1、新型綠色環保焊接技術CMT焊接技術摘 要CMT冷金屬過度焊接技術是在MIG/MAG焊的基礎上開發的一種革新技術，第一次將送絲運動與熔滴過渡過程進行數字化協調，使熔滴過渡在幾乎無電流的狀態下進行。CMT焊接波形控制呈現典型的直流脈沖特征，焊接時熱輸入較低，這樣可有效減小熱輸入，提高對能量的利用率，并有效地消除飛濺，提高焊后工件表面質量，減小金屬的損失，焊接過程中低煙塵，有害氣體少，對環境的污染進一步減少，是一種綠色環保的焊接技術。本文介紹了CMT焊接技術的工作原理，工藝流程，以及技術特點，并舉例說明其發展應用狀況。關鍵詞：CMT冷金屬過渡焊接技術；熔滴過渡；無飛濺焊接；送絲運動；薄板焊接 目 錄

2、摘 要I目 錄II1 緒論11.1 引言12 CMT焊接技術的工作原理12.1 MIG/MAG焊接技術簡介12.2 CMT焊技術簡介23 CTM系統的組成34 CMT焊接的技術特點44.1 CMT技術的主要特點44.1.1 送絲系統44.1.2 熔滴過渡時電壓和電流54.1.3 焊絲的回抽運動幫助熔滴脫落54.2 CMT焊較其他焊接技術的優勢64.2.1 CMT焊接MIG/MAG焊的優勢64.2.2 CMT釬焊工藝和激光釬焊工藝的比較75 CMT焊接技術的應用和前景85.1 CMT和脈沖混合過渡技術85.2 CMT在機械工程行業的應用前景86 全文總結9參考文獻101 緒論1.1 引言隨著全球

3、資源與環境保護問題的日趨嚴峻，開發和研究新型綠色環保焊接方法已經非常迫切。當今世界，汽車工業也正朝著節能、環保和安全的方向發展，而節能又是其中的核心問題。節能的有效措施便是降低汽車自重，即汽車輕量化。汽車用的鋁合金和鋼的混合結構輕量化可提高燃料的有效使用并有效控制空氣污染，因此鋼和鋁合金的有效連接受到重視1。然而，鋼和鋁的熔點存在巨大的差異，且鋁與鋼中的鐵易產生脆性的金屬間化合物。另外，不同的熱物理性能，如膨脹系數、導熱率和比熱，也將導致焊后巨大的內應力。因此，熔焊的鐵鋁會由于產生嚴重的裂紋而在使用中損壞。冷金屬過渡技術CMT是將送絲與熔滴過渡過程進行數字化協調。當焊機的DSP處理器監測到一個

4、短路信號時，就會切斷電流，并將信號反饋給送絲機，送絲機作出回應回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離，使熔滴在無電流狀態下過渡。通過協調送絲監控和過程控制實現了焊接過程中“冷”和“熱”的交替。CMT同時具備許多優點：焊接過程中，熱輸入量小；無飛濺起弧，減少了焊后清理工作；能夠進行薄板對接焊而不需要對工件進行背面氣體保護。良好的搭橋能力使得焊接過程操作容易，特別適用于自動焊2。CMT（Cold Metal Transfer）冷金屬過渡技術是在MIG/MAG焊基礎上開發的一種革新技術。CMT技術顛覆了傳統，將焊絲的運動與焊接過程結合起來，嚴格控制熔滴過渡中的輸入，降低焊接熱輸入和金屬飛濺。2 CMT焊接

5、技術的工作原理2.1 MIG/MAG焊接技術簡介MIG焊是熔化極惰性氣體保護焊，MAG焊是熔化極活性氣體保護焊。MIG/MAG焊如圖1所示。MIG/MAG焊是目前應用廣泛，高效、經濟的焊接工藝，但同時存在焊接熱輸入量大、變形大，飛濺無法避免等缺點，在薄板焊接方面的應用受到限制3。這是MIG/MAG焊熔滴過渡的形式決定的。MIG/MAG焊熔滴過渡根據焊接電流的不同共有三種形式：短路過渡、顆粒過渡和射流過渡，分別適用于不同板厚、不同焊接效率要求的場合。MIG/MAG焊的熔滴過渡過程由電壓和電流參數進行控制，與焊絲的運動狀態關系不大。圖1 MIG/MAG焊示意圖MIG/MAG焊的主要特點是焊接質量好

6、；焊接生產率高；無脫氧去氫反應，易形成焊接缺陷，對焊接材料表面清理要求特別嚴格；抗風能力差；焊接設備復雜。可應用于幾乎所有的金屬材料，主要用于有色金屬及其合金，不銹鋼及某些合金鋼的焊接。最薄厚度約為1mm，最大厚度基本不受限4。2.2 CMT焊技術簡介CMT冷金屬過渡焊接技術是一種無焊渣飛濺的新型焊接工藝技術。CMT技術顛覆了傳統，將焊絲的運動與焊接過程結合起來，嚴格控制熔滴過渡中的輸入電流，大幅度降低了焊接熱輸入。CMT焊接技術為MIG/MAG焊的應用開拓了新的領域，MIG/MAG熔滴過渡的形式也被賦予了全新的定義（如圖2）。圖2 熔滴過渡形式MIG/MAG焊的熔滴過渡是傳統的短路過渡，其短

7、路過程是：形成電弧加熱焊絲焊絲熔化形成熔滴熔滴長大，同熔池短路短路橋爆炸，熔滴脫落。在熔滴形成、脫落過程中都伴有大的短路電流輸入，容易形成飛濺。而CMT過渡方式正好相反，如圖3，在熔滴短路時，數字化電源輸出電流幾乎為零，同時焊絲的回抽運動幫助熔滴脫落，從根本上消除了產生飛濺的因素。 (a) 電弧加熱，向前送絲 (b) 熔滴短路，電弧熄滅 (c) 焊絲回抽，幫助熔滴脫落 (d) 送絲，重新加熱圖3 CMT熔滴過渡過程3 CTM系統的組成CMT系統的組成如圖4所示5。圖4 CMT系統（1）TPS3200/4000/5000CMT電源。全數字化微電腦處理器控制和全數字化GMA逆變電源。（2）RCU5

8、000i遙控器。全文本顯示的遙控器，Q-控制功能的焊接參數監控、向導指引模式、系統化的菜單結構、人工管理功能。（3）FK4000R冷卻系統。堅固可靠，確保了對機器人焊槍的最佳冷卻效果。（4）機器人控制箱。適用于所有型號的機器人，無論機器人是通過數字信號、模擬信號或field-bus方式進行數據傳輸。（5）VR7000VCMT送絲機。數字化控制的送絲機，適用于所有普通的送絲管。（6）CMT Robacta 焊槍。全數字化控制的機器人用焊槍。無傳動裝置，安裝有高效的雙向動力學傳動馬達，適用于精確的送絲和恒定的接觸壓力。（7）焊絲緩沖器。削弱了兩個送絲系統對焊絲的沖擊力，為焊絲在兩個送絲系統之間提供

9、一個緩沖的空間。4 CMT焊接的技術特點4.1 CMT技術的主要特點4.1.1 送絲系統CMT技術首次將焊接的送絲運動同熔滴過渡過程相結合。整個焊接系統由數字化系統和總線進行控制，焊絲的運動與焊接過程形成閉環，焊絲的送絲/回抽動作影響焊接過程，也就是熔滴的過渡過程是由送絲運動變化來控制的。整個焊接系統（包括焊絲的運動）的運行均為閉環控制，如圖5所示。而普通的MIG/MAG焊，送絲系統是獨立的，并沒有實現閉環控制6。圖5 CMT控制電路4.1.2 熔滴過渡時電壓和電流CMT焊接系統采用數字化控制，對熔滴過渡進程進行監控。在熔滴形成、長大時，電源輸入必要的電流；而在熔滴脫落，過渡至熔池的過程中，電

10、流輸入減小，幾乎為零，大幅度的降低了熱輸入量；之后焊絲短路，輸入電流，熔滴再度形成7。如此反復，形成連續焊接過程。由此可見，整個熔滴過渡過程是一個“熱-冷-熱”的交替過程。相對于傳統的短路過渡，焊接熱輸入可減少 50%以上。同時不存在短路橋的爆炸，焊接飛濺也不會產生。圖 6是CMT 焊接短路過渡過程中電流和電壓的變化。圖6 CMT短路過渡 電壓電流變化 焊絲的回抽運動幫助熔滴脫落傳統的短路過渡是通過持續輸入的電流造成短路橋爆炸，使焊絲端頭的熔滴脫落，進入熔池。CMT短路過渡后期幾乎沒有焊接電流，也就沒有熱輸入，熔滴溫度會迅速降低，想要促使熔滴脫落，就需要借助焊絲的動作來實現。CMT 是通過焊絲

11、的機械式回抽“甩掉”熔滴，如圖 7 所示。CMT 的送絲系統不僅僅具有送絲的作用，還具備將焊絲回抽的功能。通過數字化控制系統監控焊絲回抽的時間點、回抽速度、幅度等，既能保證順利的幫助熔滴脫落，又能為下一個電弧的形成作好準備。焊絲脫落的過程比較平和，避免了飛濺的產生。 (a) (b) (c) (d)圖7 CMT短路過渡過程（(a) 焊絲向前，電弧加熱焊絲 (b) 熔滴長大 (c) 焊絲回抽，熔滴脫落 (d) 焊絲向前，電弧加熱焊絲）4.2 CMT焊較其他焊接技術的優勢4.2.1 CMT焊接MIG/MAG焊的優勢（1）CMT幾乎無電流狀態下的熔滴過渡。焊接熱輸入量極低（見圖8）不用背襯就可焊接薄板

12、和超薄板（可達0.3mm）焊接變形小. 普通MIG焊 CMT焊母材厚2mm的AlMg3；焊絲厚1.2mm的AlSi5圖8 熱輸入量的比較（2）CMT焊弧長控制精確 電弧更穩定。普通MIG/MAG焊弧長是通過電壓反饋方式控制的 容易受到焊接速度變化和工件表面平整度的影響，而CMT方法則不然。CMT的電弧長度控制是機械式的，它采用閉環控制并監測焊絲回抽長度，即電弧長度。在干伸長或焊接速度改變的情況下電弧長度也能保持一致。其結果就保證了CMT電弧的穩定性，即使在焊接速度極快的前提下，也不會出現斷弧的情況。（3）均勻一致的焊縫成形，焊縫熔深一致，焊縫質量重復精度高。普通MIG/MAG焊在焊接過程中，焊

13、絲干伸長改變時，焊接電流會增加或減少。而 CMT焊焊絲干伸長改變時，僅僅改變送絲速度，不會導致焊接電流的變化 從而實現一致的熔深，加上弧長高度的穩定性 就能達到非常均勻一致的焊縫外觀成形。（4）真正做到無飛濺。在短路狀態下焊絲的回抽運動幫助焊絲與熔滴分離。通過對短路的控制，保證短路電流很小，從而使得熔滴過渡無飛濺，焊后清理工作量小。通過CMT技術可以輕松的實現無飛濺焊接，釬焊接縫，碳鋼與鋁的焊接，0.3mm超薄板的焊接以及背面無氣體保護的對接構件的焊接。（5）具有良好的搭橋能力。裝配間隙要求降低。1mm薄板的搭接接頭間隙允許達到1.5mm。（6）具有更快的焊接速度。1mm厚的鋁板對接可達到25

14、0cm/min，CMT釬焊電鍍鋅板可達到150cm/min。（7）低煙塵，有害氣體少。由于CMT技術輸入熱量少，因此，在焊接過程中既能減少錳鉻氧化物的產生，也減少了臭氧、氮氧化物等有毒氣體的產生。4.2.2 CMT釬焊工藝和激光釬焊工藝的比較以側圍落水槽焊接為例：左側焊縫采用激光釬焊，右側焊縫采用CMT釬焊。CMT釬焊后試樣進行處理，如圖9。圖9 CMT釬焊后試樣處理（1）試樣進行處理后進行防腐性能測試，所有試樣均未發生表面漆剝落、腐蝕等現象。（2）CMT釬焊后截取焊縫。取自焊縫不同斷面的金相試樣，分析結果均為合格。（3）CMT釬焊工藝比激光釬焊工藝的經濟性要好的多。5 CMT焊接技術的應用和

15、前景 5.1 CMT和脈沖混合過渡技術CMT技術提供了一個最低能量的平臺，Fronius公司在此基礎上將CMT過渡和脈沖過渡進行結合，實現了交替過渡的焊接模式。即一個CMT熔滴過渡后，過渡方式轉為一個或幾個脈沖過渡。通過這種方式使得MIG/MAG焊的熱輸入量可以進行自由調整，以達到理想的焊縫背面成形，如圖10所示，或者是提高薄板焊接速度。這種“PulsMIX”混合過渡方式同樣可以保持高度的電弧穩定性和低飛濺。圖10 焊縫成形5.2 CMT在機械工程行業的應用前景由于CMT 焊接方法具有更快的焊接速度，更好的搭橋能力，更小的變形，更均勻一致的焊縫，并且無飛濺等優點，拓展了普通MIG/MAG 焊所

16、不能涉及的領域。其主要用用領域體現在：（1）薄板或超薄板（0.33mm）的焊接，并且無需擔心塌陷和燒穿，如圖11所示。圖11 厚0.8mm的鋁鋁對接背面未加襯墊（2）電鍍鋅板或熱鍍鋅板的無飛濺釬焊。（3）鋼和鋁的異種連接。在過去鋁和鋼的連接只能通過激光或電子束焊接，現在CMT 可實現這樣的異種連接，接頭質量和外觀都合格8。目前CMT 技術廣泛應用于汽車、家電、航空航天等行業。在工程機械行業，焊接以結構件中厚板和薄板件的焊接為主。結構件焊接追求高焊接效率，對焊接變形要求一般，通常以MAG 焊和CO2氣保焊為主。薄板件的焊接，如駕駛室、郵箱、覆蓋件等，逐漸摒棄以往的氣體保護焊，轉向汽車行業薄板件的

17、加工模式，以沖壓成型、電阻電焊為主，但是弧焊的工作量依然很大。在變形要求小、連接強度要求高、異種金屬的焊接場合，CMT 焊接工藝還是具有廣闊的應用前景。CMT 技術焊縫成形美觀，無飛濺對于薄板焊接也是很適合的。比如CMT 的無飛濺焊接可以嘗試在油箱上應用，以提高油箱的清潔度。此外，工程機械行業還存在部分齒輪件的焊接，焊接變形要求高，采用 CMT 焊接工藝是一個相對經濟的選擇。總的來說，在工程機械行業，CMT 焊接技術可以在薄板件和齒輪件的焊接上進行廣泛的推廣和應用。6 全文總結連接技術在機械工程行業中占有重要地位，是鋁金屬結構件制造過程中的關鍵技術。CMT焊作為一種新型的先進連接技術，與傳統的

18、MIG/MAG等焊接技術相比，具有熱輸入量低、無飛濺、弧長穩定、焊縫均勻、“綠色無污染”等優點，在機械工程行業、汽車制造等領域具有廣闊的應用前景。積極開展CMT焊技術的研究對于提高我國機械工程和汽車制造業水平、降低生產成本、提升企業競爭力具有重要的意義。參考文獻1 石常亮，何鵬，馮吉才，張洪濤. 鋁/鍍鋅鋼板CMT熔釬焊界面區域組織與接頭性能J.焊接學報，2006，(12):61-64.2 楊修榮. 鋼與鋁的焊接J. 航空制造技術，2004(12)：96.3 楊修榮. 超薄板的MIG/MAG焊CMT冷金屬過渡技術J. 電焊機, 2006, (9): 5-7. 4 FENG J C，ZHANG H T，HE P. The CMT short-circuiting metal transfer process and its us