CMT焊接解析.doc

CMT焊接 目前国内外低热输入焊接新工艺CMT(cold metal transfer)一冷金属过渡焊是低热输入焊接工艺中的佼佼者，CMT技术是福尼斯公司开发的一种低热输入焊接工艺。该技术在熔滴短路时电源输出电流几乎为零，同时焊丝回抽帮助熔滴脱落，实现熔滴“冷”过渡，大大降低了焊接过程的热输入。 1.CMT焊接研究现状 图1 CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式分布 CMT技术的发展过程经历了几个阶段:90年代初，奥地利福尼斯公司是为研究钢铝的异种焊接而开始;到90年代末，开发了无飞溅引弧技术(SFI，此技术为CMT的研究奠定了基础;在接下来的几年到1999年，使得CMT技术得以问世;到2010年，Fronius公司对CMT焊接系统进行开发，发展到了CMT Advanced和CMT Advanced +P焊接技术。发展到现在，CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式电流电压的分布如图1所示，CMT技术的热输入量达到的范围明显的小于P-MIG。 CMT技术创新的将熔滴过渡过程与送丝运动相结合，该创新处大大降低了焊接过程的热输入量，真正实现了无飞溅焊接。此焊接工艺不仅提高焊后工件表面质量，还减小金属的损失，降低焊接过程中的烟尘、有害气体，对环境的污染进一步减小是一种绿色环保的焊接技术。目前CMT焊接的研究主要涉及到薄板焊接、异种焊接、钎焊等，利用的均是其热输入低的特点。CMT焊可以焊接薄板低至0.3mm的超薄板，CMT焊接工艺己研究应用的有3 mm及以下的铝合金焊接、镁铝异种焊接、铝钢异种焊接、钦铜异种焊接等。CMT技术问世后专家学者不断的进行研究，目前关于CMT技术复合热源也出现了。国外学者利用CMT-GMAW焊接镍基超耐热不锈钢，河北科技大学也正在研究利用CMT与高频复合焊接铝锂合金。 2. CMT焊接原理与特点 CMT(冷金属过渡技术)的熔滴过渡形式是在短路过渡基础上开发的，普通的 短路过渡过程如下:焊丝端部熔化形成熔滴，熔滴与熔池接触形成小桥，焊丝在小桥处爆断，短路时伴有大的电流和飞溅。熔滴短路过渡时CMT技术焊机得到短路信号后会切断电流，此时熔滴短路时数字化电源输出电流几乎为零，同时焊丝的回抽运动帮助熔滴脱落，实现熔滴的冷过渡，消除了飞溅现象。众所周知，传统短路过渡存在飞溅、成形差和焊接薄板时热输入量大等问题。在焊接薄板时，焊件在连续的热输入下极易出现焊塌、焊漏的现象。在焊接过程中，如果能将焊接过程中的能量降低，使用“冷”金属过渡，焊接过程便能够实现顺利进行。CMT熔滴过渡过程中的“cold，来源于电弧有规律的不连续，即焊接过程中熔滴的“热一冷一热一冷”的循环过程，因此显著降低了热输入量。 图2 交流CMT焊不同极性的熔滴过渡的特点 关于CMT焊接的研究使用的多是传统的CMT焊接技术，Fronius公司新研制出的CMT Advanced 4000R系列焊机，在焊接过程中不仅可以实现传统的CMT焊接，还可以实现CMT Advanced焊接即交流CMT焊接。交流CMT焊接焊丝接负(EN-阶段)，由于阴极雾化作用和焊丝为冷阴极，焊接过程中出现爬弧现象对熔滴的加热严重熔滴生长尺寸较大，焊丝的熔化量要远远大于焊丝接正(EP-阶段)，图2为交流CMT焊接时的熔滴过渡过程。在EN-阶段，焊接中的能量主要用于加热焊丝，对熔池的热输入减小，交流CMT焊接的热输入比传统CMT焊接的热输入还要小，交流CMT还继承了传统CMT的高速焊特性、对间隙的适应性更强。 在焊接原理上，CMT焊与传统的MIG/MAG焊相比有三个明显的不同主要体现在系统的控制方式、焊接波形、波形组合: (1)整个焊接系统为闭环控制如图3所示，焊接系统中包含焊丝的运动控制。采用两部分控制焊丝的运动，焊机中有推丝装置，焊枪中伺服拉丝装置，为平衡两装置减弱两送丝系统对焊丝的冲击力，在两系统中间安置了一个缓冲器。在普通的GMAW焊中送丝系统都是独立的，并没有实现闭环控制，这是其重大的创新之处。CMT焊中首次将焊丝的运动同熔滴过渡过程相结合，图1-4给出了CMT焊的焊接过程。当焊丝受热熔化熔滴形成时，焊丝下移电流下降实现冷金属过渡。CMT焊的熔滴过渡过程，也就是通过焊丝运动变化来控制的，目前CMT Advanced 4000焊机焊丝的“前送/回抽’，频率可高达70次/秒。 图3 CMT的焊接控制系统 图4 CMT的熔滴过渡过程 数字化控制的CMT焊接系统，自动监控短路过渡的过程，图5为CMT短路过渡时电流电压的变化过程，熔滴过渡短路时电压和电流同时几乎为零。熔滴过渡时刻，焊接电流、电压降至非常低，靠焊丝的回抽将焊丝与熔池分离，熔滴的温度低，也使得热输入量也几乎为零，大幅降低热输入量。CMT焊与P-MIG焊相比不仅热输入小而且焊丝熔化速率