في الدول الصناعية التي تمتلك صناعات تصنيع معدات متطورة، يأتي ما يقارب 50% من إجمالي قيمة الإنتاج من الشركات العاملة في مجال اللحام. ولتعزيز القدرة التنافسية في السوق، يطالب المصنّعون بشكل متزايد برفع كفاءة الإنتاج وخفض تكاليف المنتج. ولتحسين كفاءة اللحام، تُستخدم مناهج مختلفة، مثل استخدام معايير لحام استثنائية.اللحام الهجينيمكن اعتماد تقنيات اللحام متعددة الأسلاك أو متعددة الأقواس، بالإضافة إلى أسلاك اللحام المحسّنة. وقد ساهمت عمليات اللحام المتقدمة هذه بشكل كبير في تحسين كفاءة إنتاج اللحام، واكتسبت تطبيقات واسعة، وقدمت إسهامات مهمة فيتطوير تكنولوجيا اللحام.

مع دخول القرن الحادي والعشرين، ومع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، حظيت اللحام عالي الكفاءة باهتمام متزايد، وأصبح اتجاهًا رئيسيًا في أبحاث وتطبيقات تكنولوجيا اللحام محليًا وعالميًا. في السابق، كان التركيز الأساسي في اللحام عالي الكفاءة على تحسين مواد اللحام. أما في السنوات الأخيرة، فقد ساهم تحسين أتمتة اللحام في تعزيز تطوير تكنولوجيا اللحام عالي الكفاءة، واللحام عالي السرعة أواللحام بمعدل ترسيب عالٍأصبح هذا التوجه هو اتجاه التطوير المستقبلي. وتشير ما يسمى بـ "تقنية اللحام عالية الكفاءة" بشكل أساسي إلى مجموعة من التقنيات مثل اللحام عالي السرعة، واللحام عالي معدل الترسيب، واللحام عالي الكفاءة.

(1) أساليب تحسين كفاءة اللحام

يشمل تحسين كفاءة إنتاج اللحام جانبين: الأول هو اللحام عالي معدل الترسيب الذي يهدف إلى زيادة معدل انصهار مواد اللحام، والذي يتطلب صهر المزيد من مواد اللحام لكل وحدة زمنية، ويستخدم بشكل أساسي في لحام الصفائح السميكة، بمعدل ترسيب يصل إلى 30 كجم/ساعة؛ والآخر هو اللحام عالي السرعة الذي يهدف إلى زيادة سرعة اللحام، وتتمثل نقطة البداية الأساسية في زيادة تيار اللحام مع زيادة سرعة اللحام للحفاظ على مدخلات حرارة اللحام ثابتة تقريبًا، ويستخدم بشكل أساسي في لحام الصفائح الرقيقة، بسرعة لحام تبلغ حوالي 3-8 أضعاف سرعة اللحام العادي المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون.

انطلاقاً من الوضع الحالي للبحث والتطوير وتطبيقات الإنتاج، توجد الطرق التالية لتحسين كفاءة إنتاج اللحام:

• تحسين أقصى سرعة انصهار السلك من خلال تركيبات مختلفة من غازات الحماية لزيادة معدل ترسيب اللحام.
• استخدم مصادر الحرارة الهجينة لتحسين كفاءة اللحام، مثل اللحام الهجين بالليزر والقوس الكهربائي، واللحام الهجين بالليزر والبلازما، وما إلى ذلك.
• اعتماد التغذية متعددة الأسلاك أو التغذية بالأسلاك الساخنة لتحسين كفاءة إنتاج اللحام، مثل اللحام المحمي بالغاز ذي السلك المزدوج (أو متعدد الأسلاك)، واللحام بالقوس المغمور متعدد الأسلاك، واللحام المحمي بالغاز ذي الأسلاك الساخنة، وما إلى ذلك.
• استخدم الخصائص الكيميائية الفريدة للعناصر النشطة لتعزيز قدرة اختراق القوس الكهربائي، وتقليل حجم المقطع العرضي للحام، وتحسين كفاءة اللحام، مثل لحام A-TIG، وعملية A-Laser، وما إلى ذلك.
• تقليل حجم الأخدود لتقليل مساحة المقطع العرضي للحام وتقليل كمية المعدن المترسب، مثل لحام الفجوة الضيقة.
• استخدم أشكال موجات خرج خاصة لمصادر طاقة اللحام لزيادة سرعة اللحام.

حالياً، التعريف الدولي لـلحام الغاز المعدني النشط عالي الكفاءة (MAG)(انظر DVS-No.0909-1) ينص على ما يلي: بالنسبة لسلك قطره 1.2 مم، يُطلق على لحام MAG بسرعة تغذية سلك تتجاوز 15 م/دقيقة أو معدل ترسيب أكبر من 8 كجم/ساعة اسم لحام MAG عالي الكفاءة. ويمكن أن تصل كفاءة الترسيب في بعض أنواع لحام MAG عالي الكفاءة إلى 20 كجم/ساعة.

(2) مواد لحام MAG عالية الكفاءة

من بين الوسائل الشائعة لتحسين كفاءة الترسيب في لحام MAG، استبدال الأسلاك الصلبة بأسلاك ذات قلب مملوء بالتدفق. يُمكن استخدام أسلاك ذات قلب معدني مع مسحوق الحديد لزيادة كفاءة الترسيب بأكثر من 50% مقارنةً بالأسلاك الصلبة. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تحسين كفاءة الترسيب بشكل ملحوظ عن طريق تعديل تركيبة غاز الحماية.

• تُعدّ الأسلاك الصلبة مناسبة للأقطار التي تتراوح بين 1.0 و1.2 مم. أما الأسلاك الرقيقة جدًا، فيصعب تكييفها مع التغذية السلكية عالية السرعة نظرًا لضعف صلابتها؛ في حين أن الأسلاك التي يزيد قطرها عن 1.2 مم يصعب عليها إنتاج نقل قوس دوار مستقر حتى في ظل تيار عالٍ.
• يمكن أن تتراوح أقطار أسلاك اللحام ذات القلب المحشو بالتدفق بين 1.2 و1.6 مم. ويمكن لكل من أسلاك اللحام ذات القلب المعدني وأسلاك اللحام ذات القلب المحشو بالتدفق المُشكِّلة للخبث تحقيق لحام MAG عالي الكفاءة باستخدام معايير لحام واسعة. وبالنسبة لأسلاك اللحام ذات القلب المعدني تحديدًا، نظرًا لارتفاع نسبة ملء مسحوق المعدن (تصل إلى 45%)، فعند استخدام سلك لحام ذي قلب معدني بقطر 1.6 مم مع معايير لحام بتيار 380 أمبير وجهد 38 فولت، يمكن أن يصل معدل انصهار السلك إلى 9.6 كجم/ساعة.

تتشابه آلية انتقال القطرات في الأسلاك ذات القلب المعدني مع تلك الموجودة في الأسلاك الصلبة. يمكن لحام الأسلاك ذات القلب المملوء بالتدفق باستخدام تقنية نقل الرش التقليدية وتقنية نقل الدائرة القصيرة عالية السرعة، ولكنها لا تُنتج نقل القوس الدوار. تصل أقصى سرعة تغذية للأسلاك ذات القلب المملوء بالتدفق من نوع الروتيل إلى 30 مترًا/دقيقة، بينما تبلغ أقصى سرعة تغذية للأسلاك ذات القلب المملوء بالتدفق الأساسي حوالي 45 مترًا/دقيقة، مع معدل انصهار للسلك يصل إلى 20 كيلوغرامًا/ساعة.

(3) أنواع نقل القطرات في لحام MAG عالي الكفاءة

في لحام MAG التقليدي، مع ازدياد تيار اللحام، يتغير شكل انتقال القطرات من انتقال الدائرة القصيرة، ثم الانتقال الكروي، وصولاً إلى انتقال الرذاذ. وبشرط ضمان جودة اللحام، يبلغ الحد الأقصى لتيار انتقال القطرات بالرذاذ حوالي 400 أمبير.

في لحام MAG عالي معدل الترسيب، ومن خلال الاستخدام الأمثل للخصائص الفيزيائية لغازات الحماية متعددة المكونات وزيادة طول السلك بشكل مناسب، يمكن زيادة سرعة انصهار السلك بشكل كبير في نطاق التيار والجهد العاليين للحام MAG غير التقليدي، وفي الوقت نفسه، يخضع شكل انتقال القطرات لتغييرات جوهرية. وتشمل أشكاله الأساسية: انتقال الرش العادي، وانتقال الدائرة القصيرة عالي السرعة، وانتقال الرش الدوراني، وانتقال الرش عالي السرعة.

• قوس نقل الرش العاديفي مجالاللحام عالي السرعة، سرعة تغذية السلك لقوس نقل الرش تتراوح بين 15-20 متر/دقيقة.
• قوس نقل دائرة قصر عالي السرعةيتم الحصول على قوس نقل دائرة قصر عالي السرعة عن طريق خفض جهد اللحام وزيادة التمدد الجاف ضمن نطاق سرعة تغذية السلك من 15 إلى 20 مترًا/دقيقة. نتيجةً لزيادة التمدد الجاف إلى 40 مم، يلين طرف السلك ويبدأ بالدوران، بانحراف يتراوح بين 1 و2 مم عن محور السلك. يُنتج طرف السلك الدوار نقلًا دوريًا لدائرة قصر على جانبي اللحام.
• قوس نقل الرش الدواريتولد القوس الدوار عندما يلين طرف السلك بفعل تيار عالٍ وينحرف بفعل قوة القوس. بالنسبة للأسلاك ذات القطر 1-2 مم، يجب أن تصل سرعة تغذية السلك إلى 25 م/دقيقة أو أكثر، ويبلغ الحد الأدنى لتيار اللحام المكافئ حوالي 450 أمبير. يبلغ الانحراف الكلي للطرف الحر للسلك عن محور السلك عدة ملليمترات، ويمكن ملاحظته بالعين المجردة أثناء اللحام.
• قوس نقل الرش عالي السرعةتتميز هذه التقنية بنقل القطرات محوريًا، بسرعة تغذية سلكية تتجاوز 20 مترًا/دقيقة، ويكون حجم القطرة مساويًا تقريبًا لقطر السلك. وبالمقارنة مع النقل المتتابع للقطرات في القوس الكهربائي، تُعد هذه العملية الأكثر فعالية. تتكرر عملية فصل القطرات بنفس الطريقة، ويتميز قوس النقل الرذاذي عالي السرعة بشعاع بلازما ضيق ومركز ومبهر. عند هبوط طرف السلك المُلين، يقل طول القوس ويتسع عمود قوس البلازما، ثم يتشكل جسر سائل بين القطرة المنصهرة وطرف السلك. يتعرض الجسر السائل للانضغاط المستمر بفعل قوة الانكماش الكهرومغناطيسي، مما يزيد من اتساع القوس. عندما يصغر الجسر بين طرف السلك والقطرة بدرجة كافية، تتشكل البلازما حوله. عند لحظة انكسار الجسر، يشتعل قوس النقل الرذاذي عالي السرعة من جديد، مُشكلاً نفاثة بلازما ضيقة ومركزة. بالنسبة لقوس نقل الرش عالي السرعة، وبسبب شكل الاختراق العميق ولكن الضيق، لا يمكن ملء جذر اللحام بالكامل بالمعدن المنصهر.