์คกว้างขึ้น เมื่อสะพานระหว่างปลายลวดกับหยดโลหะมีขนาดเล็กลง พลาสมาจะก่อตัวขึ้นรอบๆ สะพาน ในขณะที่สะพานแตก อาร์คถ่ายโอนแบบสเปรย์ความเร็วสูงจะจุดติดขึ้นอีกครั้ง ก่อให้เกิดลำแสงพลาสมาที่แคบและเข้มข้นขึ้น สำหรับการเชื่อมแบบสเปรย์อาร์คความเร็วสูง เนื่องจากรูปทรงการแทรกซึมที่ลึกแต่แคบ ทำให้รากของรอยเชื่อมไม่สามารถถูกเติมเต็มด้วยโลหะหลอมเหลวได้อย่างสมบูรณ์