Di negara-negara perindustrian dengan industri pembuatan peralatan canggih, kira-kira 50% daripada jumlah nilai output datang daripada perusahaan berkaitan kimpalan. Bagi meningkatkan daya saing pasaran, pengeluar semakin menuntut kecekapan pengeluaran yang lebih tinggi dan kos produk yang lebih rendah. Bagi meningkatkan kecekapan kimpalan, pelbagai pendekatan seperti menggunakan parameter kimpalan yang luar biasa,kimpalan hibrid, kimpalan berbilang dawai atau berbilang arka, dan wayar kimpalan yang dipertingkatkan boleh diguna pakai. Proses kimpalan lanjutan ini telah meningkatkan kecekapan pengeluaran kimpalan dengan ketara, mendapat aplikasi yang meluas, dan memberikan sumbangan penting kepadamemajukan teknologi kimpalan.

Memasuki abad ke-21, dengan perkembangan sains dan teknologi yang pesat, kimpalan berkecekapan tinggi telah mendapat perhatian yang semakin meningkat dan telah menjadi trend pembangunan dalam penyelidikan dan aplikasi teknologi kimpalan di dalam dan luar negara. Sebelum ini, dalam kimpalan berkecekapan tinggi, penambahbaikan dalam bahan kimpalan merupakan tumpuan utama. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penambahbaikan automasi kimpalan telah menggalakkan pembangunan teknologi kimpalan berkecekapan tinggi, dan kimpalan berkelajuan tinggi ataukimpalan kadar pemendapan tinggitelah menjadi hala tuju pembangunan masa hadapan. Apa yang dipanggil "teknologi kimpalan kecekapan tinggi" pada asasnya merujuk kepada koleksi teknologi seperti kimpalan berkelajuan tinggi, kimpalan kadar pemendapan tinggi dan kimpalan kecekapan kimpalan tinggi.

(1) Pendekatan untuk Meningkatkan Kecekapan Kimpalan

Meningkatkan kecekapan pengeluaran kimpalan merangkumi dua aspek: satu ialah kimpalan kadar pemendapan tinggi yang bertujuan untuk meningkatkan kadar lebur bahan kimpalan, yang memerlukan pencairan lebih banyak bahan kimpalan setiap unit masa, terutamanya digunakan untuk kimpalan plat tebal, dengan kadar pemendapan sehingga 30 kg/j; yang satu lagi ialah kimpalan berkelajuan tinggi yang bertujuan untuk meningkatkan kelajuan kimpalan, yang titik permulaan asasnya adalah untuk meningkatkan arus kimpalan sambil meningkatkan kelajuan kimpalan untuk mengekalkan input haba kimpalan secara kasar tidak berubah, terutamanya digunakan untuk kimpalan plat nipis, dengan kelajuan kimpalan kira-kira 3-8 kali ganda daripada kimpalan berpelindung gas CO₂ biasa.

Daripada situasi penyelidikan dan pembangunan serta aplikasi pengeluaran semasa, terdapat pendekatan berikut untuk meningkatkan kecekapan pengeluaran kimpalan:

• Tingkatkan kelajuan lebur wayar maksimum melalui kombinasi gas pelindung yang berbeza untuk meningkatkan kadar pemendapan kimpalan.
• Gunakan sumber haba hibrid untuk meningkatkan kecekapan kimpalan, seperti kimpalan hibrid arka laser, kimpalan hibrid arka laser-plasma, dsb.
• Mengguna pakai penyuapan berbilang dawai atau penyuapan dawai panas untuk meningkatkan kecekapan pengeluaran kimpalan, seperti kimpalan berpelindung gas berkembar (atau berbilang dawai), kimpalan arka tenggelam berbilang dawai, kimpalan berpelindung gas dawai panas, dsb.
• Menggunakan sifat kimia unik unsur aktif untuk meningkatkan keupayaan penembusan arka, mengurangkan saiz keratan rentas kimpalan dan meningkatkan kecekapan kimpalan, seperti kimpalan A-TIG, proses A-Laser, dsb.
• Kurangkan saiz alur untuk mengurangkan luas keratan rentas kimpalan dan mengurangkan jumlah logam yang termendap, seperti kimpalan jurang sempit.
• Mengguna pakai bentuk gelombang output khas sumber kuasa kimpalan untuk meningkatkan kelajuan kimpalan.

Pada masa ini, definisi antarabangsa bagikimpalan gas aktif logam (MAG) berkecekapan tinggi(lihat DVS-No.0909-1) ialah: bagi dawai dengan diameter 1.2mm, kimpalan MAG dengan kelajuan penyuapan dawai melebihi 15m/min atau kadar pemendapan lebih besar daripada 8kg/j dipanggil kimpalan MAG berkecekapan tinggi. Kecekapan pemendapan sesetengah kimpalan MAG berkecekapan tinggi boleh mencapai 20kg/j.

(2) Bahan Kimpalan MAG Berkecekapan Tinggi

Pada masa ini, antara cara untuk meningkatkan kecekapan pemendapan kimpalan MAG, cara yang digunakan secara meluas adalah dengan menggantikan wayar pepejal dengan wayar teras fluks untuk kimpalan. Menggunakan wayar teras logam dengan serbuk besi boleh meningkatkan kecekapan pemendapan lebih daripada 50% berbanding wayar pepejal. Di samping itu, melaraskan komposisi gas pelindung boleh meningkatkan kecekapan pemendapan wayar dengan ketara.

• Wayar pepejal sesuai untuk diameter 1.0-1.2mm. Wayar yang terlalu nipis sukar untuk disesuaikan dengan penyuapan wayar berkelajuan tinggi kerana kekakuan yang tidak mencukupi; manakala wayar dengan diameter lebih besar daripada 1.2mm tidak mudah menghasilkan pemindahan arka berputar yang stabil walaupun di bawah arus tinggi.
• Wayar teras fluks boleh menggunakan diameter 1.2-1.6mm. Kedua-dua wayar teras fluks berteras logam dan membentuk sanga boleh mencapai kimpalan MAG berkecekapan tinggi dengan parameter kimpalan yang besar. Terutamanya untuk wayar teras logam, disebabkan oleh kadar pengisian serbuk logam yang tinggi (sehingga 45%), apabila menggunakan wayar teras logam berdiameter 1.6mm dengan parameter kimpalan arus kimpalan 380A dan voltan kimpalan 38V, kadar lebur wayar boleh mencapai 9.6kg/j.

Pemindahan titisan wayar teras logam adalah serupa dengan wayar pepejal. Wayar teras fluks boleh dikimpal dalam bentuk pemindahan semburan konvensional dan pemindahan litar pintas berkelajuan tinggi, tetapi tidak dapat menghasilkan pemindahan arka berputar. Kelajuan suapan wayar maksimum wayar teras fluks rutil boleh mencapai 30m/min, dan had atas kelajuan suapan wayar wayar teras fluks asas adalah kira-kira 45m/min, dengan kadar lebur wayar sehingga 20kg/j.

(3) Jenis-jenis Pemindahan Titisan dalam Kimpalan MAG Berkecekapan Tinggi

Dalam kimpalan MAG konvensional, apabila arus kimpalan meningkat, bentuk pemindahan titisan berubah daripada pemindahan litar pintas, pemindahan globular kepada pemindahan semburan. Di bawah premis memastikan pembentukan kimpalan yang baik, arus had untuk pemindahan semburan titisan adalah kira-kira 400A.

Dalam kimpalan MAG kadar pemendapan tinggi, dengan menggunakan sifat fizikal gas pelindung berbilang komponen secara komprehensif dan meningkatkan sambungan dawai dengan sewajarnya, kelajuan lebur dawai boleh ditingkatkan dengan ketara dalam julat arus tinggi dan voltan tinggi kimpalan MAG yang tidak konvensional, dan pada masa yang sama, morfologi pemindahan titisan juga mengalami perubahan penting. Bentuk asasnya ialah: pemindahan semburan biasa, pemindahan litar pintas berkelajuan tinggi, pemindahan semburan berputar, dan pemindahan semburan berkelajuan tinggi.

• Arka pemindahan semburan biasa: Dalam bidangkimpalan berkelajuan tinggi, kelajuan suapan dawai bagi arka pemindahan semburan adalah dalam julat 15-20m/min.
• Arka pemindahan litar pintas berkelajuan tinggiArka pemindahan litar pintas berkelajuan tinggi diperoleh dengan mengurangkan voltan kimpalan dan meningkatkan pemanjangan kering dalam julat kelajuan penyuapan dawai 15-20m/min. Disebabkan peningkatan pemanjangan kering kepada 40mm, hujung dawai menjadi lembut dan mula berputar, dengan ofset 1-2mm dari paksi dawai. Hujung dawai berputar menghasilkan pemindahan litar pintas berkala pada kedua-dua belah kimpalan.
• Arka pemindahan semburan berputarArka berputar dijana apabila hujung dawai dilembutkan oleh arus tinggi dan dipesongkan oleh daya arka. Bagi dawai dengan diameter 1-2mm, kelajuan suapan dawai diperlukan untuk mencapai 25m/min atau lebih tinggi, dan arus kimpalan minimum yang setara ialah kira-kira 450A. Jumlah sisihan hujung bebas dawai daripada paksi dawai ialah beberapa milimeter, yang boleh diperhatikan dengan mata kasar semasa kimpalan.
• Arka pemindahan semburan berkelajuan tinggiIa dicirikan oleh pemindahan titisan secara paksi, dengan kelajuan penyuapan dawai melebihi 20m/min, dan saiz titisan adalah lebih kurang sama dengan diameter dawai. Berbanding dengan pemindahan titisan satu demi satu dalam arka, proses ini mempunyai kesan terbaik. Proses pemisahan titisan berulang dengan cara yang sama, dan pancaran plasma yang sempit, pekat, dan mempesonakan adalah ciri arka pemindahan semburan berkelajuan tinggi. Apabila hujung dawai yang dilembutkan turun, panjang arka berkurangan dan lajur arka plasma melebar, dan kemudian jambatan cecair terbentuk di antara titisan cair dan hujung dawai. Jambatan cecair dimampatkan secara berterusan di bawah tindakan daya pengecutan elektromagnet, menjadikan arka lebih lebar. Apabila jambatan antara hujung dawai dan titisan menjadi cukup kecil, plasma terbentuk di sekeliling jambatan. Pada saat jambatan putus, arka pemindahan semburan berkelajuan tinggi menyala semula, membentuk semula jet plasma yang sempit dan pekat. Untuk arka pemindahan semburan berkelajuan tinggi, disebabkan oleh bentuk penembusan yang dalam tetapi sempit, akar kimpalan tidak dapat diisi sepenuhnya dengan logam cair.