CMT焊接技术的发展现状

介绍了CMT新型焊接技术的工作原理、发展历程及发展现状。与普通MIG/MAG焊相比,CMT实现了熔滴到熔池的冷过渡,具有热输入小,无飞溅等突出优点,拓宽了普通MIG/MAG焊难以涉及的领域,适用于薄板或超薄板(0.3～3.0 mm)焊接,以及钢/铝异种材料连接等领域。CMT技术是焊接领域的革新技术,必将有力地推动焊接技术的发展及应用。     

双丝焊协同模式电弧特性研究

利用高速摄像、电信号采集系统记录了Fornius CMT TWIN设备四种协同模式下焊接5083铝合金时双丝焊接电流电压波形和熔滴过渡过程,并分析了电流电压波形的特征、弧长变化规律和熔滴过渡方式。结果表明,双脉冲模式时,前后丝脉冲段时间一致,脉冲频率主要由维弧段时间决定,熔滴过渡以射滴过渡为主;双CMT模式时,前丝由较长时间的类脉冲波段和较短时间的类CMT波段组成,熔滴过渡分别为射流过渡和短路过渡,后丝完全以CMT方式过渡,熔滴过渡以短路过渡为主;前丝脉冲+后丝CMT或前丝CMT+后丝脉冲混合模式中,CMT波形未发生变化,而脉冲波形的电流和电压产生波动。电流电压变化和熔滴过渡是造成弧长变化的重要影响因素。前丝脉冲模式时焊缝熔深和熔宽大,而后丝CMT模式时焊缝余高大。     

CMT焊接技术的应用、发展与展望

冷金属过渡(CMT)是由福尼斯公司结合电源精确能量控制和“无飞溅引弧”焊丝送抽技术开发出的一种工艺方法,CMT高质量堆焊层的稀释率低,抗腐蚀性能高,焊接变形少,焊缝表面质量美观。焊接电流变极性与焊丝双向运动相结合进一步衍生出CMT Advanced、CMT Pulse和CMT Pulse Advanced等工艺。变极性CMT使得超薄板焊接、大间隙焊缝甚至间隙不均匀焊接都能得以实施,CMT Pulse Advanced将变极性与脉冲GMAW相结合,使其具有更精确的热输入控制、极佳的间隙搭桥能力、更高的熔覆效率等优点,可实现多种异种金属件间的连接,也可用于航空航天结构部件如Mg合金、Al-Li合金等的制造、维护和维修等。CMT在金属平面打印和电弧增材制造应用上也显现出一定优势,CMT销钉可用于金属与非金属如橡胶、塑料或者木头的连接。并展望了CMT焊接技术未来的发展趋势,对该技术的后续研究具有一定的参考价值。     

等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究

通过电信号采集系统和高速摄像采集系统对等离子-MIG复合焊接的电流信号、电压信号和熔滴过渡过程进行了同步采集,研究了等离子-MIG复合焊在不同焊接规范下最佳的熔滴过渡方式,对等离子电流对熔滴过渡的影响及复合焊接电弧耦合关系进行了分析。结果表明,等离子-MIG在不同焊接规范下均能实现良好的射滴过渡。在等离子-MIG复合焊接过程中,等离子电流对MIG焊的焊丝伸出长度和熔滴过渡有影响,随着等离子电流增加,MIG焊焊丝伸出长度逐渐缩短,直至由一脉一滴转化为一脉多滴;等离子弧与MIG弧相互耦合,MIG弧的加入使得等离子弧的电压升高,而等离子弧对MIG弧几乎没有影响。     

铝合金DC CMT与P-MIG混合过渡焊特征分析

焊丝的熔化速率及焊缝的熔深不仅与热输入有关,而且与焊接的过渡形式及熔滴温度相关。在相同的热输入情况下,直流CMT(DC CMT)与脉冲MIG(P-MIG)以一定的比例组合实现混合过渡焊,使焊丝的熔化量、焊缝的熔深、熔宽发生变化。结果表明,DC CMT焊时焊丝的比熔化量最大,P-MIG焊时焊丝的比熔化量最小;DC CMT焊的熔深最大。焊接铝合金时,通过调整DC CMT与PMIG的比例,可以避免出现焊接熔合不良、烧穿及熔池下塌现象。     

CMT冷金属过渡焊接技术动态研究

许多材料无法承受焊接过程中持续不断的热量输入。为了避免熔滴穿透,实现无飞溅熔滴过渡和良好的冶金连接,就必须减小热输入。CMT冷金属过渡技术第一次将送丝与熔滴过渡过程进行数字化协调,实现了焊接机器人在MIG/MAG焊接中的无飞溅焊接、0.3 mm超薄板的钎焊以及异种金属的焊接等。文中介绍了CMT冷金属过渡技术以及变极性、高效双丝CMT的工艺过程。综述了国内外学者对CMT工艺研究及其在超薄板、钢/铝焊接的应用成果。     

铝/钢异种材料CMT熔钎焊研究现状

冷金属过渡技术由于其低热输入、无飞溅等特点被广泛运用到铝/钢异种材料的焊接中。本文从焊接过程中的工艺参数、焊丝成分、镀锌层、中间层的添加及外加磁场等对CMT熔钎焊的影响,介绍了CMT焊的研究现状。     

低碳钢熔化极等离子弧焊接工艺

对Q235低碳钢进行熔化极等离子弧焊接工艺试验,并研究其工艺参数对焊缝成形和熔滴过渡的影响.结果表明,与常规的熔化极惰性气体保护焊相比熔化极等离子弧焊接在提高焊接效率、减少飞溅和气孔等方面具有优越性.当其它条件不变时,焊缝熔宽随等离子电流增大而变宽,而对熔深和熔滴过渡类型影响不大;熔化极等离子弧焊接电流增大时,U - I相图的线簇随着电流增大而集中,熔滴过渡依次为短路过渡、大滴过渡和射流过渡.     

窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡MAG焊技术的开发

窄间隙焊采用轴向喷射过渡时,有时会出现侧壁熔透不良现象。为解决这一问题,本文在先期研究脉冲旋转喷射过渡技术的基础上,对窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡ＭＡＧ焊接技术进行开发性探索,旨在为推动这一技术在我国焊接生产中的推广与应用寻找新途径。研究方法是采用脉冲轴向喷射过渡与脉冲旋转喷射过渡两组较佳的规范参数,进行窄间隙单层与双层焊,观察焊接工艺特性,在线能量相近的条件下,对比焊缝成形及侧壁熔透情况。试验结果表明,窄间隙内两种不同的熔滴过渡方式的弧态不同,采用脉冲旋转过渡可改善侧壁熔透,提高焊接生产率。因此,这一技术用于窄间隙焊是可行的。     

动态CMT焊接过程分析

动态CMT焊接是对传统CMT焊接的改进,以期获得较大的熔深。采用高速摄像同步分析系统分析了动态CMT焊接过程熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,动态CMT焊接熔滴过渡增高至110 Hz以上;从电流电压波形上看,动态CMT分为3个阶段,即燃弧,强脉冲和短路3个阶段。在强脉冲阶段,电流峰值达493 A,而在短路阶段电流为75 A以上。T形接头焊接结果显示,在相同焊接热输入下,动态CMT比普通CMT能够获得更大的熔深.熔深增加是由于强脉冲阶段大的电弧力造成熔池表面下凹,电弧下方液态金属层变薄使得熔池底部加热作用明显;同时短路电流的增加,也提高了熔池温度和焊丝预热效果。     

交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析

为了研究交流CMT焊接过程中的电弧形态及熔滴过渡过程,采用高速摄像技术结合焊接电参数采集系统,拍摄了清晰的交流CMT电弧及熔滴图像,同步采集了电参数的波形数据,将二者结合起来分析.结果表明,交流CMT电弧经历燃弧-形成熔滴-熄弧过程;正极性阶段焊丝端头电弧集中,工件表面电弧发散,形成"钟罩"形电弧;负极性阶段电弧有"上爬"现象,该现象会加速焊丝熔化;熔滴过渡经历冷-热-冷的转换,无缩颈形成;负极性阶段的焊丝熔化速度相对较快,熔滴过渡周期小于正极性阶段,熔滴直径比正极性阶段的略大.     

TCGMAW送丝速度对熔滴过渡及焊缝影响的高速摄影分析

熔滴过渡是决定熔化极气体保护焊焊接质量的重要焊接过程,通过对弧焊熔滴过渡的高速摄影与电信号波形及焊缝的对比分析,研究了双丝共熔池气体保护焊(TCGMAW)不同送丝速度对焊接电弧与熔滴过渡的影响,为探索新的熔滴过渡控制方法、进行弧焊电源研发和弧焊工艺的改进提供了有效的技术手段和可靠的理论依据参考。     

CMT Mix在铝合金电池托盘焊接中的工艺研究

针对铝合金电池托盘焊接中经常出现的过热变形、焊缝熔深不足、气孔倾向大等缺陷问题,以2.5 mm厚6061铝合金为研究对象,采用CMT Mix焊接工艺研究保护气种类、弧长修正以及电感修正对焊缝内部气孔、熔深及焊缝宽度的影响规律。结果表明:CMT Mix工艺结合了CMT短路过渡和脉冲过渡的双重特征,搭接焊缝表面成形良好,熔深满足要求,焊接过程飞溅少,焊缝内部的气孔得到有效控制,焊接接头符合T/CWAN 0027—2022电池托盘焊接制造规范。采用φ(Ar)70%+φ(He)30%混合气比纯Ar更有利于焊缝内部气孔的溢出,气孔数量和尺寸显著减小,保护效果更佳。弧长修正负向调节时,焊缝熔深增加,同时焊缝内部气孔数量及尺寸显著减小;电感修正负向调节时,焊缝熔深显著增加,但焊缝内部气孔尺寸明显增大;相较于弧长修正,电感修正对熔深的影响更为明显。     

CMT焊接熔滴过渡动态过程模拟与熔池流体动力学行为

针对CMT焊接这种独特的熔滴过渡过程,通过流体动力学方法对CMT熔滴过渡动态过程进行模拟,定量分析焊接工艺参数对熔滴过渡动态过程的影响规律;建立CMT焊接熔池温度场和流场的三维非稳态模型,定遍分析浮力、电磁力、表面张力、熔滴冲击力,以及相变潜热及其综合作用对焊接温度场、速度场和熔池形态的影响;     

等离子-MIG焊熔滴过渡的研究

为了分析等离子-MIG焊熔滴过渡过程中等离子弧和MIG弧对熔滴过渡形态的影响,利用示波器研究了等离子-MIG焊接铝合金时不同熔滴过渡形式的特征,包括电弧电压波形的变化及熔滴过渡临界电流的研究.研究结果表明:等离子-MIG焊的熔滴过渡形式以滴状过渡和射流过渡为主;滴状过渡到射流过渡的临界总电流约为280～300A;等离子-MIG焊中,MIG电流对熔滴过渡产生决定性影响;等离子-MIG焊与MIG焊比较,显著的降低了熔滴过渡向射流过渡转变的临界点.     

脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为研究

将脉冲等离子电弧与MIG电弧同轴复合,期望利用等离子弧脉冲峰值电流产生的高速等离子射流冲击熔滴和熔池,促进熔滴过渡,同时增加焊缝熔深。开发了一套高速视觉与电信号精确同步的焊接数据采集系统,对脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为进行研究。研究发现将等离子电流调制成脉冲波形,等离子弧对工件总体热输入下降,等离子峰值电流产生的等离子流力可以有效促进熔滴过渡。在此基础上深入分析了等离子脉冲峰值电流、脉冲宽度及熔滴在等离子弧过渡位置等参数对熔滴过渡的影响,获得了脉冲等离子-MIG复合焊一脉一滴过渡的工艺参数窗口。     

全数字化MIG焊技术在电热水器内胆焊接中的应用

简要介绍了我国电热水器产业发展现状及影响其生产线效率提高的焊接速度慢和能耗高等技术瓶颈,重点介绍了全数字化MIG焊技术的特点.即焊接过程控制精确、熔滴喷射过渡、弧长维持恒定和引弧与熄弧设定的专家焊接程序等.电热水器内胆直缝和环缝生产线实际应用结果表明,全数字化MIG焊技术是一种较为先进的焊接技术,它与普通的TIG焊和MIG焊比较,具有焊接速度快和生产效率高,焊接质量优良且稳定,操作简便易行,故障自检功能强,易损件少及节能环保等六大优势.全数字化MIG焊技术的研制成功,破解了电热水器生产线上的技术瓶颈,有效降低了产品综合生产成本,大幅度提高了企业经济效益.     

MIG焊熔滴过渡与电弧形态的观察与分析

利用高速摄影系统摄取MIG焊中熔滴与电弧的清晰图像,提出了测量熔滴尺寸、过渡频率、弧长和弧锥角的方法,并对测量结果进行分析。结果表明,随着焊接电流的变化,出现了四种熔滴过渡方式和三种典型的电弧形态。随着焊接电流的增大,熔滴尺寸减小,过渡频率、弧长和弧锥角均增大。究其原因,电流和电压的增大提高了电弧能量,加快了焊丝末端的熔化速度;同时,增大的电流增强了电弧力,促进了熔滴的脱离。     

基于多任务结构网络的冷金属过渡焊熔滴轮廓定位与提取

针对冷金属过渡焊（CMT）熔滴轮廓特征，联合目标检测和图像分割算法设计了多任务结构网络，以监视熔滴方位并提取出精确的外轮廓，实现对CMT熔滴过渡过程的图像信息数据化，从而反映CMT送丝过程的熔滴行为。将高速摄像机拍摄的原图像直接输入网络，R-Net实现对熔滴位置的定位，此过程精度可达到97.31%，并在此基础上直接生成初步掩码。多任务结构网络主体部分对初步掩码进行精细化处理并结合初步分割的前景图，可实现对熔滴轮廓的提取，轮廓拟合精度可达98.8%。此外，利用以上所设计的网络，可得到CMT完整焊接周期内熔滴形貌的变化，实现对CMT熔滴过渡过程的可视化和数据化。     

其它焊接方法

高压钨极氩弧自动焊接，超薄板的MIG／MAG焊——CMT冷金属过渡技术,Nd：YAG激光＋脉冲MAG电弧复合热源焊接工艺参数对焊缝表面成形的影响,CO2激光-TIG复合热源脉冲协调焊接特性[英],[编者按]