张良华

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150090）

薄板铝合金焊接中CMT焊接技术的应用

张良华

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150090）

使用传统MIG焊接技术对薄板铝合金进行焊接的时候，由于薄板铝合金具有易氧化、导热快以及较大的线膨胀系数等特点，因此很容易出现气孔、焊接变形大甚至焊穿等缺陷。为了避免上述缺陷的出现，本文试图研究如何运用CMT焊接技术来实现薄板铝合金的高质量焊接，以期为相关从业人员提供一定的参考借鉴。

薄板铝合金缺陷CMT焊接技术高质量焊接

铝合金由于延展性好、密度小、重量轻等优点，受到了汽车、建筑甚至航空等行业的青睐。尤其是近些年来，伴随国家大力提倡走绿色发展道路，环保问题越来越受到各行各业的关注。比如，汽车行业为了达到降低汽车能耗、减少汽车尾气排放的目的，运用铝合金材料来减轻汽车车身重量。在运用铝合金材料的过程中，不得不涉及焊接技术的运用。传统的MIG焊接技术虽然有着较广的应用范围，但是将其运用于薄板铝合金焊接的时候，很容易出现诸多缺陷。因此，研究运用CMT焊接技术来焊接薄板铝合金具有重要意义和作用。

1　CMT焊接技术概述

1.1CMT焊接技术原理

焊接过程中，由于会持续不断地输入热量，使得许多材料因为无法承受热量输入而出现飞溅、焊穿等情况。为了避免这些情况发生，必须降低焊接过程中的热输入量，而CMT焊接技术［1］的诞生，实现了这种可能。CMT焊接技术是一种全新的与众不同的短路过渡技术，具有质量高、引弧可靠迅速、电弧更稳定、电弧弧长控制更精准等特点。其整个焊接过程是：当引燃电弧后，在送丝机的作用下，焊丝向熔池运动；当熔滴接触到熔池的瞬间就会形成短路，此时焊机会迅速监测到短路信号，然后将控制信号传递给送丝机；送丝机接收到信号后就会反转回抽焊丝，利用外加的机械回抽力使熔滴与焊丝之间分离，从而让熔滴过渡至熔池。具体的，如图1所示。

图1　CMT技术焊接过程

1.2CMT焊接技术特点

与MIG焊接技术相比，CMT焊接技术还具有以下三个较为显著的特点。

（1）熔滴过渡控制方式不同。当焊机监测监测到短路信号后，就会将该信号迅速反馈给送丝机。送丝机接收到信号后，就会迅速回抽焊丝，从而确保在飞溅产生前，熔滴与焊丝已经分离。这种结合数字化以及机械力来实现熔滴地过渡控制，与传统的短路过渡方式有着很大的不同。

（2）热输入量低。MIG焊接技术在焊接过程中的短路阶段电流达到最大，此时也是焊接能量最高的时候。而CMT焊接技术在焊接过程中的短路阶段，将直接熄灭焊接电弧，在送丝机回抽焊丝的同时，短路电流也会被CMT电源降至低点，从而实现短路阶段很低的热输入量，甚至几乎可以忽略不计。

（3）焊接无飞溅。MIG焊接技术进行焊接的过程中采用短路过渡方式的时候，通过短路瞬间产生的峰值电流，使得焊丝与熔滴之间的液态小桥［2］处出现缩颈。这种情况会迅速增大电流密度，增大电磁收缩力，从而使缩颈处发生爆断，以确保分离焊丝与熔滴，最终使熔滴过渡至熔池。然而，这个爆断过程无法掌控，且会伴随大量的飞溅产生，不仅使焊接操作环境变得更加恶劣，而且浪费焊接材料。而CMT技术结合外在机械回抽力以及表面张力，在两种力量的共同作用下，使熔池与熔滴之间的液态小桥被拉断，进而使熔滴过渡至熔池的过程得以完成。这种替代了爆断的方式从根本上杜绝了飞溅发生的可能，实现了焊接过程的无飞溅。

2　CMT焊接技术的具体应用

2.1建立自动焊接系统

为了使CMT焊枪在焊接薄板铝合金的过程中保持其稳定性，以及为了达到一定的焊接精度，本文试图利用焊接机器人与CMT焊接技术建立一个薄板铝合金CMT自动焊接系统，如图2所示。自动焊接系统将主要包含CMT焊接电源、遥控器、送丝机、缓冲器、CMT焊枪以及焊接机器人。

图2　薄板铝合金CMT自动焊接系统示意图

2.2准备实验材料

本文所用实验材料为50mm×100mm×0.3mm的1060铝合金，焊丝牌号1060，其直径为1.2mm，选择纯氩气作为保护气体，气体流量为10L/min。

2.3CMT焊接电弧稳定性影响因素探究

在使用薄板铝合金CMT自动焊接系统对薄板铝合金进行焊接的过程中，燃弧前期电流、燃弧后期电流以及短路后期电流都会对电弧稳定性造成影响。因此，本文将试图探究这个影响规律，以便为自行设计焊接波形给予一定的理论指导。

首先，燃弧前期电流对CMT焊接电弧稳定性的影响。在保持其他两种因素不变的前提下，本文先逐步降低燃弧前期的电流值，并观察焊接电弧形态。实验结果表明，伴随燃弧前期电流的降低，CMT焊接电弧形态会逐渐由稳定的钟罩形逐渐转变成细锥形。当电流降至5A时候，焊接过程中发生了断弧情况［3］，因此得出结论：伴随燃弧前期电流的逐渐降低，CMT焊接电弧稳定性也逐渐降低，当电流降至5A时候，甚至会出现断弧情况。

其次，燃弧后期电流对CMT焊接电弧稳定性的影响。在保持其他两种因素不变的前提下，本文先逐步提高燃弧后期的电流值，并观察焊接电弧形态。实验结果表明，当后期电流较小时，由于电弧能量不足，会造成焊接电弧出现跳动和偏移。造成这种原因是由于燃弧前期电流与燃弧后期电流差值较大。当电流发生突变的时候，就会改变电弧形态，并且使焊接电弧的能量突然变大，从而对焊缝成形造成不利影响。当逐渐增大燃弧后期的电流值后，没有发生断弧情况，说明提高燃弧后期电流将有助于增强焊接过程中电弧的稳定性。然而，当燃弧后期电流超过75A时，由于燃弧前期、后期电流差值过大，将导致电弧能量剧增，从而出现电弧过冲现象［4］。因此，燃弧后期电流不宜超过75A。

最后，短路后期电流对CMT焊接电弧稳定性的影响。在焊接过程中的短路阶段，由于电弧已经熄灭，因此不存在影响不影响。但是，当电弧再次起弧的时候，由于电路电流的惯性作用，还是会对燃弧初期电弧产生直接影响。在保持其他两种因素不变的前提下，逐步提高短路电流后期的电流值。实验结果表明，当短路电流后期电流值逐渐升高至100A时，燃弧初期电弧出现过冲现象。因此，短路后期电流值不宜超过100A，否则会对焊缝成形造成不利影响。

3　结语

综上，本文先介绍了CMT焊接技术的原理及特点，然后重点探究了运用CMT焊接技术焊接薄板铝合金的过程中，影响CMT焊接电弧稳定性的三种因素，并结合实验结果给出了相应的临界值，希望能借此给予相关从业人员一定的理论指导。

［1］朱宇虹，耿志卿.薄板焊接的极限——CMT冷金属过渡焊接技术［J］.电焊机，2011，（4）：69-71，75.

［2］汪殿龙，张志洋，王波，等.铝锂合金交流CMT焊接高频脉冲复合电弧焊接技术研究进展 ［J］.河北科技大学学报，2013，（2）：91-96.

［3］柳军，郭小辉，何刚，等.CMT焊接技术在钛合金方面的应用研究［J］.材料开发与应用，2013，（4）：60-64.

［4］崔晴晴.铝合金和镀锌钢的CMT焊接技术研究［D］.镇江：江苏科技大学，2012.

ApplicationofCMTWeldingTechnologyinthe Welding of Thin Plate Aluminum alloy

ZHANG Lianghua
（Harbin steam turbine works Co.，Ltd.，Harbin 150090）

UsingtheconventionalMIGweldingtechnologyof aluminum alloy sheet welding，due to the thin sheet aluminum alloy is easy to oxidation，heat conduction is fast and larger line expansion coefficientandothercharacteristics，soitiseasytoappearthe blowhole，even welding defects such as welding deformation.In order to avoid these defects，this paper attempts to study how to use CMT welding technology to achieve high quality welding of aluminum alloy sheet，in order to provide some reference for the relevant practitioners.

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