CMT焊机在铝合金薄板焊接工艺的研究

赵佳龙 刘东利

摘要：本文对CMT焊机在铝合金薄板焊接领域应用，通过与普通MIG焊机进行试验对比分析，并提出了可行方式。经现场施工验证，这种焊接方式提高了焊接质量、保证了工件的几何尺寸，从而提高了焊接效率，该种焊接方式可广泛的应用于汽车焊接领域。

关键词：CMT焊机;铝合金薄板;焊接变形;焊缝质量

引言

由于环境因素影响，国家大力推进低碳减排、清洁能源。电池续航能力低的瓶颈，导致车身势必保证安全前提下减重，以提高汽车的续航能力，故全铝车身应运而生，采用铝合金薄板焊接方式进行拼接。铝合金焊接结构具有接头强度高、结构设计灵活性大、成品率高等优势，但不足之处为存在较大的焊接应力与变形。本文针对铝合金薄板焊接容易出现的焊漏、焊洇、咬边、焊接变形大、焊后易失稳等问题。本文针对此类问题，进行现场施工验证，希望可以为薄板铝合金焊接提供借鉴。

1 焊接变形原理分析

1.1 产生焊接变形的原因

“热胀冷缩”是自然界中普遍存在的一种物理现象，焊接过程中焊件受到不均匀加热并使焊缝区熔化，与焊接熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围冷态材料本身刚度的约束，产生不均匀的压缩塑性变形。在冷却的过程中，已经发生压缩塑性变形的这部分材料（如长焊缝两侧）同样受到周围金属的制约而不能自由收缩。这样，在焊接接头区域就产生了缩短的不协调应变，故焊接完毕后会存在残留的焊接内应力与变形。铝合金薄板焊接，由于薄板刚度小，焊接后更容易发生失稳变形。

焊接结构一旦出现变形，常常需要进行校正，耗时耗工。有时比较复杂的变形的校正工作量可能比焊接工作量还要大，而有时焊接变形太大，可能无法校正，因而造成废品。焊接残余应力和残余变形在某种程度上会影响焊接结构的承载能力和服役寿命。对于焊后需要进行机械加工的工件，变形增加了机械加工工作量，同时也增加了材料消耗，焊接变形的出现还会影响构件的美观和尺寸精度，并且还可能降低结构的承载能力，引发事故。

综上所述，适当减小焊接热输入可以有效的减小焊接变形，提高焊缝质量、生产效率。

1.2 普通MIG焊机薄板焊接熔滴过渡形式

普通MIG焊机焊接铝合金薄板时，熔滴过渡形式为短路过渡，引燃电弧后，由于电弧的加热，焊丝端头开始熔化形成熔滴，随着熔滴的长大，焊丝以一定速度送进，使得熔滴还未长得很大时就与熔池短路。此时电弧瞬时熄灭，电弧电压急剧下降，而电流逐渐上升（焊接回路中有电感）。随着电流的上升，电磁收缩作用增强，同时在熔滴的重力及表面张力作用下使熔滴与焊丝之间形成液桥缩颈，并逐渐变细。当短路电流增到一定数值时，液桥缩颈迅速断开，熔滴过渡到熔池中去，电压很快恢复到空载电压，电弧又重新引燃，此后重复上述过程。

短路过渡将伴随着大量的金属飞溅，过渡过程的稳定性被破坏，不但影响焊接质量，而且浪费焊接材料，恶化劳动条件，增加后续清理过程。

1.3 CMT焊机薄板焊接熔滴过渡形式

送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调，当数字化的控制检测到一个短路信号，就会反馈给送丝机构，送丝机构作出回应，迅速回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离。在全数字化的控制下，这种过度方式区别于传统的熔滴短路过渡方式。

低热输入量：CMT技术实现了无电流状态下的熔滴过渡，短路电流产生，数字化控制的CMT焊接系统会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，焊丝即停止前进并自动回抽。这种方式中，电弧自身热输入量的过程很短，短路发生，电弧即熄灭，热输入量迅速减少，整个过程即在冷热交替中循环往复。

1.4 无飞溅过渡

在短路状态下焊丝的回抽运动帮助焊丝与熔滴分离，通过对短路状态的控制，保证短路电流很小，焊丝的机械式回抽运动就保证了熔滴的正常脱落，同时避免了普通短路过渡的方式极易引起的飞溅，从而使得熔滴过渡实现无飞溅，这就是CMT技术的关键所在。

2 CMT焊机与普通MIG焊机铝合金薄板

2.1 焊缝质量试验对比

1 正面：CMT焊接正面焊缝宽度较窄，且焊缝成型美观，而普通MIG焊接，焊缝扁平，由于焊接热输入较大，出现焊漏现象。

2 背部：普通MIG焊接背部出现焊洇现象，由于焊后内应力较大，背部渗透检测，发现有裂纹出现，而CMT焊机焊缝背部无焊洇现象的出现，避免后续装配干涉，无需打磨处理，节省工时，提高效率。

2.2 CMT焊机与普通MIG焊机对接焊缝实验对比

不同焊接方法焊縫成形情况：采用普通MIG焊机焊接时，焊接热输入较大，焊缝基本没有余高，部分位置出现凹陷现象，甚至出现焊漏现象。而采用CMT焊接时，焊缝美观成形良好，焊缝余高均匀饱满，与母材圆滑过渡，说明CMT焊接时电弧稳定且控制精确，更适合铝合金薄板焊接工作。

对比两种焊机，两种焊缝断面均熔合良好，但由于普通MIG焊机热输入较大，焊接变形大，焊前必须装卡牢固，需背面点固，否则无法焊接，对工装卡具要求苛刻。观察断面可以看出，普通MIG焊机焊缝有较大错边，接头会在以后工作服役中承受额外扭矩的作用，而CMT焊机焊接变形量小，焊缝断面错边量很小，且对工装卡具要求宽松，焊后焊缝受力状态更佳。

3 结束语

焊缝成型：相比于MIG焊接，采用CMT焊接时，焊缝美观成形良好，焊缝余高均饱满，实现无飞溅过渡，与母材圆滑过渡，焊缝均匀一致，CMT弧焊电弧稳定且控制精确，更适合铝合金薄板焊接工作。力学性能：相比于MIG焊接5052-H11材料时，采用CMT焊接接头的抗拉强度略高于普通MIG焊接焊接接头抗拉强度，且CMT焊机焊接接头的韧性高于普通MIG焊机所焊接出的焊缝，力学性能更好。

通过CMT焊与普通MIG焊在薄板焊接方面的对比，发现CMT焊在薄板焊接方面具有焊接变形量小、焊接效率高、工作条件更好，可广泛应用于铝合金薄板焊接领域。

参考文献：

[1]郑照高.建筑钢结构的焊接工艺与性能分析[J].建材与装饰，2018（25）：209-20.