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鋁板/鍍鋅鋼板的CMT焊接技術
焊接技術基本原理
Fronius公司CMT（Cold Metal Transfer）冷金屬過渡技術是在MIG/MAG焊基礎上開發的一種革新技術。第一次將送絲運動與熔滴過渡過程進行數字化協調。當焊機的DSP處理器監測到一個熔滴短路訊號。就會反饋給送絲機構，並回抽焊絲幫助熔滴脫落，使熔滴過渡在幾乎無電流的狀態下進行。整個焊接過程實現“熱—冷—熱”交替轉換，每秒鐘轉換達70次。焊接熱輸入大幅降低，可實現以上薄板的無飛濺、高質量的MIG/MAG熔焊和MIG釺焊[1]。
在用CMT焊接鍍鋅鋼板與鋁的研究中，CMT可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度，保證接頭的力學效能。在焊接鋁與鍍鋅鋼板時減少鋅層的蒸發，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT有非常好的適應性，不必像TIG一樣對裝配精度要求極高。再加上一元化的專家庫系統，使它特別適用於自動焊[2]。
CMT技術的創新之處在於將焊絲的運動與熔滴過渡結合起來，使得CMT熔滴過渡的電壓電流區間更低，對焊接技術的發展做出了重大的貢獻。與STT法、脈動送絲法等低飛濺焊接的電壓電流波形相比較，CMT技術具有十分明顯的優勢，熔滴過渡和送絲運動相結合的精細化、微機化、智慧化精確控制是未來電焊機發展的必然發展趨勢。在生產中推廣低飛濺CMT焊接方法對降低產品生產的成本將具有重要的意義，具有廣闊的應用前景[3]。
CMT技術是將送絲過程和熔滴過渡過程進行了數字化的協調，電弧點燃後，熔滴生成、長大，同時焊絲前送，焊機的數字訊號處理器（DPS）監測電弧建立的開始時間，並逐漸降低焊接電流。某一瞬間，熔滴接觸熔池會產生短路，電弧熄滅之後，電流降低且接近零。當短路訊號被焊機的數字訊號處理器檢測到時，它會將短路訊號反饋給送絲機，送絲機將會迅速響應進行焊絲回抽，從而迫使熔滴從焊絲端頭脫落，熔滴在無電流狀態下進行過渡，在送絲慣性力和表面張力作用下進入熔池。在熔滴從焊絲上滴落後，焊接電流通過數字控制系統再次被提高，焊接電弧重新被生成，並將焊絲向前送出，開始新一輪的焊接過程。
焊接技術工藝特點
從形式上看CMT工藝的熔滴過渡是一種特殊的短路過渡過程。與傳統的熔化極氣體保護焊（GMAW）相比有3個明顯的不同之處：
（1）電壓和電流幾乎為零在熔滴過渡短路時。CMT焊接系統在數字化控制時，會獨自本能的監控短路過渡的過程，在熔滴過渡短路時，電流被電源將降至非常低，熱輸入量幾乎沒有了，整個熔滴過渡過程就是高頻率的“熱一冷一熱”交替的過程，熱輸入量在很大程度上被降低。
（2）第一次將熔滴過渡過程和焊絲運動相結合。當使用CMT技術工藝時，焊絲的送進/回抽動作會一定程度上影響焊接過程。也就是說，熔滴的過渡過程是通過送絲運動變化來控制的焊絲的“前送/回抽”頻率可高達70次/秒。與普通的GMAW焊相比，它實現了閉環控制，這是其重大的創新之處。
（3）熔滴脫落在一定程度上是由於焊絲的回抽。在熔滴過渡時，焊接電流十分的低，但熔滴的脫落一樣被焊絲的.機械式回抽運動所實現，一定程度上，並且避免了普通短路過渡方式所形成的飛濺。擺脫了以往STT法單純靠控制脈動與波形送絲法單純靠控制焊絲疼帶來的不足。
焊接技術國內外研究現狀
哈爾濱工業大學張洪濤等人[4]，通過建立的電弧形態視覺感測系統以及電流電壓波形採集系統研究了鍍鋅層對鋁/鍍鋅鋼板CMT熔—釺焊電弧加熱行為的影響。結果表明，小電流焊接時，鍍鋅層可以作為等離子體陰極，起到穩定電弧的作用，而在無鍍鋅層條件下，電弧的陰極斑點不停地跳躍，電弧極其不穩；隨著焊接電流的增大，在鍍鋅鋼板上焊接時，由於鍍鋅層的蒸發變得十分劇烈，這種蒸發行為也使得在鍍鋅鋼板上焊接時的電弧的邊緣上翹，減小了電弧與工件的接觸面積，進而降低了焊接熱輸入，減小了介面脆性化合物層的厚度。
蘭州理工大學的曹睿，餘剛等人[5]利用正交實驗法對鋁合金與鍍鋅鋼薄板搭接件進行了異種材料冷金屬過渡（CMT）熔釺焊，研究了工藝引數、焊絲成分以及鍍鋅層厚度對焊縫表面成形和接頭力學效能的影響。鋁/鍍鋅鋼板CMT熔—釺焊的接頭為典型的搭接接頭形貌，在整個焊接過程中，矽和鋅很好的起到了促進熔化的鋁在鋼板表面溼潤和鋪展的作用。接頭的介面組織分析表明，焊接接頭被分成熔化區、中間介面區、過渡介面區和富鋅區。在焊縫金屬和鍍鋅板的介面區形成的金屬間化合物層，主要成分為Fe2Al5和FeAl3，焊絲中矽含量控制在5%左右可獲得性能良好焊接接頭。通過實驗得出理想的工藝引數：7075系列鋁材在焊接電壓13V，送絲速度，焊接速度：，偏離中心距離2mm，鍍鋅層厚度：120g/m2，焊絲系列：4043可得到良好的焊接接頭。哈爾濱工業大學石常亮、何鵬等人[6]，採用冷金屬過渡方法（CMT）對鋁和鍍鋅鋼板異種材料進行了熔釺焊連線。使用掃描電鏡（SEM）、能譜分析（EDAX）和拉伸試驗對焊接接頭介面區顯微組織及接頭效能進行研究。試驗結果表明，鋁和鍍鋅鋼能得到成形良好的搭接接頭。在CMT熔釺焊的方法下，形成了中間厚兩邊薄的介面區，並且在熔化區一側邊緣形成了富鋅區，介面區組織成分也由緻密的FeAl3金屬間化合物層變為α固溶體和FeAl3化合物混合層，而富鋅區是由富鋁的α固溶體和殘留的鋁組成。在進行拉伸試驗時，斷裂發生在鋁母材的熱影響區，接頭強度為。
江蘇科技大學崔晴晴[7]以Q235和5052鋁合金為研究物件，以ER4043鋁矽焊絲為填充金屬，利用CMT焊接技術進行了鋁/鋼異種金屬的焊接工藝性試驗，採用超井深、SEM、EDS等方法對焊接接頭的組織和效能進行了研究。實驗得出鋁矽焊絲焊接鋁/鋼的最佳工藝引數為：焊接電流66A，焊接速度750mm/min。在最佳工藝引數下填充ER4043鋁矽焊絲時，接頭最大抗拉強度為。對接頭埠進行巨集觀和微觀分析，結果表明，接頭均斷裂在鋁合金的熱影響區，斷裂型別為以韌性斷裂為主的韌脆混合斷裂方式。顯微硬度測試表明介面區的顯微硬度明顯高於鋁和鍍鋅鋼的基體硬度值，達到460HV。
江蘇科技大學宋輝[8]在CMT焊接工藝基礎上進行了改造，研究了活性CMT焊接技術。選擇Fe2O3，Al2O3和MgCO3等9種材料作為活性劑CMT焊接用活性劑。設計了活性劑加工混勻的工藝流程。通過實驗，酒精完全可以取代丙酮作為活性劑焊接用乳化劑。採用配方均勻設計方法進行試驗。得到B2O3，SiO2和Al2O3三種配方的活性劑對熔深影響最為明顯。確立了一種基礎配方PF0，其配方範圍為：B2O330%—60%，SiO2為10%—30%，Al2O3為20%—30%。活性劑CMT焊接避免了CO2氣體保護焊飛濺大的缺點和CMT焊接熔深淺的弊端。
焊接技術工藝應用
CMT技術不僅降低了熱輸入量，並且與脈衝MIG焊相比較而言，焊絲熔化率更加高。通過調整電流短路的持續時間，在焊絲熔敷率改變很小的情況下即可以控制熔深。此外，將脈衝MIG焊與CMT工藝相結合，可以大大的擴充套件可以焊接的材料的厚度，並且焊縫成形美觀。換句話說，CMT技術提供了一個焊接熱輸入量低且焊縫成形美觀的平臺，可以在此基礎上適當提高焊接能量的輸入，使之應用範圍更加擴大。
當前CMT工藝的三個主要應用：
（1）薄板焊接。傳統氣體保護焊焊接時熱輸入量大容易引起大的飛濺和大的變形等問題，CMT技術解決了這些問題。CMT技術非常適用於焊接薄板材料，甚至到超薄板，而且不用擔心塌陷和燒穿。
（2）無飛濺的MIG釺焊。因為熱輸入量較低且真正的無飛濺焊接，使之可以進行釺焊。因為其熔滴過渡方式十分的特別新穎，使CMT技術可以在各種位置的釺焊都能如魚得水。CMT工藝與傳統釺焊比較而言，其效率更高並且具有廣闊的應用領域。
（3）異種金屬鋼和鋁的焊接。在汽車行業中，隨著鋁板應用的越來越多。鋼與鋁的連線問題的解決變得迫在眉睫。人們對此進行了大量的研究，熱連線或者普通的熔焊連線容易產生較厚的脆性金屬間化合物，這大大的影響了接頭效能。使用CMT技術焊接鍍鋅鋼板與鋁板的實驗中，CMT技術可以很好的控制脆性金屬間化合物的厚度並且能夠保證接頭的力學效能。在焊接鋁板與鍍鋅鋼板時減少鋅層的蒸發，保證了材料的抗腐蝕性。除此之外，CMT技術適應性非常好，不會像TIG焊一樣要求極高的裝配精度。再加上一元化的專家庫系統，使CMT特別適用於自動焊。因此，CMT是一種非常有發展前景的工藝，它在汽車領域、航天領域、電器領域、航空領域、船舶領域和某些建築領域有很好的應用前景[9]。
