CMT焊接—革新的焊接技术

图 5 不同数量的脉冲“Pulse MIX” ，获得不同的熔深和焊缝成形
当“pulse MIX”中脉冲数量增加到 10 个时，热输入量和熔深同普通脉冲 MIG/MAG 几 乎是相同的。但仍具有每 10 个脉冲后有一次机械方式保持弧长恒定的优点。 “pulse MIX”焊也具有良好桥联能力，并可增加焊接速度。
2.1 无飞溅的焊接和钎焊
传统的短路过渡，由于高的短路电流，熔滴爆断不受控制，因而易产生大量的焊接飞 溅。而 CMT 焊接，短路电流非常低，而且熔滴过渡到工件上是通过焊丝的回抽来完成的， 从而可实现无飞溅的焊接和钎焊。仅仅是当焊枪角度非常差时，才会因为熔池的运动产生 少许的飞溅。无飞溅的焊接减少了焊后处理的麻烦。
前文所述的 CMT 技术具有低的热输入量，可以用于钢与铝的焊接。图 10 所示的就是 镀锌钢板与铝的连接：
图 11 镀锌钢板与铝的连接 (δ=1mm,Vs=70cm/min). 从图中可清晰看出，镀锌钢板这边是钎焊上的，铝板这边是熔焊上的。CMT 焊接钢与 钢的必需的前提是：钢必需是镀锌板，锌层的厚度需要大于 10 µm，锌层的作用就像钎焊用 的钎剂。
这就是为什么前文所说的焊丝运动的频率 70Hz 是平均值的原因，因为当熔滴过渡早一 一些，焊丝回抽就早一些；当熔滴过渡迟一些，焊丝回抽就迟一些。但平均值是 70Hz。
1.2 熔滴过渡时电压和电流几乎为零。
普通的短路过渡依赖于高的短路电流行进过渡，而 CMT 焊接是通过焊丝和回抽的运动 来促进熔滴过渡，短路电流非常低。整个焊接过程就是高频率的“热-冷-热”转换的过程， 大幅降低热输入量。图-2 就是 CMT 焊接过程中电流电压的示意图片。
2.2 弧长控制精确，电弧长度保持绝对恒定
传统的 MIG/MAG 焊的弧长调整是通过电压的反馈来实现的（即保证电弧电压恒定）， 但是焊接电压不仅仅决定于电弧的长度，还受工件表面的氧化物、油污影响，因而通过调 整电压恒定的方式来保证弧长恒定就不会准确。另外这种通过电压反馈保证弧长恒定的方 式还受焊接速度的影响。
普通的 MIG/MAG 由于热输入量大，焊接薄板时，装配间隙要求高。而 CMT 热输入量 低，间隙装配要求也相对低。图 4 是 CMT 钎焊 0.8mm 和 1.5mm 的搭接接头，间隙 2mm， 焊接速度 1m/min
图 4 CMT 钎焊 0.8mm+1.5mm 板（DC01 镀锌板），间隙 2mm、焊丝：CuSi3 1.0mm 焊接速度 1m/min
在 CMT 焊接方法中，焊丝不仅有向前送丝的运动，而且还有往回抽的动作，这种送丝 /回抽运动的平均频率高达 70Hz（见图-1）。
RWIA ’2006
国际机器人焊接
图 1 CMT 技术的原理，焊接过程送丝前进和回抽
CMT 焊同普通 MIG/MAG 焊有三个明显的不同：
1.1 送丝的运动同熔滴过渡过程相结合。
CMT 焊接时弧长控制不依据电弧电压来调整，而是通过焊丝回抽的机械方式来设定的。 焊丝往前送至工件表面形成熔滴短路，然后焊丝往回抽，每次回抽的速度和时间是固定， 因而焊接过程中电弧的长度也是绝对的恒定。另一方面，焊丝的回抽频率每秒钟达 70 次， 从而保证了弧长也不会受焊接速度的影响。
2.3 非常优异的桥联能力,间隙装配要求低
0 前言
MIG/MAG 焊是目前世界上应用最广泛的、最经济的焊接工艺。但由于其热输入量高、 变形大、飞溅无法避免。因而限止它在某些领域的应用，尤其是在 1mm 以下的薄板更是其 使用的“禁区”。
CMT (冷金属过渡技术) –是一种全新的 MIG/MAG 焊接工艺。fronius 公司 1991 年开始 研究钢与铝的焊接，1997 年在钢与铝焊接和无飞溅引弧技术基础上，经过 5 年的努力，开 发出 CMT 冷金属过渡技术，为 MIG/MAG 焊的应用拓宽了新的领域，
国际机器人焊接
RWIA ’2006
CMT 焊接—革新的焊接技术
杨修荣 易翔
（珠海市科盈焊接器材有限公司 珠海 519015）
摘要：CMT（Cold Metal Transfer）冷金属过渡技术是一种全新的在 MIG/MAG 焊接工艺，焊接 热输入极低，可以焊接薄至 0.3mm 的板材，并可实现的钢与铝的异种连接。本文介绍了 CMT 焊接工艺的原理、特点及其应用前景。。 关键词：冷金属过渡,混合过渡,钢与铝的焊接
229
1 CMT 冷金属过渡技术的原理
CMT 是 Cold Metal Transfer 的缩写，由于其热输入量比普通的 MIG/MAG 焊要低，因 而命名为 Cold。
CMT 冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的，普通的短路过渡过程是：焊丝一直 往前送，焊丝熔化形成熔滴,熔滴同熔池短路,短路桥爆断，重新引弧，短路时是伴有大的电 流（大的热输入量）和飞溅。
4 CMT 焊接方法的极限
任何焊接方法都有它的极限，图 6 显示的是 CMT（不包含”Pulse MIX”）焊接电压和电 流的工作区域。
旋转电弧
脉冲电弧
喷射电弧
短路电弧
CMT 电弧
图 6: CMT 工作区域的电压和电流关系图
从图中我们可看出 CMT 焊接方法有它的上限，当电流大到形成不了短路过渡时，CMT 过渡形式也不可能出现。
Abstract：The CMT (Cold Metal Transfer) – process is a revolution in MIG/MAG welding technology，Due to the low thermal input，light and ultra-light gauge sheets (down to sheet thicknesses of 0.3 mm) can be joined,steel and aluminum can be joined together.the article present principle, advantages and applications of of the CMT-process. Key words：Cold Metal Transfer、PulseMix、Joining steel to aluminium
1.3 焊丝的回抽运动帮助熔滴脱落
尽管熔滴过渡时电流非常低，焊丝的机械式回抽运动同样能保证熔滴的脱落，同时避免 了普通短路过渡方式引起的飞溅（见图-3）
热冷热冷热 图 2 CMT 焊接过程中电流电压示意图
图 3 焊丝的送丝/回抽运动
225
国际机器人焊接
RWIA ’2006
2 CMT 焊接技术的优点
图 8：0.3mm 铝板对接，焊接速度 2.6m/min 焊丝：AlSi5 1.2mm
RWIA ’2006
国际机器人焊接
fronius 的 MIG-钎焊工艺焊接镀锌板由于其热输入量低，母材基本上不熔化在汽车行业 已经被广泛应用。其主要特点是非常少的焊接飞溅，但有时也会时不时产生飞溅。现在使 用 CMT 钎焊镀锌板，焊枪在正常的角度的话，是绝对没有飞溅。图 9 是 CMT 钎焊镀锌板 的应用例。
另一方面，CMT 比普通短路过渡具有更低的电压，更低的热输入量；焊接范围也更大。
5 CMT 焊接系统
图 7 显示的是机器人 CMT 焊接系统:
227
国际机器人焊接
Rபைடு நூலகம்IA ’2006
图 7 机器人 CMT 焊接系统
CMT 焊接系统是全数字化控制的，同各部件（送丝机、焊枪等）交换据非常快。这是 非常重要的，因为 CMT 设备需要快速检测到熔滴的短路，并快速控制焊丝反抽。
6 CMT 技术的应用
CMT 焊接方法具有更快的焊接速度，更高质量，更好的搭桥能力，更小的变形，更均 匀一致的焊缝，并且没有飞溅等优点，主要有三个用途：
● 薄板的焊接（钢、铝、不锈钢等） ● CMT 钎焊 ● 钢与铝的异种连接 在许多行业，由于减轻自重的需要，薄板的应用非常普遍。如汽车行业，重量轻能源 消耗就少，行驶得就更快。 薄板对接时，为了降低热输入量和防止背面形成焊瘤，目前为止采用的方法都是加衬 垫。CMT 焊接技术热输入量非常低，可以实现 0.3mm 铝板对接，并且无需背面加衬垫。因 而衬垫的成本和准备时间成本就节省了。
到目前为止，普通的 MIG/MAG 焊接过程中送丝速度是固定，或者预先按时间设好的 （如双脉冲的脉动送丝）。而 CMT 焊接过程中，焊丝往前送直到形成熔滴短路，在这一刻， 送丝速度倒转过来，焊丝往回抽。当下一个开路形成后，焊丝又住前送，熔滴过渡重新开 始。整个过程，焊丝的送丝速度、前进/回抽运动完全取决于熔滴过渡过程，而不需要按时 间预先设定。
3 CMT 和 CMT –Pluse MIX 脉冲混合过渡的热输入量
CMT 焊接的显著特点是热输入量低，因而焊缝加强高和宽度的比例也相对高，而脉冲 MIG/MAG 焊热输入量相对大，熔深更深。
RWIA ’2006
国际机器人焊接
现在，fronius 公司在 CMT 过渡的基础上，将 CMT 过渡和脉冲过渡进行混合，交替过 渡。如一个 CMT 熔滴过渡后，过渡方式转为 1 个或几个脉冲过渡，然后又是 CMT 过渡， 我们称这为“pulse MIX”。通过这种方式使得 MIG/MAG 焊的热输入量可以自由增加，可获 得不同的焊缝成形。图-5 是不同 Pulse MIX 获得不同的熔深和焊缝成形。
Fig. 9a: CMT-钎焊镀锌板 (δ=1mm,Vs=1.1m/min)
9b: CMT 钎焊车身的焊接
由于无飞溅，焊后处理成本降低。另外 CMT 热输入量低，因而比 MIG 钎焊具有更高 的间隙容忍性。
CMT 技术另一个应用是钢与铝的异种连接。如汽车行业为了减轻自重或优化车的重心， 就需要应用到钢与铝的连接。钢与铝的连接的主要问题是接头处容易形成脆性相，脆性相 越少，接头的机械性能就越好。决定脆性相的一个主要的因素是焊接时热输入量，热输入 量越低，脆性相产生得就小。因而钢与铝的焊接的首要因素是将热输入量降至非常低的值。