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铝板/镀锌钢板的CMT焊接技术1.CMT焊接技术基本原理Fronius公司CMT(ColdMetalTransfer)冷金属过渡技术是在MIG/MAG焊基础上开发的一种革新技术。第一次将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调。当焊机的DSP处理器监测到一个熔滴短路信号。就会反馈给送丝机构，并回抽焊丝帮助熔滴脱落，使熔滴过渡在几乎无电流的状态下进行。整个焊接过程实现“热-冷-热”交替转换，每秒钟转换达70次。焊接热输入大幅降低，可实现0.3mm以上薄板的无飞溅、高质量的MIG/MAG熔焊和MIG钎焊[1]。在用CMT焊接镀锌钢板与铝的研究中，CMT可以很好的控制脆性金属间化合物的厚度，保证接头的力学性能。在焊接铝与镀锌钢板时减少锌层的蒸发，保证了材料的抗腐蚀性。除此之外，CMT有非常好的适应性，不必像TIG一样对装配精度要求极高。再加上一元化的专家库系统，使它特别适用于自动焊[2]。CMT技术的创新之处在于将焊丝的运动与熔滴过渡结合起来，使得CMT熔滴过渡的电压电流区间更低，对焊接技术的发展做出了重大的贡献。与STT法、脉动送丝法等低飞溅焊接的电压电流波形相比较，CMT技术具有十分明显的优势，熔滴过渡和送丝运动相结合的精细化、微机化、智能化精确控制是未来电焊机发展的必然发展趋势。在生产中推广低飞溅CMT焊接方法对降低产品生产的成本将具有重要的意义，具有广阔的应用前景[3]。CMT技术是将送丝过程和熔滴过渡过程进行了数字化的协调，电弧点燃后，熔滴生成、长大，同时焊丝前送，焊机的数字信号处理器（DPS）监测电弧建立的开始时间，并逐渐降低焊接电流。某一瞬间，熔滴接触熔池会产生短路，电弧熄灭之后，电流降低且接近零。当短路信号被焊机的数字信号处理器检测到时，它会将短路信号反馈给送丝机，送丝机将会迅速响应进行焊丝回抽，从而迫使熔滴从焊丝端头脱落，熔滴在无电流状态下进行过渡，在送丝惯性力和表面张力作用下进入熔池。在熔滴从焊丝上滴落后，焊接电流通过数字控制系统再次被提高，焊接电弧重新被生成，并将焊丝向前送出，开始新一轮的焊接过程。2.CMT焊接技术工艺特点从形式上看CMT工艺的熔滴过渡是一种特殊的短路过渡过程。与传统的熔化极气体保护焊（GMAW）相比有3个明显的不同之处：（1）电压和电流几乎为零在熔滴过渡短路时。CMT焊接系统在数字化控制时，会独自本能的监控短路过渡的过程，在熔滴过渡短路时，电流被电源将降至非常低，热输入量几乎没有了，整个熔滴过渡过程就是高频率的“热一冷一热”交替的过程，热输入量在很大程度上被降低。（2）第一次将熔滴过渡过程和焊丝运动相结合。当使用CMT技术工艺时，焊丝的送进/回抽动作会一定程度上影响焊接过程。也就是说，熔滴的过渡过程是通过送丝运动变化来控制的焊丝的“前送/回抽”频率可高达70次/秒。与普通的GMAW焊相比，它实现了闭环控制，这是其重大的创新之处。（3）熔滴脱落在一定程度上是由于焊丝的回抽。在熔滴过渡时，焊接电流十分的低，但熔滴的脱落一样被焊丝的机械式回抽运动所实现，一定程度上，并且避免了普通短路过渡方式所形成的飞溅。摆脱了以往STT法单纯靠控制脉动与波形送丝法单纯靠控制焊丝疼带来的不足。3.CMT焊接技术国内外研究现状哈尔滨工业大学张洪涛等人[4]，通过建立的电弧形态视觉传感系统以及电流电压波形采集系统研究了镀锌层对铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊电弧加热行为的影响。结果表明，小电流焊接时，镀锌层可以作为等离子体阴极，起到稳定电弧的作用，而在无镀锌层条件下，电弧的阴极斑点不停地跳跃，电弧极其不稳；随着焊接电流的增大，在镀锌钢板上焊接时，由于镀锌层的蒸发变得十分剧烈，这种蒸发行为也使得在镀锌钢板上焊接时的电弧的边缘上翘，减小了电弧与工件的接触面积，进而降低了焊接热输入，减小了界面脆性化合物层的厚度。兰州理工大学的曹睿，余刚等人[5]利用正交实验法对铝合金与镀锌钢薄板搭接件进行了异种材料冷金属过渡(CMT)熔钎焊，研究了工艺参数、焊丝成分以及镀锌层厚度对焊缝表面成形和接头力学性能的影响。铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊的接头为典型的搭接接头形貌，在整个焊接过程中，硅和锌很好的起到了促进熔化的铝在钢板表面湿润和铺展的作用。接头的界面组织分析表明，焊接接头被分成熔化区、中间界面区、过渡界面区和富锌区。在焊缝金属和镀锌板的界面区形成的金属间化合物层，主要成分为Fe2Al5和FeAl3，焊丝中硅含量控制在5%左右可获得性能良好焊接接头。通过实验得出理想的工艺参数：7075系列铝材在焊接电压13V，送丝速度5.0m/min，焊接速度：6.0m/s，偏离中心距离2mm，镀锌层厚度：120g/m2，焊丝系列：4043可得到良好的焊接接头。哈尔滨工业大学石常亮、何鹏等人[6]，采用冷金属过渡方法(CMT)对铝和镀锌钢板异种材料进行了熔钎焊连接。使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)和拉伸试验对焊接接头界面区显微组织及接头性能进行研究。试验结果表明，铝和镀锌钢能得到成形良好的搭接接头。在CMT熔钎焊的方法下，形成了中间厚两边薄的界面区，并且在熔化区一侧边缘形成了富锌区，界面区组织成分也由致密的FeAl3金属间化合物层变为α固溶体和FeAl3化合物混合层，而富锌区是由富铝的α固溶体和残留的铝组成。在进行拉伸试验时，断裂发生在铝母材的热影响区，接头强度为72.09MPa。江苏科技大学崔晴晴[7]以Q235和5052铝合金为研究对象，以ER4043铝硅焊丝为填充金属，利用CMT焊接技术进行了铝/钢异种金属的焊接工艺性试验，采用超井深、SEM、EDS等方法对焊接接头的组织和性能进行了研究。实验得出铝硅焊丝焊接铝/钢的最佳工艺参数为：焊接电流66A，焊接速度750mm/min。在最佳工艺参数下填充ER4043铝硅焊丝时，接头最大抗拉强度为115.7Mpa。对接头端口进行宏观和微观分析，结果表明，接头均断裂在铝合金的热影响区，断裂类型为以韧性断裂为主的韧脆混合断裂方式。显微硬度测试表明界面区的显微硬度明显高于铝和镀锌钢的基体硬度值，达到460HV。江苏科技大学宋辉[8]在CMT焊接工艺基础上进行了改造，研究了活性CMT焊接技术。选择Fe2O3，Al2O3和MgCO3等9种材料作为活性剂CMT焊接用活性剂。设计了活性剂加工混匀的工艺流程。通过实验，酒精完全可以取代丙酮作为活性剂焊接用乳化剂。采用配方均匀设计方法进行试验。得到B2O3，SiO2和Al2O3三种配方的活性剂对熔深影响最为明显。确立了一种基础配方PF0，其配方范围为：B2O330%-60%，SiO2为10%-30%，Al2O3为20%-30%。活性剂CMT焊接避免了CO2气体保护焊飞溅大的缺点和CMT焊接熔深浅的弊端。4.CMT焊接技术工艺应用CMT技术不仅降低了热输入量，并且与脉冲MIG焊相比较而言，焊丝熔化率更加高。通过调整电流短路的持续时间，在焊丝熔敷率改变很小的情况下即可以控制熔深。此外，将脉冲MIG焊与CMT工艺相结合，可以大大的扩展可以焊接的材料的厚度，并且焊缝成形美观。换句话说，CMT技术提供了一个焊接热输入量低且焊缝成形美观的平台，可以在此基础上适当提高焊接能量的输入，使之应用范围更加扩大。当前CMT工艺的三个主要应用:（1）薄板焊接。传统气体保护焊焊接时热输入量大容易引起大的飞溅和大的变形等问题，CMT技术解决了这些问题。CMT技术非常适用于焊接薄板材料，甚至到超薄板，而且不用担心塌陷和烧穿。（2）无飞溅的MIG钎焊。因为热输入量较低且真正的无飞溅焊接，使之可以进行钎焊。因为其熔滴过渡方式十分的特别新颖，使CMT技术可以在各种位置的钎焊都能如鱼得水。CMT工艺与传统钎焊比较而言，其效率更高并且具有广阔的应用领域。（3）异种金属钢和铝的焊接。在汽车行业中，随着铝板应用的越来越多。钢与铝的连接问题的解决变得迫在眉睫。人们对此进行了大量的研究，热连接或者普通的熔焊连接容易产生较厚的脆性金属间化合物，这大大的影响了接头性能。使用CMT技术焊接镀锌钢板与铝板的实验中，CMT技术可以很好的控制脆性金属间化合物的厚度并且能够保证接头的力学性能。在焊接铝板与镀锌钢板时减少锌层的蒸发，保证了材料的抗腐蚀性。除此之外，CMT技术适应性非常好，不会像TIG焊一样要求极高的装配精度。再加上一元化的专家库系统，使CMT特别适用于自动焊。因此，CMT是一种非常有发展前景的工艺，它在汽车领域、航天领域、电器领域、航空领域、船舶领域和某些建筑领域有很好的应用前景[9]。参考文献[1]杨修荣.超薄板的CMT冷金属过渡技术[J].能源工程焊接国际论坛.2005[2]薄板焊接的极限[J].电焊机.2011(4):25[3]杨晓峰.CMT工艺应用及研究现状[J].产业与科技论坛.2011(10):15[4]张洪涛.镀锌钢板CMT熔-钎焊电弧加热行为的影响[J].焊接学报.2009(8)[5]曹睿,余刚.铝合金和钢异种金属CMT焊接性分析[J].中国学术期刊[6]石常亮,何鹏.铝/镀锌钢板CMT熔钎焊界面区组织与接头性能[J].焊接学报.2006(12):27[7]崔晴晴.铝合金和镀锌钢的CMT焊接技术研究[D].江苏科技大学,2012.30-35[8]宋辉.活性剂CMT焊接技术研究[D].江苏科技大学，2011.24-26[9]铝合金与镀锌薄钢板熔钎焊接头组织与力学性能[J].材料工程.2010(10):82