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(duì)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(yàn)對(duì)比分析，并提出了可行方式。經(jīng)現(xiàn)場施工驗(yàn)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(yùn)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(jì)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(duì)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(duì)此類問題，進(jìn)行現(xiàn)場施工驗(yàn)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(huì)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(shí)耗工。有時(shí)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(shí)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(huì)影響焊接結(jié)構(gòu)的承載能力和服役壽命。對(duì)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(shí)也增加了材料消耗，焊接變形的出現(xiàn)還會(huì)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(shí)，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(shí)就與熔池短路。此時(shí)電弧瞬時(shí)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(shí)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(shí)，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(fèi)焊接材料，惡化勞動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)短路信號(hào)，就會(huì)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(shí)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(huì)自動(dòng)監(jiān)控短路過渡的過程，在熔滴過渡時(shí)，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(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)幫助焊絲與熔滴分離，通過對(duì)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(yùn)動(dòng)就保證了熔滴的正常脫落，同時(shí)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(shí)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(yàn)對(duì)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(shí)，提高效率。

2.2 CMT焊機(jī)與普通MIG焊機(jī)對(duì)接焊縫實(shí)驗(yàn)對(duì)比

不同焊接方法焊縫成形情況：采用普通MIG焊機(jī)焊接時(shí)，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(shí)，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(shí)電弧穩(wěn)定且控制精確，更適合鋁合金薄板焊接工作。

對(duì)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(diǎn)固，否則無法焊接，對(duì)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(cuò)邊，接頭會(huì)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(cuò)邊量很小，且對(duì)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(shí)，焊縫美觀成形良好，焊縫余高均飽滿，實(shí)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(shí)，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(duì)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.