先進(jìn)焊接技術(shù)作業(yè)

1、鋁板/鍍鋅鋼板的CMT焊接技術(shù)1.CMT焊接技術(shù)基本原理 Fronius公司CMT (Cold Metal Transfer )冷金屬過(guò)渡技術(shù)是在MIG/MAG焊基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種革新技術(shù)。第一次將送絲運(yùn)動(dòng)與熔滴過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)。當(dāng)焊機(jī)的DSP處理器監(jiān)測(cè)到一個(gè)熔滴短路信號(hào)。就會(huì)反饋給送絲機(jī)構(gòu)，并回抽焊絲幫助熔滴脫落，使熔滴過(guò)渡在幾乎無(wú)電流的狀態(tài)下進(jìn)行。整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)“熱-冷-熱”交替轉(zhuǎn)換，每秒鐘轉(zhuǎn)換達(dá)70次。焊接熱輸入大幅降低，可實(shí)現(xiàn)0.3mm以上薄板的無(wú)飛濺、高質(zhì)量的MIG/MAG熔焊和MIG釬焊1。在用CMT 焊接鍍鋅鋼板與鋁的研究中，CMT可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度，保證

2、接頭的力學(xué)性能。在焊接鋁與鍍鋅鋼板時(shí)減少鋅層的蒸發(fā)，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT有非常好的適應(yīng)性，不必像TIG一樣對(duì)裝配精度要求極高。再加上一元化的專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng)，使它特別適用于自動(dòng)焊2。CMT技術(shù)的創(chuàng)新之處在于將焊絲的運(yùn)動(dòng)與熔滴過(guò)渡結(jié)合起來(lái)，使得CMT熔滴過(guò)渡的電壓電流區(qū)間更低，對(duì)焊接技術(shù)的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。與STT法、脈動(dòng)送絲法等低飛濺焊接的電壓電流波形相比較，CMT技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，熔滴過(guò)渡和送絲運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的精細(xì)化、微機(jī)化、智能化精確控制是未來(lái)電焊機(jī)發(fā)展的必然發(fā)展趨勢(shì)。在生產(chǎn)中推廣低飛濺CMT焊接方法對(duì)降低產(chǎn)品生產(chǎn)的成本將具有重要的意義，具有廣闊的應(yīng)用前景3。 CMT技術(shù)

3、是將送絲過(guò)程和熔滴過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了數(shù)字化的協(xié)調(diào)，電弧點(diǎn)燃后，熔滴生成、長(zhǎng)大，同時(shí)焊絲前送，焊機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理器（DPS）監(jiān)測(cè)電弧建立的開(kāi)始時(shí)間，并逐漸降低焊接電流。某一瞬間，熔滴接觸熔池會(huì)產(chǎn)生短路，電弧熄滅之后，電流降低且接近零。當(dāng)短路信號(hào)被焊機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理器檢測(cè)到時(shí)，它會(huì)將短路信號(hào)反饋給送絲機(jī)，送絲機(jī)將會(huì)迅速響應(yīng)進(jìn)行焊絲回抽，從而迫使熔滴從焊絲端頭脫落，熔滴在無(wú)電流狀態(tài)下進(jìn)行過(guò)渡，在送絲慣性力和表面張力作用下進(jìn)入熔池。在熔滴從焊絲上滴落后，焊接電流通過(guò)數(shù)字控制系統(tǒng)再次被提高，焊接電弧重新被生成，并將焊絲向前送出，開(kāi)始新一輪的焊接過(guò)程。2.CMT焊接技術(shù)工藝特點(diǎn)從形式上看CMT工藝的熔滴過(guò)渡是

4、一種特殊的短路過(guò)渡過(guò)程。與傳統(tǒng)的熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）相比有3個(gè)明顯的不同之處：（1）電壓和電流幾乎為零在熔滴過(guò)渡短路時(shí)。CMT焊接系統(tǒng)在數(shù)字化控制時(shí)，會(huì)獨(dú)自本能的監(jiān)控短路過(guò)渡的過(guò)程，在熔滴過(guò)渡短路時(shí)，電流被電源將降至非常低，熱輸入量幾乎沒(méi)有了，整個(gè)熔滴過(guò)渡過(guò)程就是高頻率的“ 熱一冷一熱” 交替的過(guò)程，熱輸入量在很大程度上被降低。（2）第一次將熔滴過(guò)渡過(guò)程和焊絲運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。當(dāng)使用CMT技術(shù)工藝時(shí)，焊絲的送進(jìn)/回抽動(dòng)作會(huì)一定程度上影響焊接過(guò)程。也就是說(shuō)，熔滴的過(guò)渡過(guò)程是通過(guò)送絲運(yùn)動(dòng)變化來(lái)控制的焊絲的“前送/回抽”頻率可高達(dá)70次/秒。與普通的GMAW焊相比，它實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，這是其重大的創(chuàng)

5、新之處。（3）熔滴脫落在一定程度上是由于焊絲的回抽。在熔滴過(guò)渡時(shí)，焊接電流十分的低，但熔滴的脫落一樣被焊絲的機(jī)械式回抽運(yùn)動(dòng)所實(shí)現(xiàn)，一定程度上，并且避免了普通短路過(guò)渡方式所形成的飛濺。擺脫了以往STT法單純靠控制脈動(dòng)與波形送絲法單純靠控制焊絲疼帶來(lái)的不足。3.CMT焊接技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀哈爾濱工業(yè)大學(xué)張洪濤等人4，通過(guò)建立的電弧形態(tài)視覺(jué)傳感系統(tǒng)以及電流電壓波形采集系統(tǒng)研究了鍍鋅層對(duì)鋁/鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊電弧加熱行為的影響。結(jié)果表明，小電流焊接時(shí)，鍍鋅層可以作為等離子體陰極，起到穩(wěn)定電弧的作用，而在無(wú)鍍鋅層條件下，電弧的陰極斑點(diǎn)不停地跳躍，電弧極其不穩(wěn)；隨著焊接電流的增大，在鍍鋅鋼板上焊接時(shí)，

6、由于鍍鋅層的蒸發(fā)變得十分劇烈，這種蒸發(fā)行為也使得在鍍鋅鋼板上焊接時(shí)的電弧的邊緣上翹，減小了電弧與工件的接觸面積，進(jìn)而降低了焊接熱輸入，減小了界面脆性化合物層的厚度。蘭州理工大學(xué)的曹睿，余剛等人5利用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)鋁合金與鍍鋅鋼薄板搭接件進(jìn)行了異種材料冷金屬過(guò)渡(CMT)熔釬焊，研究了工藝參數(shù)、焊絲成分以及鍍鋅層厚度對(duì)焊縫表面成形和接頭力學(xué)性能的影響。鋁/鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊的接頭為典型的搭接接頭形貌，在整個(gè)焊接過(guò)程中，硅和鋅很好的起到了促進(jìn)熔化的鋁在鋼板表面濕潤(rùn)和鋪展的作用。接頭的界面組織分析表明，焊接接頭被分成熔化區(qū)、中間界面區(qū)、過(guò)渡界面區(qū)和富鋅區(qū)。在焊縫金屬和鍍鋅板的界面區(qū)形成的金屬間化合

7、物層，主要成分為Fe2Al5和FeAl3，焊絲中硅含量控制在5%左右可獲得性能良好焊接接頭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出理想的工藝參數(shù)：7075系列鋁材在焊接電壓13V，送絲速度5.0m/min，焊接速度：6.0m/s，偏離中心距離2mm，鍍鋅層厚度：120g/m2，焊絲系列：4043可得到良好的焊接接頭。哈爾濱工業(yè)大學(xué)石常亮、何鵬等人6，采用冷金屬過(guò)渡方法(CMT)對(duì)鋁和鍍鋅鋼板異種材料進(jìn)行了熔釬焊連接。使用掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDAX)和拉伸試驗(yàn)對(duì)焊接接頭界面區(qū)顯微組織及接頭性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁和鍍鋅鋼能得到成形良好的搭接接頭。在CMT熔釬焊的方法下，形成了中間厚兩邊薄的界面區(qū)，并且在

8、熔化區(qū)一側(cè)邊緣形成了富鋅區(qū)，界面區(qū)組織成分也由致密的FeAl3金屬間化合物層變?yōu)楣倘荏w和FeAl3化合物混合層，而富鋅區(qū)是由富鋁的固溶體和殘留的鋁組成。在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，斷裂發(fā)生在鋁母材的熱影響區(qū)，接頭強(qiáng)度為72.09MPa。江蘇科技大學(xué)崔晴晴7以Q235和5052鋁合金為研究對(duì)象，以ER4043鋁硅焊絲為填充金屬，利用CMT焊接技術(shù)進(jìn)行了鋁/鋼異種金屬的焊接工藝性試驗(yàn)，采用超井深、SEM、EDS等方法對(duì)焊接接頭的組織和性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)得出鋁硅焊絲焊接鋁/鋼的最佳工藝參數(shù)為：焊接電流66A，焊接速度750mm/min。在最佳工藝參數(shù)下填充ER4043鋁硅焊絲時(shí)，接頭最大抗拉強(qiáng)度為115.7

9、Mpa。對(duì)接頭端口進(jìn)行宏觀和微觀分析，結(jié)果表明，接頭均斷裂在鋁合金的熱影響區(qū)，斷裂類(lèi)型為以韌性斷裂為主的韌脆混合斷裂方式。顯微硬度測(cè)試表明界面區(qū)的顯微硬度明顯高于鋁和鍍鋅鋼的基體硬度值，達(dá)到460HV。江蘇科技大學(xué)宋輝8在CMT焊接工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，研究了活性CMT焊接技術(shù)。選擇Fe2O3，Al2O3和MgCO3等9種材料作為活性劑CMT焊接用活性劑。設(shè)計(jì)了活性劑加工混勻的工藝流程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，酒精完全可以取代丙酮作為活性劑焊接用乳化劑。采用配方均勻設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)。得到B2O3，SiO2和Al2O3三種配方的活性劑對(duì)熔深影響最為明顯。確立了一種基礎(chǔ)配方PF0，其配方范圍為：B2O330%-

10、60%，SiO2為10%-30%，Al2O3為20%-30%?；钚詣〤MT焊接避免了CO2氣體保護(hù)焊飛濺大的缺點(diǎn)和CMT焊接熔深淺的弊端。4.CMT焊接技術(shù)工藝應(yīng)用CMT技術(shù)不僅降低了熱輸入量，并且與脈沖MIG 焊相比較而言，焊絲熔化率更加高。通過(guò)調(diào)整電流短路的持續(xù)時(shí)間，在焊絲熔敷率改變很小的情況下即可以控制熔深。此外，將脈沖MIG焊與CMT工藝相結(jié)合，可以大大的擴(kuò)展可以焊接的材料的厚度，并且焊縫成形美觀。換句話說(shuō)，CMT技術(shù)提供了一個(gè)焊接熱輸入量低且焊縫成形美觀的平臺(tái)，可以在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高焊接能量的輸入，使之應(yīng)用范圍更加擴(kuò)大。當(dāng)前CMT工藝的三個(gè)主要應(yīng)用:（1）薄板焊接。傳統(tǒng)氣體保護(hù)焊焊接

11、時(shí)熱輸入量大容易引起大的飛濺和大的變形等問(wèn)題，CMT技術(shù)解決了這些問(wèn)題。CMT技術(shù)非常適用于焊接薄板材料，甚至到超薄板，而且不用擔(dān)心塌陷和燒穿。（2）無(wú)飛濺的MIG釬焊。因?yàn)闊彷斎肓枯^低且真正的無(wú)飛濺焊接，使之可以進(jìn)行釬焊。因?yàn)槠淙鄣芜^(guò)渡方式十分的特別新穎，使CMT技術(shù)可以在各種位置的釬焊都能如魚(yú)得水。CMT工藝與傳統(tǒng)釬焊比較而言，其效率更高并且具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。（3）異種金屬鋼和鋁的焊接。在汽車(chē)行業(yè)中，隨著鋁板應(yīng)用的越來(lái)越多。鋼與鋁的連接問(wèn)題的解決變得迫在眉睫。人們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，熱連接或者普通的熔焊連接容易產(chǎn)生較厚的脆性金屬間化合物，這大大的影響了接頭性能。使用CMT技術(shù)焊接鍍鋅鋼

12、板與鋁板的實(shí)驗(yàn)中，CMT技術(shù)可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度并且能夠保證接頭的力學(xué)性能。在焊接鋁板與鍍鋅鋼板時(shí)減少鋅層的蒸發(fā)，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT技術(shù)適應(yīng)性非常好，不會(huì)像TIG焊一樣要求極高的裝配精度。再加上一元化的專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng)，使CMT特別適用于自動(dòng)焊。因此，CMT是一種非常有發(fā)展前景的工藝，它在汽車(chē)領(lǐng)域、航天領(lǐng)域、電器領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、船舶領(lǐng)域和某些建筑領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景9。參考文獻(xiàn)1 楊修榮.超薄板的CMT冷金屬過(guò)渡技術(shù)J. 能源工程焊接國(guó)際論壇. 20052 薄板焊接的極限J. 電焊機(jī).2011(4):253 楊曉峰. CMT工藝應(yīng)用及研究現(xiàn)狀J. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇. 2011(10): 154 張洪濤. 鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊電弧加熱行為的影響J. 焊接學(xué)報(bào). 2009(8)5 曹睿, 余剛. 鋁合金和鋼異種金屬