高效焊接方法 哈工大

《高效焊接方法大作业》
——冷金属过渡技术
院系：材料学院焊接系
组员：XXX
日期：2014 .6 .18
冷金属过渡技术简介
摘要：Fronius 公司CMT(Coid Metai Transfer)冷金属过渡技术是在MIG/MAG 基础上开发的种革新技术第一次将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调焊接热输入量大幅降低，可实现0.3 mm以上薄板的无飞溅、高质MIG/MAG
熔焊和MIG钎焊。

关键词：CMT 冷金属过渡焊丝回抽
1、前言
由Fronius公司在2004年欧洲板材技术博览会上展示的CMT冷金属过渡焊接技术是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。

所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。

其中的换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使焊丝的输送过程呈间断的送丝。

后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的电焊丝输送。

数字式焊接控制系统能够知道电弧生成的开始时间，自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。

在熔滴从焊丝上滴落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，并进一步将焊丝向前送出。

之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。

这种“冷-热”之间的交替变化大大降低了焊接热的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。

除此之外，还可实现多种功能：可正确的设置熔滴的参数，实现更好的焊缝厚度过渡，并具有很高的焊接速度且不产生任何飞溅。

据Fronius 公司介绍，该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。

2、CMT的技术原理
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:焊丝熔化形成熔滴,熔滴同熔池短路,短路桥爆断,短路时伴有大的电流(大的热输入量)和飞溅。

而CMT过渡方式正好相反,在熔滴短路时,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,消除了飞溅产生的因素。

CMT焊同普通MIG/MAG焊有三个明显的不同:
(1)首次将送丝的运动同熔滴过渡过程相结合。

使用CMT工艺,焊丝的送丝/回抽动作影响焊接过程。

换句话说,熔滴的过渡过程是由送
丝运动变化来控制的,焊丝的“前送-回抽“频率可高达到70次/s。

整个焊接系统的闭环控制包含焊丝的运动的控制,而普通的MIG/MAG焊,送丝机系统都是独立的,并没有实现闭环控制。

(2)熔滴过渡时电压和电流几乎为零。

数字化控制的CMT焊接系统,自动监控短路过渡的过程,在熔滴过渡时,电源将电流降至非常低,几乎为零,热输入量也几乎为零。

整个熔滴过渡过程就是高频率的“热-冷-热”转换的过程,大幅降低热输入量。

(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。

3、CMT的技术特点
(1) 焊接热输入小，降低焊接变形，适合于薄板、超薄板（0.3~3 mm）的焊接。

(2) 焊接过程中对弧长精确控制，电弧更加稳定。

传统的MIG/MAG 焊是通过电压反馈的方式控制弧长，容易受到焊接速度和工件表面平整度的影响。

CMT 焊接精确控制焊丝的动作，保证电弧的长度不受干伸长度和焊接速度变化的影响，电弧更加稳定。

(3) CMT 稳定的电弧，精确控制的电流输入，使得焊缝成形均匀一致，焊缝质量重复性好。

(4) 如上文所述，熔滴过渡过程中产生飞溅的因素被消除了，焊接过程基本无飞溅产生。

4、CMT同普通MIG/MAG焊相比的优点
(1)CMT几乎无电流状态下的熔滴过渡,焊接热输入量极低,不用背衬就可焊接薄板和超薄板(可达0.3 mm),焊接变形小。

(2)CMT焊弧长控制精确,电弧更稳定。

普通MIG/MAG焊弧长控制是通过电压反馈方式,容易受到焊接速度改变和工件表面平整度的影响。

而CMT方法则不然。

电弧长度控制是机械方式的,它采用闭环控制和监测焊丝回抽长度,即电弧长度。

在导电嘴离工件的距离或焊接速度改变情况下,电弧长度是一致的。

其结果是CMT电弧更稳定,即使在焊接速度快的前提下，同样不会出现断弧。

(3)焊缝成形均匀一致,焊缝的熔深一致,焊缝质量重复精度高。

普通MIG/MAG焊在焊接过程中,焊丝伸出长度改变时,焊接电流会增加或减少。

而CMT焊焊丝伸出长度改变时,仅仅改变送丝速度,不会改变焊
接电流,从而实现恒定的熔深,加上弧长非常恒定,焊缝成形非常均匀一致。

(4)真正做到无飞溅焊接和钎焊,就如前文所述,熔滴过渡过程中出现飞溅的因素被消除了,焊后清理工作量少。

(5)具有良好的搭桥能力,间隙装配要求低。

(6)具有更快的焊接速度。

1 mm铝板对接可达到250 cm/min,CMT钎焊电镀锌板可达到150 cm/min3 CMT和脉冲混合过渡技术CMT技术提供一个最低能量的平台,fronius公司在此基础上,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。

通过这种方式使得MIG/MAG焊的热输入量可以自由增加,以达到理想的焊缝背面成形,也可提高薄板的焊接速度。

这种“pulsmix”混合过渡方式同样保持高度电弧稳定性和低的飞溅。

pulsmix混合过渡焊缝截面随着脉冲数量增加,熔深也在增加。

5、CMT工艺的应用和前景
CMT焊接方法由于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,拓展了普通MIG/MAG焊所不能涉及的领域。

其主要用途有以下几方面:
(1)可进行薄板或超薄板的焊接(0.3～3 mm),并且无需担心塌陷和烧穿;
(2)可用于电镀锌板或热镀锌板的无飞溅CMT钎焊;
(3)可用于钢与铝的异种金属连接。

在过去,铝和钢的连接仅仅可能通过激光或电子束焊接,现在CMT可实现这样的异种金属连接,接头和外观都是100%合格。

值得一提的是,fronius CMT焊接系统同著名的全数字化MIG/MAG焊机一样,是采用数字DSP技术,除具有CMT电弧焊接方式外,也可实现短路电弧、喷射电弧和脉冲电弧。

一套系统应用四种电弧方式,可同时满足不同焊接的需要。

6、结论
CMT工艺是FRONIUS公司在数字化焊接技术发展过程中又一次突破。

将焊丝的运动同熔滴过渡过程相结合,在焊接过程中实现冷-热交替焊接,大幅度降低热输入量。

这一创新的工艺热输入量小、变形小、无飞溅、搭桥能力好、焊缝均匀一致、焊接速度高、运行成本低,为薄
板的焊接提供了完美的解决方案,并已为众多欧州、日本和美国的公司所接受和采用。

参考文献
[1] 杨修荣．超薄板的 MIG/MAG 焊——CMT 冷金属过渡技术[J]．电焊机，2006，36（6）：5-7．
[2] 张文毓．激光焊接技术的研究现状与应用[J]．新技术新工艺，2009 年第一期：48-50．
[3] 王之康，高永华，徐宾．真空电子束焊接设备及工艺[M]．原子能出版社．1990 年 9 月第一版．。