CMT焊機(jī)在鋁合金薄板焊接工藝的研究

趙佳龍 劉東利

摘要：本文對CMT焊機(jī)在鋁合金薄板焊接領(lǐng)域應(yīng)用，通過與普通MIG焊機(jī)進(jìn)行試驗對比分析，并提出了可行方式。經(jīng)現(xiàn)場施工驗證，這種焊接方式提高了焊接質(zhì)量、保證了工件的幾何尺寸，從而提高了焊接效率，該種焊接方式可廣泛的應(yīng)用于汽車焊接領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：CMT焊機(jī);鋁合金薄板;焊接變形;焊縫質(zhì)量

引言

由于環(huán)境因素影響，國家大力推進(jìn)低碳減排、清潔能源。電池續(xù)航能力低的瓶頸，導(dǎo)致車身勢必保證安全前提下減重，以提高汽車的續(xù)航能力，故全鋁車身應(yīng)運而生，采用鋁合金薄板焊接方式進(jìn)行拼接。鋁合金焊接結(jié)構(gòu)具有接頭強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活性大、成品率高等優(yōu)勢，但不足之處為存在較大的焊接應(yīng)力與變形。本文針對鋁合金薄板焊接容易出現(xiàn)的焊漏、焊洇、咬邊、焊接變形大、焊后易失穩(wěn)等問題。本文針對此類問題，進(jìn)行現(xiàn)場施工驗證，希望可以為薄板鋁合金焊接提供借鑒。

1 焊接變形原理分析

1.1 產(chǎn)生焊接變形的原因

“熱脹冷縮”是自然界中普遍存在的一種物理現(xiàn)象，焊接過程中焊件受到不均勻加熱并使焊縫區(qū)熔化，與焊接熔池毗鄰的高溫區(qū)材料的熱膨脹則受到周圍冷態(tài)材料本身剛度的約束，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形。在冷卻的過程中，已經(jīng)發(fā)生壓縮塑性變形的這部分材料（如長焊縫兩側(cè)）同樣受到周圍金屬的制約而不能自由收縮。這樣，在焊接接頭區(qū)域就產(chǎn)生了縮短的不協(xié)調(diào)應(yīng)變，故焊接完畢后會存在殘留的焊接內(nèi)應(yīng)力與變形。鋁合金薄板焊接，由于薄板剛度小，焊接后更容易發(fā)生失穩(wěn)變形。

焊接結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)變形，常常需要進(jìn)行校正，耗時耗工。有時比較復(fù)雜的變形的校正工作量可能比焊接工作量還要大，而有時焊接變形太大，可能無法校正，因而造成廢品。焊接殘余應(yīng)力和殘余變形在某種程度上會影響焊接結(jié)構(gòu)的承載能力和服役壽命。對于焊后需要進(jìn)行機(jī)械加工的工件，變形增加了機(jī)械加工工作量，同時也增加了材料消耗，焊接變形的出現(xiàn)還會影響構(gòu)件的美觀和尺寸精度，并且還可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引發(fā)事故。

綜上所述，適當(dāng)減小焊接熱輸入可以有效的減小焊接變形，提高焊縫質(zhì)量、生產(chǎn)效率。

1.2 普通MIG焊機(jī)薄板焊接熔滴過渡形式

普通MIG焊機(jī)焊接鋁合金薄板時，熔滴過渡形式為短路過渡，引燃電弧后，由于電弧的加熱，焊絲端頭開始熔化形成熔滴，隨著熔滴的長大，焊絲以一定速度送進(jìn)，使得熔滴還未長得很大時就與熔池短路。此時電弧瞬時熄滅，電弧電壓急劇下降，而電流逐漸上升（焊接回路中有電感）。隨著電流的上升，電磁收縮作用增強(qiáng)，同時在熔滴的重力及表面張力作用下使熔滴與焊絲之間形成液橋縮頸，并逐漸變細(xì)。當(dāng)短路電流增到一定數(shù)值時，液橋縮頸迅速斷開，熔滴過渡到熔池中去，電壓很快恢復(fù)到空載電壓，電弧又重新引燃，此后重復(fù)上述過程。

短路過渡將伴隨著大量的金屬飛濺，過渡過程的穩(wěn)定性被破壞，不但影響焊接質(zhì)量，而且浪費焊接材料，惡化勞動條件，增加后續(xù)清理過程。

1.3 CMT焊機(jī)薄板焊接熔滴過渡形式

送絲運動與熔滴過渡過程進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)，當(dāng)數(shù)字化的控制檢測到一個短路信號，就會反饋給送絲機(jī)構(gòu)，送絲機(jī)構(gòu)作出回應(yīng)，迅速回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離。在全數(shù)字化的控制下，這種過度方式區(qū)別于傳統(tǒng)的熔滴短路過渡方式。

低熱輸入量：CMT技術(shù)實現(xiàn)了無電流狀態(tài)下的熔滴過渡，短路電流產(chǎn)生，數(shù)字化控制的CMT焊接系統(tǒng)會自動監(jiān)控短路過渡的過程，在熔滴過渡時，電源將電流降至非常低，幾乎為零，熱輸入量也幾乎為零，焊絲即停止前進(jìn)并自動回抽。這種方式中，電弧自身熱輸入量的過程很短，短路發(fā)生，電弧即熄滅，熱輸入量迅速減少，整個過程即在冷熱交替中循環(huán)往復(fù)。

1.4 無飛濺過渡

在短路狀態(tài)下焊絲的回抽運動幫助焊絲與熔滴分離，通過對短路狀態(tài)的控制，保證短路電流很小，焊絲的機(jī)械式回抽運動就保證了熔滴的正常脫落，同時避免了普通短路過渡的方式極易引起的飛濺，從而使得熔滴過渡實現(xiàn)無飛濺，這就是CMT技術(shù)的關(guān)鍵所在。

2 CMT焊機(jī)與普通MIG焊機(jī)鋁合金薄板

2.1 焊縫質(zhì)量試驗對比

1 正面：CMT焊接正面焊縫寬度較窄，且焊縫成型美觀，而普通MIG焊接，焊縫扁平，由于焊接熱輸入較大，出現(xiàn)焊漏現(xiàn)象。

2 背部：普通MIG焊接背部出現(xiàn)焊洇現(xiàn)象，由于焊后內(nèi)應(yīng)力較大，背部滲透檢測，發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn)，而CMT焊機(jī)焊縫背部無焊洇現(xiàn)象的出現(xiàn)，避免后續(xù)裝配干涉，無需打磨處理，節(jié)省工時，提高效率。

2.2 CMT焊機(jī)與普通MIG焊機(jī)對接焊縫實驗對比

不同焊接方法焊縫成形情況：采用普通MIG焊機(jī)焊接時，焊接熱輸入較大，焊縫基本沒有余高，部分位置出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)焊漏現(xiàn)象。而采用CMT焊接時，焊縫美觀成形良好，焊縫余高均勻飽滿，與母材圓滑過渡，說明CMT焊接時電弧穩(wěn)定且控制精確，更適合鋁合金薄板焊接工作。

對比兩種焊機(jī)，兩種焊縫斷面均熔合良好，但由于普通MIG焊機(jī)熱輸入較大，焊接變形大，焊前必須裝卡牢固，需背面點固，否則無法焊接，對工裝卡具要求苛刻。觀察斷面可以看出，普通MIG焊機(jī)焊縫有較大錯邊，接頭會在以后工作服役中承受額外扭矩的作用，而CMT焊機(jī)焊接變形量小，焊縫斷面錯邊量很小，且對工裝卡具要求寬松，焊后焊縫受力狀態(tài)更佳。

3 結(jié)束語

焊縫成型：相比于MIG焊接，采用CMT焊接時，焊縫美觀成形良好，焊縫余高均飽滿，實現(xiàn)無飛濺過渡，與母材圓滑過渡，焊縫均勻一致，CMT弧焊電弧穩(wěn)定且控制精確，更適合鋁合金薄板焊接工作。力學(xué)性能：相比于MIG焊接5052-H11材料時，采用CMT焊接接頭的抗拉強(qiáng)度略高于普通MIG焊接焊接接頭抗拉強(qiáng)度，且CMT焊機(jī)焊接接頭的韌性高于普通MIG焊機(jī)所焊接出的焊縫，力學(xué)性能更好。

通過CMT焊與普通MIG焊在薄板焊接方面的對比，發(fā)現(xiàn)CMT焊在薄板焊接方面具有焊接變形量小、焊接效率高、工作條件更好，可廣泛應(yīng)用于鋁合金薄板焊接領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭照高.建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接工藝與性能分析[J].建材與裝飾，2018（25）：209-20.