V industrializiranih državah z napredno industrijo proizvodnje opreme približno 50 % celotne vrednosti proizvodnje izvira iz podjetij, povezanih z varjenjem. Za povečanje konkurenčnosti na trgu proizvajalci vse bolj zahtevajo večjo proizvodno učinkovitost in nižje stroške izdelkov. Za izboljšanje učinkovitosti varjenja se uporabljajo različni pristopi, kot je uporaba izjemnih varilnih parametrov,hibridno varjenje, večžično ali večločno varjenje in izboljšane varilne žice. Ti napredni varilni postopki so znatno izboljšali učinkovitost varjenja, pridobili široko uporabo in pomembno prispevali knapredek tehnologije varjenja.

Z vstopom v 21. stoletje je z naglim razvojem znanosti in tehnologije visokoučinkovito varjenje deležno vse večje pozornosti in postalo razvojni trend v raziskavah in uporabi varilne tehnologije tako doma kot v tujini. Prej je bil pri visokoučinkovitem varjenju glavni poudarek na izboljšavah varilnih materialov. V zadnjih letih je izboljšanje avtomatizacije varjenja spodbudilo razvoj visokoučinkovite varilne tehnologije in visokohitrostnega varjenja oz.varjenje z visoko hitrostjo nanašanjaje postala prihodnja razvojna smer. Tako imenovana »visoko učinkovita varilna tehnologija« se v bistvu nanaša na skupek tehnologij, kot so visokohitrostno varjenje, varjenje z visoko hitrostjo nanašanja in visokoučinkovito varjenje.

(1) Pristopi za izboljšanje učinkovitosti varjenja

Izboljšanje učinkovitosti varjenja vključuje dva vidika: prvi je varjenje z visoko hitrostjo nanašanja, katerega cilj je povečati hitrost taljenja varilnih materialov, kar zahteva taljenje več varilnih materialov na enoto časa, ki se uporablja predvsem za varjenje debelih plošč, s hitrostjo nanašanja do 30 kg/h; drugi je varjenje z visoko hitrostjo, katerega cilj je povečati hitrost varjenja, katerega osnovno izhodišče je povečanje varilnega toka ob hkratnem povečanju hitrosti varjenja, da se vnos toplote pri varjenju ohrani približno nespremenjen, ki se uporablja predvsem za varjenje tankih plošč, s hitrostjo varjenja, ki je približno 3-8-krat večja od običajnega varjenja v zaščitnem plinu CO₂.

Glede na trenutno stanje raziskav in razvoja ter proizvodne uporabe obstajajo naslednji pristopi za izboljšanje učinkovitosti varilne proizvodnje:

• Izboljšajte največjo hitrost taljenja žice z različnimi kombinacijami zaščitnih plinov za povečanje hitrosti varjenja.
• Za izboljšanje učinkovitosti varjenja uporabite hibridne vire toplote, kot so hibridno varjenje z laserskim oblokom, hibridno varjenje z laserskim plazemskim oblokom itd.
• Za izboljšanje učinkovitosti varjenja uporabite večžično ali vročo žico, kot je na primer dvožično (ali večžično) varjenje v zaščitni plinski atmosferi, večžično varjenje pod prašnim lokom, varjenje z vročo žico v zaščitni plinski atmosferi itd.
• Izkoristite edinstvene kemijske lastnosti aktivnih elementov za izboljšanje sposobnosti prodiranja obloka, zmanjšanje prečnega prereza zvara in izboljšanje učinkovitosti varjenja, kot sta varjenje A-TIG, postopek A-Laser itd.
• Zmanjšajte velikost utora, da zmanjšate prečni prerez varjenja in količino nanesene kovine, na primer pri varjenju z ozko režo.
• Za povečanje hitrosti varjenja uporabite posebne izhodne valovne oblike varilnih virov energije.

Trenutno mednarodna definicijavisokoučinkovito varjenje z aktivnim plinom (MAG)(glej DVS-št. 0909-1) je: za žico s premerom 1,2 mm se MAG varjenje s hitrostjo podajanja žice večjo od 15 m/min ali hitrostjo nanašanja večjo od 8 kg/h imenuje visoko učinkovito MAG varjenje. Učinkovitost nanašanja nekaterih visoko učinkovitih MAG varjenj lahko doseže 20 kg/h.

(2) Visoko učinkoviti materiali za MAG varjenje

Trenutno se med načini za izboljšanje učinkovitosti nanašanja pri MAG varjenju pogosto uporablja zamenjava polnih žic z žicami s fluksnim jedrom. Uporaba žic s kovinskim jedrom in železovim prahom lahko poveča učinkovitost nanašanja za več kot 50 % v primerjavi s polnimi žicami. Poleg tega lahko prilagoditev sestave zaščitnega plina znatno izboljša učinkovitost nanašanja žice.

• Trdne žice so primerne za premere 1,0–1,2 mm. Pretanke žice je zaradi nezadostne togosti težko prilagoditi hitremu podajanju žice; medtem ko žice s premerom, večjim od 1,2 mm, niso enostavne za ustvarjanje stabilnega prenosa vrtečega se obloka niti pri visokem toku.
• Žice s polnjenjem s talilnim polnilom lahko dosežejo premere od 1,2 do 1,6 mm. Tako kovinsko polnjene kot žlindro tvorijoče polnjene žice lahko dosežejo visoko učinkovito MAG varjenje z velikimi varilnimi parametri. Še posebej pri kovinsko polnjenih žicah lahko zaradi visoke stopnje polnjenja s kovinskim prahom (do 45 %) pri uporabi kovinsko polnjene žice s premerom 1,6 mm z varilnimi parametri varilnega toka 380 A in varilne napetosti 38 V hitrost taljenja žice doseže 9,6 kg/h.

Prenos kapljic pri žicah s kovinskim polnjenjem je podoben prenosu pri polnih žicah. Žice s polnjenjem s fluksom se lahko varijo s konvencionalnim pršilnim prenosom in visokohitrostnim kratkostičnim prenosom, vendar ne morejo ustvariti prenosa rotirajočega obloka. Največja hitrost podajanja žice pri rutilnih žicah s polnjenjem s fluksom lahko doseže 30 m/min, zgornja meja hitrosti podajanja žice pri osnovnih žicah s polnjenjem s fluksom pa je približno 45 m/min, s hitrostjo taljenja žice do 20 kg/h.

(3) Vrste prenosa kapljic pri visoko učinkovitem MAG varjenju

Pri konvencionalnem MAG varjenju se z naraščanjem varilnega toka oblika prenosa kapljic spremeni iz kratkostičnega prenosa, globularnega prenosa v prenos s pršenjem. Pod predpostavko zagotavljanja dobrega varjenja je mejni tok za prenos kapljic s pršenjem približno 400 A.

Pri visokohitrostnem MAG varjenju se lahko z celovito uporabo fizikalnih lastnosti večkomponentnih zaščitnih plinov in ustreznim povečanjem raztezanja žice močno poveča hitrost taljenja žice v območju visokih tokov in visokih napetosti nekonvencionalnega MAG varjenja, hkrati pa se bistveno spremeni tudi morfologija prenosa kapljic. ​​Njene osnovne oblike so: običajni prenos s pršenjem, visokohitrostni prenos s kratkim stikom, rotacijski prenos s pršenjem in visokohitrostni prenos s pršenjem.

• Navadni lok za prenos pršenjaNa področjuvisokohitrostno varjenje, hitrost podajanja žice pri brizgalnem prenosnem obloku je v območju 15-20 m/min.
• Visokohitrostni prenosni oblok kratkega stikaVisokohitrostni kratkostični prenosni oblok se doseže z zmanjšanjem varilne napetosti in povečanjem suhega podaljška v območju hitrosti podajanja žice 15-20 m/min. Zaradi povečanja suhega podaljška na 40 mm se konec žice zmehča in začne vrteti, z odmikom 1-2 mm od osi žice. Vrteči se konec žice povzroča periodični kratkostični prenos na obeh straneh zvara.
• Vrteči se lok za prenos pršenjaRotacijski oblok nastane, ko se konec žice zmehča zaradi visokega toka in se odbije zaradi sile obloka. Pri žicah s premerom 1-2 mm mora hitrost podajanja žice doseči 25 m/min ali več, ustrezni minimalni varilni tok pa je približno 450 A. Skupni odklon prostega konca žice od osi žice je več milimetrov, kar je med varjenjem mogoče opaziti s prostim očesom.
• Visokohitrostni lok za prenos pršenjaZanj je značilen aksialni prenos kapljic, pri čemer hitrost podajanja žice presega 20 m/min, velikost kapljic pa je približno enaka premeru žice. V primerjavi s prenosom kapljic ena za drugo v loku ima ta postopek najboljši učinek. Postopek ločevanja kapljic se ponavlja na enak način, za visokohitrostni brizgalni prenosni lok pa je značilen ozek, koncentriran in bleščeč plazemski žarek. Ko se zmehčani konec žice spusti, se dolžina loka zmanjša in steber plazemskega loka se razširi, nato pa se med staljeno kapljico in koncem žice tvori tekočinski most. Tekočinski most se pod delovanjem elektromagnetne sile krčenja nenehno stisne, zaradi česar se lok razširi. Ko most med koncem žice in kapljico postane dovolj majhen, se okoli mostu tvori plazma. V trenutku, ko se most pretrga, se visokohitrostni brizgalni prenosni lok ponovno vžge in ponovno tvori ozek in koncentriran plazemski curek. Pri visokohitrostnem brizgalnem oblu zaradi globoke, a ozke oblike prodiranja korena zvara ni mogoče popolnoma napolniti s staljeno kovino.