CMT焊機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焊機在鋁合金薄板焊接領域應用，通過與普通MIG焊機進行試驗對比分析，并提出了可行方式。經現場施工驗證，這種焊接方式提高了焊接質量、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用于汽車焊接領域。

關鍵詞：CMT焊機;鋁合金薄板;焊接變形;焊縫質量

引言

由于環境因素影響，國家大力推進低碳減排、清潔能源。電池續航能力低的瓶頸，導致車身勢必保證安全前提下減重，以提高汽車的續航能力，故全鋁車身應運而生，采用鋁合金薄板焊接方式進行拼接。鋁合金焊接結構具有接頭強度高、結構設計靈活性大、成品率高等優勢，但不足之處為存在較大的焊接應力與變形。本文針對鋁合金薄板焊接容易出現的焊漏、焊洇、咬邊、焊接變形大、焊后易失穩等問題。本文針對此類問題，進行現場施工驗證，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象，焊接過程中焊件受到不均勻加熱并使焊縫區熔化，與焊接熔池毗鄰的高溫區材料的熱膨脹則受到周圍冷態材料本身剛度的約束，產生不均勻的壓縮塑性變形。在冷卻的過程中，已經發生壓縮塑性變形的這部分材料（如長焊縫兩側）同樣受到周圍金屬的制約而不能自由收縮。這樣，在焊接接頭區域就產生了縮短的不協調應變，故焊接完畢后會存在殘留的焊接內應力與變形。鋁合金薄板焊接，由于薄板剛度小，焊接后更容易發生失穩變形。

焊接結構一旦出現變形，常常需要進行校正，耗時耗工。有時比較復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。焊接殘余應力和殘余變形在某種程度上會影響焊接結構的承載能力和服役壽命。對于焊后需要進行機械加工的工件，變形增加了機械加工工作量，同時也增加了材料消耗，焊接變形的出現還會影響構件的美觀和尺寸精度，并且還可能降低結構的承載能力，引發事故。

綜上所述，適當減小焊接熱輸入可以有效的減小焊接變形，提高焊縫質量、生產效率。

1.2 普通MIG焊機薄板焊接熔滴過渡形式

普通MIG焊機焊接鋁合金薄板時，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，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，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。當短路電流增到一定數值時，液橋縮頸迅速斷開，熔滴過渡到熔池中去，電壓很快恢復到空載電壓，電弧又重新引燃，此后重復上述過程。

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

1.3 CMT焊機薄板焊接熔滴過渡形式

送絲運動與熔滴過渡過程進行數字化協調，當數字化的控制檢測到一個短路信號，就會反饋給送絲機構，送絲機構作出回應，迅速回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離。在全數字化的控制下，這種過度方式區別于傳統的熔滴短路過渡方式。

低熱輸入量：CMT技術實現了無電流狀態下的熔滴過渡，短路電流產生，數字化控制的CMT焊接系統會自動監控短路過渡的過程，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往復。

1.4 無飛濺過渡

在短路狀態下焊絲的回抽運動幫助焊絲與熔滴分離，通過對短路狀態的控制，保證短路電流很小，焊絲的機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無飛濺，這就是CMT技術的關鍵所在。

2 CMT焊機與普通MIG焊機鋁合金薄板

2.1 焊縫質量試驗對比

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，出現焊漏現象。

2 背部：普通MIG焊接背部出現焊洇現象，由于焊后內應力較大，背部滲透檢測，發現有裂紋出現，而CMT焊機焊縫背部無焊洇現象的出現，避免后續裝配干涉，無需打磨處理，節省工時，提高效率。

2.2 CMT焊機與普通MIG焊機對接焊縫實驗對比

不同焊接方法焊縫成形情況：采用普通MIG焊機焊接時，焊接熱輸入較大，焊縫基本沒有余高，部分位置出現凹陷現象，甚至出現焊漏現象。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焊接時電弧穩定且控制精確，更適合鋁合金薄板焊接工作。

對比兩種焊機，兩種焊縫斷面均熔合良好，但由于普通MIG焊機熱輸入較大，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，焊后焊縫受力狀態更佳。

3 結束語

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，實現無飛濺過渡，與母材圓滑過渡，焊縫均勻一致，CMT弧焊電弧穩定且控制精確，更適合鋁合金薄板焊接工作。力學性能：相比于MIG焊接5052-H11材料時，采用CMT焊接接頭的抗拉強度略高于普通MIG焊接焊接接頭抗拉強度，且CMT焊機焊接接頭的韌性高于普通MIG焊機所焊接出的焊縫，力學性能更好。

通過CMT焊與普通MIG焊在薄板焊接方面的對比，發現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，可廣泛應用于鋁合金薄板焊接領域。

參考文獻：

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