薄板鋁合金焊接中CMT焊接技術(shù)的應(yīng)用

張良華

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150090）

薄板鋁合金焊接中CMT焊接技術(shù)的應(yīng)用

張良華

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150090）

使用傳統(tǒng)MIG焊接技術(shù)對(duì)薄板鋁合金進(jìn)行焊接的時(shí)候，由于薄板鋁合金具有易氧化、導(dǎo)熱快以及較大的線膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，因此很容易出現(xiàn)氣孔、焊接變形大甚至焊穿等缺陷。為了避免上述缺陷的出現(xiàn)，本文試圖研究如何運(yùn)用CMT焊接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)薄板鋁合金的高質(zhì)量焊接，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供一定的參考借鑒。

薄板鋁合金缺陷CMT焊接技術(shù)高質(zhì)量焊接

鋁合金由于延展性好、密度小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，受到了汽車、建筑甚至航空等行業(yè)的青睞。尤其是近些年來(lái)，伴隨國(guó)家大力提倡走綠色發(fā)展道路，環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受到各行各業(yè)的關(guān)注。比如，汽車行業(yè)為了達(dá)到降低汽車能耗、減少汽車尾氣排放的目的，運(yùn)用鋁合金材料來(lái)減輕汽車車身重量。在運(yùn)用鋁合金材料的過(guò)程中，不得不涉及焊接技術(shù)的運(yùn)用。傳統(tǒng)的MIG焊接技術(shù)雖然有著較廣的應(yīng)用范圍，但是將其運(yùn)用于薄板鋁合金焊接的時(shí)候，很容易出現(xiàn)諸多缺陷。因此，研究運(yùn)用CMT焊接技術(shù)來(lái)焊接薄板鋁合金具有重要意義和作用。

1　CMT焊接技術(shù)概述

1.1CMT焊接技術(shù)原理

焊接過(guò)程中，由于會(huì)持續(xù)不斷地輸入熱量，使得許多材料因?yàn)闊o(wú)法承受熱量輸入而出現(xiàn)飛濺、焊穿等情況。為了避免這些情況發(fā)生，必須降低焊接過(guò)程中的熱輸入量，而CMT焊接技術(shù)［1］的誕生，實(shí)現(xiàn)了這種可能。CMT焊接技術(shù)是一種全新的與眾不同的短路過(guò)渡技術(shù)，具有質(zhì)量高、引弧可靠迅速、電弧更穩(wěn)定、電弧弧長(zhǎng)控制更精準(zhǔn)等特點(diǎn)。其整個(gè)焊接過(guò)程是：當(dāng)引燃電弧后，在送絲機(jī)的作用下，焊絲向熔池運(yùn)動(dòng)；當(dāng)熔滴接觸到熔池的瞬間就會(huì)形成短路，此時(shí)焊機(jī)會(huì)迅速監(jiān)測(cè)到短路信號(hào)，然后將控制信號(hào)傳遞給送絲機(jī)；送絲機(jī)接收到信號(hào)后就會(huì)反轉(zhuǎn)回抽焊絲，利用外加的機(jī)械回抽力使熔滴與焊絲之間分離，從而讓熔滴過(guò)渡至熔池。具體的，如圖1所示。

圖1　CMT技術(shù)焊接過(guò)程

1.2CMT焊接技術(shù)特點(diǎn)

與MIG焊接技術(shù)相比，CMT焊接技術(shù)還具有以下三個(gè)較為顯著的特點(diǎn)。

（1）熔滴過(guò)渡控制方式不同。當(dāng)焊機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)到短路信號(hào)后，就會(huì)將該信號(hào)迅速反饋給送絲機(jī)。送絲機(jī)接收到信號(hào)后，就會(huì)迅速回抽焊絲，從而確保在飛濺產(chǎn)生前，熔滴與焊絲已經(jīng)分離。這種結(jié)合數(shù)字化以及機(jī)械力來(lái)實(shí)現(xiàn)熔滴地過(guò)渡控制，與傳統(tǒng)的短路過(guò)渡方式有著很大的不同。

（2）熱輸入量低。MIG焊接技術(shù)在焊接過(guò)程中的短路階段電流達(dá)到最大，此時(shí)也是焊接能量最高的時(shí)候。而CMT焊接技術(shù)在焊接過(guò)程中的短路階段，將直接熄滅焊接電弧，在送絲機(jī)回抽焊絲的同時(shí)，短路電流也會(huì)被CMT電源降至低點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)短路階段很低的熱輸入量，甚至幾乎可以忽略不計(jì)。

（3）焊接無(wú)飛濺。MIG焊接技術(shù)進(jìn)行焊接的過(guò)程中采用短路過(guò)渡方式的時(shí)候，通過(guò)短路瞬間產(chǎn)生的峰值電流，使得焊絲與熔滴之間的液態(tài)小橋［2］處出現(xiàn)縮頸。這種情況會(huì)迅速增大電流密度，增大電磁收縮力，從而使縮頸處發(fā)生爆斷，以確保分離焊絲與熔滴，最終使熔滴過(guò)渡至熔池。然而，這個(gè)爆斷過(guò)程無(wú)法掌控，且會(huì)伴隨大量的飛濺產(chǎn)生，不僅使焊接操作環(huán)境變得更加惡劣，而且浪費(fèi)焊接材料。而CMT技術(shù)結(jié)合外在機(jī)械回抽力以及表面張力，在兩種力量的共同作用下，使熔池與熔滴之間的液態(tài)小橋被拉斷，進(jìn)而使熔滴過(guò)渡至熔池的過(guò)程得以完成。這種替代了爆斷的方式從根本上杜絕了飛濺發(fā)生的可能，實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程的無(wú)飛濺。

2　CMT焊接技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1建立自動(dòng)焊接系統(tǒng)

為了使CMT焊槍在焊接薄板鋁合金的過(guò)程中保持其穩(wěn)定性，以及為了達(dá)到一定的焊接精度，本文試圖利用焊接機(jī)器人與CMT焊接技術(shù)建立一個(gè)薄板鋁合金CMT自動(dòng)焊接系統(tǒng)，如圖2所示。自動(dòng)焊接系統(tǒng)將主要包含CMT焊接電源、遙控器、送絲機(jī)、緩沖器、CMT焊槍以及焊接機(jī)器人。

圖2　薄板鋁合金CMT自動(dòng)焊接系統(tǒng)示意圖

2.2準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料

本文所用實(shí)驗(yàn)材料為50mm×100mm×0.3mm的1060鋁合金，焊絲牌號(hào)1060，其直徑為1.2mm，選擇純氬氣作為保護(hù)氣體，氣體流量為10L/min。

2.3CMT焊接電弧穩(wěn)定性影響因素探究

在使用薄板鋁合金CMT自動(dòng)焊接系統(tǒng)對(duì)薄板鋁合金進(jìn)行焊接的過(guò)程中，燃弧前期電流、燃弧后期電流以及短路后期電流都會(huì)對(duì)電弧穩(wěn)定性造成影響。因此，本文將試圖探究這個(gè)影響規(guī)律，以便為自行設(shè)計(jì)焊接波形給予一定的理論指導(dǎo)。

首先，燃弧前期電流對(duì)CMT焊接電弧穩(wěn)定性的影響。在保持其他兩種因素不變的前提下，本文先逐步降低燃弧前期的電流值，并觀察焊接電弧形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，伴隨燃弧前期電流的降低，CMT焊接電弧形態(tài)會(huì)逐漸由穩(wěn)定的鐘罩形逐漸轉(zhuǎn)變成細(xì)錐形。當(dāng)電流降至5A時(shí)候，焊接過(guò)程中發(fā)生了斷弧情況［3］，因此得出結(jié)論：伴隨燃弧前期電流的逐漸降低，CMT焊接電弧穩(wěn)定性也逐漸降低，當(dāng)電流降至5A時(shí)候，甚至?xí)霈F(xiàn)斷弧情況。

其次，燃弧后期電流對(duì)CMT焊接電弧穩(wěn)定性的影響。在保持其他兩種因素不變的前提下，本文先逐步提高燃弧后期的電流值，并觀察焊接電弧形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)后期電流較小時(shí)，由于電弧能量不足，會(huì)造成焊接電弧出現(xiàn)跳動(dòng)和偏移。造成這種原因是由于燃弧前期電流與燃弧后期電流差值較大。當(dāng)電流發(fā)生突變的時(shí)候，就會(huì)改變電弧形態(tài)，并且使焊接電弧的能量突然變大，從而對(duì)焊縫成形造成不利影響。當(dāng)逐漸增大燃弧后期的電流值后，沒(méi)有發(fā)生斷弧情況，說(shuō)明提高燃弧后期電流將有助于增強(qiáng)焊接過(guò)程中電弧的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)燃弧后期電流超過(guò)75A時(shí)，由于燃弧前期、后期電流差值過(guò)大，將導(dǎo)致電弧能量劇增，從而出現(xiàn)電弧過(guò)沖現(xiàn)象［4］。因此，燃弧后期電流不宜超過(guò)75A。

最后，短路后期電流對(duì)CMT焊接電弧穩(wěn)定性的影響。在焊接過(guò)程中的短路階段，由于電弧已經(jīng)熄滅，因此不存在影響不影響。但是，當(dāng)電弧再次起弧的時(shí)候，由于電路電流的慣性作用，還是會(huì)對(duì)燃弧初期電弧產(chǎn)生直接影響。在保持其他兩種因素不變的前提下，逐步提高短路電流后期的電流值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)短路電流后期電流值逐漸升高至100A時(shí)，燃弧初期電弧出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象。因此，短路后期電流值不宜超過(guò)100A，否則會(huì)對(duì)焊縫成形造成不利影響。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上，本文先介紹了CMT焊接技術(shù)的原理及特點(diǎn)，然后重點(diǎn)探究了運(yùn)用CMT焊接技術(shù)焊接薄板鋁合金的過(guò)程中，影響CMT焊接電弧穩(wěn)定性的三種因素，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了相應(yīng)的臨界值，希望能借此給予相關(guān)從業(yè)人員一定的理論指導(dǎo)。

［1］朱宇虹，耿志卿.薄板焊接的極限——CMT冷金屬過(guò)渡焊接技術(shù)［J］.電焊機(jī)，2011，（4）：69-71，75.

［2］汪殿龍，張志洋，王波，等.鋁鋰合金交流CMT焊接高頻脈沖復(fù)合電弧焊接技術(shù)研究進(jìn)展 ［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（2）：91-96.

［3］柳軍，郭小輝，何剛，等.CMT焊接技術(shù)在鈦合金方面的應(yīng)用研究［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2013，（4）：60-64.

［4］崔晴晴.鋁合金和鍍鋅鋼的CMT焊接技術(shù)研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇科技大學(xué)，2012.

ApplicationofCMTWeldingTechnologyinthe Welding of Thin Plate Aluminum alloy

ZHANG Lianghua
（Harbin steam turbine works Co.，Ltd.，Harbin 150090）

UsingtheconventionalMIGweldingtechnologyof aluminum alloy sheet welding，due to the thin sheet aluminum alloy is easy to oxidation，heat conduction is fast and larger line expansion coefficientandothercharacteristics，soitiseasytoappearthe blowhole，even welding defects such as welding deformation.In order to avoid these defects，this paper attempts to study how to use CMT welding technology to achieve high quality welding of aluminum alloy sheet，in order to provide some reference for the relevant practitioners.

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