CMT焊接资料

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

（2)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快，在熔化相同量的焊丝时所用对应在不同的参数阶段，如图6所示。

图5 CMT短路过渡时电流电压的变化

图6 焊丝熔化量相同时各焊接工艺的焊接参数的变化（3)交流CMT技术第一次成功的将焊接电流的极性与金属丝逆向运动结合，交流CMT焊与交流CMT与P-MIG焊，两种焊接工艺电流、电压与送丝速度的匹配关系，如图7所示。交流CMT焊接EN-阶段与EP-阶段的焊丝熔化规律相同，由上文知也就使得EP-CMT-phase阶段的时间要大于EN-CMT-phase阶段，两阶段均为CMT过渡，焊丝表现为前送/回抽，焊接参数的调整要与送丝速度相配合。此焊接工艺对母材的热输入量更小，搭桥能力也更强，图8为交流CMT焊接2mm 的钢板和2mm的铝板的断面宏观照片。CMT Advanced+P焊，在Pulse-phase阶段焊丝接正，对母材的热输入量较大，焊丝的熔化量一直处于稳定的正值；在EN-CMT-phase阶段熔滴为CMT过渡，此种焊接工艺可以在实现焊丝较高的比熔化量和保证焊接熔深。

图7 交流CMT焊焊接参数与送丝速度的匹配

图8 交流CMT焊焊件

3.CMT焊的应用

CMT技术几乎可以应用于所有已知的材料，拥有广泛的应用领域，包括微电子器件、机车制造行业、航天领域、桥梁和钢结构等领域。Frouius最新的CMT 外部根焊管焊工艺在管道管理局进行的焊接演示中展示了其优异的特性，被认定为西气东输工程的备选工艺之一。CMT焊接技术由于具有热输人量小、无飞溅、焊接速度快、焊接质量好、装配间隙容忍度高、焊接变形小、焊缝均匀一致等优点，拓宽了普通MIG/MAG焊难以涉及的领域，如薄板或超薄板(0.3-3.0 mm)的焊接，电镀锌板或热镀锌板的无飞溅CMT钎焊，钢与铝异种材料连接等领域。