cmt焊接和激光钎焊哪个热变形最小（CMT冷金属过渡弧焊）

据统计，电弧焊占焊接生产总量的60%以上，而其中的MIG/MAG焊是目前世界上应用最广泛、最经济的焊接工艺。但MIG焊的热输入量对于铝板来说还是过大，特别是薄板，而在此基础上开发的CMT冷金属过渡弧焊，其热输入量几乎为零，可以很好的实现超薄板的焊接。

工艺介绍

CMT是Cold Metal Transfer的缩写，由于其热输入量比普通的GMAW焊要低得多，因而命名为Cold。属于弧焊的一种，主要用于解决薄板、钢铝混合焊接等MIG/MAG解决不了的问题。

图1 CMT焊接过程

CMT冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的，但同普通GMAW不同的是，送丝不是一成不变的往前送，焊丝不仅有向前送丝的运动，而且还有往回抽的动作。其焊接过程是：电弧燃烧，焊丝往前送，直到形成熔滴短路，在这一刻，送丝速度倒转过来，焊丝往回抽，这时电流和电压几乎都为零。当下一个开路形成后，电弧重新燃起，焊丝又住前送，熔滴过渡重新开始。这种送丝/回抽运动的平均频率高达70Hz。各种电弧过渡形式对比如图2所示。

图2 各种熔滴过渡形式对比

工艺过程

CMT是在短路过渡的基础上开发出来的，在电弧产生的过程中，焊丝向熔池中运动（熔滴过渡的含义文末附录3），当焊丝伸及熔池时，电弧熄灭，焊接电流降低，此时焊丝回抽来促进熔滴分离，将熔滴送进熔池。其工艺过程如下：

①电弧引燃，焊丝向前给进；

②当熔滴进入熔池，电弧熄灭，电流减小；

③焊丝回抽使熔滴脱落，短路电流保持较小值；

④焊丝回复到进给状态，熔滴过渡依此过程循环往复。

图3 CMT工艺过程

工艺特点

①焊丝回抽运动。数字化工艺控制，当监测到短路瞬间，通过控制焊丝回抽帮助熔滴过渡，最高可达90次每秒。

②无飞溅。焊丝的回抽运动有助于短路过渡时熔滴的分离，短路过渡始终被控制，并保持很小的电流。

③极低的热量输入。在焊接过程中，焊丝向前运动一旦接触工件发生短路，焊丝便被回抽。在产生电弧时，电弧本身只有短暂的热量输入。

④极为稳定的电弧。电弧长度通过机械式的检测和调整，无论工件表面材质如何或焊接速度如何，电弧始终保持得非常稳定。即可以在任何地方和位置使用CMT工艺。

图4 CMT设备

CMT与普通MIG/MAG焊相比的优势：

• 快速引弧，无飞溅；

• 焊接速度更快；

• 热输入量更低，变形小；

• 弧长控制更精确，电弧更稳定；

• 可以实现低至0.3mm的超薄铝板的焊接；

• 良好的搭桥能力，装配间隙要求降低。

图5 普通MIG与CMT对比

应用范围

• 钢铝异种材料连接

众所周知，熔焊需要一个能量集中、热量足够的热源；电流越大，能量集中性就越好。但是，钢与铝的连接随着热输入量越大生成的脆性相越多，这对接头是很不利的。所以，需要热输入量低的工艺来满足这种工艺，CMT正是这样一个工艺。

• 无飞溅的CMT钎焊

• 薄板的应用（铝、钢、不锈钢、镀锌板）

以下为CMT的一个早期介绍视频所示：

工艺发展

• CMT

图6 CMT焊机

• CMT Advanced

比CMT更冷却，热输入量更低。

图7 CMT Advanced焊机

• CMT Pulse

适用于中厚板的焊接，较高热输入量，提高的热输入可以增加熔深，减少熔敷量，从而带来更快的焊接速度和更广泛的应用领域。。其原理是CMT周期和脉冲周期的结合，即在CMT工艺中加入Pulse脉冲循环，导致热能输入增加。而且，根据具体需要达到的焊接功率，可以在CMT循环之间插入多次脉冲。

• CMT TWIN

是一种CMT工艺和双丝焊接技术的完美结合。由两台TPS5000CMT电源、一个带有两个相互绝缘导电嘴的紧凑焊枪构成。除了具备 CMT 杰出的焊接性能外，我拥有更快的焊接速度和更简捷的过程控制。

图9 CMT TWIN焊机

• CMT Braze

新型的气体喷嘴。这种极其狭窄的圆锥形新式气体喷嘴，使得保护气体可以始终保持高速流通。相应的，电弧的压缩带来了更快的钎焊速度。同时，在气体消耗量方面与传统电弧相比，可节省近60%，为3L/Min～5L/Min。在奥迪A7的生产线上，将原本的等离子钎焊换成了CMT Braze 工艺，奥迪的钎焊速度从2.5m/min提高到3m/min，且相较于前者成本显著降低。

图10 CMT Braze 焊机

• CMT PIN

新型的气体喷嘴。这种极其狭窄的圆锥形新式气体喷嘴，使得保护气体可以始终保持高速流通。相应的，电弧的压缩带来了更快的钎焊速度。同时，在气体消耗量方面与传统电弧相比，可节省近60%，为3L/Min～5L/Min。在奥迪A7的生产线上，将原本的等离子钎焊换成了CMT Braze 工艺，奥迪的钎焊速度从2.5m/min提高到3m/min，且相较于前者成本显著降低。

图11 CMT PIN焊机

附录1 - 焊接分类

图12 焊接分类

• 熔焊。将工件焊接处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离的整体。

• 压焊。在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法。加热的有电阻焊、摩擦焊；不加热的有冷压焊、超声波焊、爆炸焊等。

• 钎焊。采用熔点低于被焊金属熔点的钎料（填充金属）熔化后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化，且一般没有塑性变形。

附录2 - 电弧焊

• 电弧与电弧焊

电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。

电弧焊是指以电弧作为热源，利用空气放电的物理现象，将电能转换为焊接所需的热能和机械能，从而达到连接金属的目的。（占焊接生产总量的60%以上）

• GMAW熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊，英文简称GMAW（gas metal arc welding ）,是一种电弧焊接方法，此方法利用在连续给送的焊丝（正极）和工件（负极）之间建立的电弧加热金属而获得金属结合。电弧和熔融的熔池完全有外部供应的气体或气体混合物保护。包括MIG焊、MAG焊、CO2焊。

图13 熔化极气体保护焊设备

MIG熔化极惰性气体保护焊，惰性气体为98%氩气，2%氧气，不参与焊接；

MAG熔化极活性气体保护焊,80%氩气，20%二氧化碳；

CO2焊一直指的是使用CO2气体的焊接，即我们俗称的二保焊（与MIG焊相区分）。MIG/MAG相比于二保焊，电弧更稳定；熔滴过渡均匀、外观好；可以焊接铝合金、镁合金；大大提高了焊接工艺性和焊接效率。

• GTAW非熔化极惰性气体保护焊

手工钨极氩弧焊英文简称TIG （Tungsten Inert Gas）,又叫Gas Tungsten Arc Welding（缩写GTAW），钨极（负极）和工件（正极）之间的电弧使金属熔化而形成焊缝。钨极不熔化，只起电极作用；氩气；很好的控制热输入；焊缝质量高，速度慢。

图14 TIG设备

附录3 - 熔滴过渡

图15 熔滴过渡示意图

在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程，称为熔滴过渡。

熔滴过渡分为自由过渡、接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡。

自由过渡分为滴状过渡、喷射过渡（射滴过渡、亚转射流过渡、射流过渡）和爆炸过渡；接触过渡分为短路过渡和搭桥过渡；渣壁过渡一般用于埋弧焊和焊条电弧焊。

图16 熔滴过渡分类示意

MIG焊可以采用的熔滴过渡形式有：短路过渡（直径＜1mm）、喷射过渡（直径1.6-2.4mm）、亚射流过渡、脉冲喷射过渡。

附录4 - 焊接位置

图17 焊接位置示意

a.平焊（F）是指焊接处在于水平位置或倾斜角度不大的焊缝，焊条位于工件之上，焊工俯视工件所进行的焊接工艺。这种焊接位置属于焊接全位置中，最容易焊的一个位置。

b.横焊（H）是焊接垂直或倾斜平面上水平方向的焊缝。应采用短弧焊接，并选用较小直径焊接电流，以及适当的运条方法。

c.立焊（V）是指沿接头由上而下或由下而上焊接。焊缝倾角90°（立向上）、270°（立向下）的焊接位置，称为立焊位置。在立焊位置进行的焊接，称为立焊。

d.仰焊（O）就是焊接中，焊接位置处于水平下方的焊接。仰焊是四种基本焊接位置中最困难的一种焊接。由于熔池位置在焊件下面，焊条熔滴金属的重力会阻碍熔滴过度，熔池金属也受自身重力作用下坠，熔池体积越大温度越高，则熔池表面涨力越小，故仰焊时焊缝背面容易产生凹陷，正面焊道出现焊瘤，焊道形成困难。

附录5 - 极性

• 反极性特点：电弧稳定，焊接过程平稳，飞溅小。

• 正极性特点：熔深较浅，余高较大，飞溅很大，成形不好，焊丝熔化速度快（约为反极性的1.6倍），只在堆焊时才采用。

CO2焊、MAG焊和脉冲MAG焊一般都采用直流反极性。

总结

由于MIG/MAG焊存在热输入量大、变形严重以及飞溅无法避免等缺陷，尤其1mm以下的薄板焊接不太可能实现。

CMT冷金属过渡弧焊，比一般的焊接方法热输入量都要小很多，故可以得到性能更好且连续均匀的焊接接头。作为一种新技术，CMT为低成本薄板焊接提供进了解决办法，并以其在镀锌板焊接和铝钢异种材料焊接时的优良表现，使CMT焊接技术在如今大规模使用镀锌板和铝钢连接的汽车制造行业有着广阔的应用前景。

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