1.CMT焊接技术

CMT是Cold Metal Transfer的字头缩写，CMT工艺就是冷金属过渡工艺，是一种新的短路过渡形式的熔化极气体保护焊，属于MIG/MAG焊。与普通MIG/MAG/焊相比，冷焊技术有显著特点，送丝运动与熔滴过渡可数字化协调；实现焊接电流为零状态下的熔滴过渡；在短路过渡状态下焊丝回抽运动使焊丝与熔滴分离。

奥地利Fronius公司的CMT法是在短路过渡基础上开发的。普通的短路过渡过程是：焊丝熔化形成熔滴—熔滴与熔池短路—小桥爆断，短路时伴有大电流（即大能量输入）和飞溅。而CMT通过特殊的波形控制减小了电弧能量输入，同时较低的短路电流也降低了短路阶段产生的电阻热，可以更精确地控制焊接热输入。在短路过渡过程中，CMT将熔滴尺寸控制在一定范围内，防止滴状过渡的发生，实现稳定的短路过渡；另外，特殊的抽拉式脉动送丝能够有效帮助熔滴脱落，避免了大的电磁力和电爆炸，显著地降低了电弧能量，有效消除了飞溅，满足超薄镀锌板与轻型铝合金材料的焊接，扩展了MIG/MAG焊在金属连接中的应用范围，CMT一个周期熔滴过渡的过程如图3-14所示。CMT具有推拉送丝特点的送丝机如图3-15所示。这种送丝机在发生短路时可反转回抽焊丝，让焊丝与熔滴分离，使熔滴在几乎无电流状态下过渡，母材熔化时间极短，起弧速度加快，热输入低，焊接变形小，搭桥能力强，焊缝美观，从根本上消除了飞溅产生的原因，其创意新颖独特，但是CMT也存在以下不足之处：

图3-14 CMT工艺电流、电压和送丝控制波形

1）送丝由送丝机驱动，回抽由焊枪上的无齿轮电动机驱动，同步协同控制要求高，系统控制过于复杂，技术难度大。

2）回抽有阻力，需要软管缓冲，反复推拉（抽送频率70Hz）会在焊丝中产生内应力，使强度低的铝合金类焊丝折断。

3）对送丝机要求高，既要完成送丝任务，又要完成焊丝的回抽任务，焊丝抽送频率达60～70Hz，因此系统的动态性能要求高，送丝设备昂贵。

图3-15 CMT送丝机

CMT工艺与传统的短路过渡一样都有短路→燃弧→短路→燃弧的周期性循环过程，不同的是CMT工艺在短路时通过焊丝的回抽来脱落熔滴，而不是增大短路电流形成缩颈来脱落熔滴。CMT工艺使用数字化弧焊电源设备，检测到焊丝与熔池短路的信号后，立即将输出的电流和电压降到几乎为零的状态，不产生短路大电流，从而减少了热输入；同时，焊丝回抽，帮助熔滴过渡到熔池中去。这种回抽的频率可以达到70Hz左右。

图3-16 CMT工艺的焊接电流和电弧电压波形

图3-16是CMT工艺的焊接电流和电弧电压波形示意图，在发生短路时电压接近于零，而电流也同时下降至极小；极小的电流大大减弱了电磁收缩力对熔滴过渡状态的影响，避免了由此产生的熔滴排斥、缩颈爆断等现象，而这些现象是使焊接过程不稳定并产生飞溅的主要因素。CMT工艺通过焊丝回抽克服短路熔滴表面张力，拉断短路熔滴，完成过渡。与传统的短路过渡焊接相比，CMT工艺热输入非常低，焊接过程稳定，基本无飞溅。图3-17是高速摄像拍摄的CMT工艺一个周期的焊接过程。

图3-17 CMT焊接工艺高速摄像

CMT工艺将焊丝的运动与焊接过程的控制结合到一起，数字化焊接电源系统不仅要处理焊接参数，还要结合这些参数来控制焊丝的运动，达到更高、更精确的焊接全过程控制；熔滴过渡过程中的焊丝回抽距离可以是固定的，非常有利于弧长的精确控制，不受焊件表面状况或焊接速度的影响。

CMT工艺热输入低，非常适合薄板焊接，焊缝成形好。实际试验中的CMT工艺焊接速度可达4m/min以上，可以焊接厚度仅0.3mm的薄板，能够用于铝及铝合金、INVAR钢（可控热膨胀特性精密合金）等焊接难度较大的材料的焊接。

2.变极性CMT工艺

CMT-Advance技术为第二代的CMT焊接工艺。将变极性技术与CMT工艺相结合，在保持CMT技术原有焊丝双向运动特性的基础上，复加极性变换控制技术，且极性交换发生在短路瞬间，无须大能量强制转换，可以保证CMT焊接过程的稳定可靠，原有的高熔敷率、低热输入、焊缝搭桥能力好、无飞溅焊接等特点得到进一步的增强，CMT-Advance技术焊接过程高速摄像如图3-18所示。因此，CMT-Advance变极性焊接可以进一步控制焊接热输入，同样的焊接能量条件下可获得更大的熔敷效率，焊接变形更小。

图3-18 变极性CMT焊接工艺高速摄像

变极性CMT焊接时，当焊丝接正极（EN）即交流的负半波时，电弧热量多用于加热母材，熔深增大，因母材为阴极，电弧具有阴极破碎作用，在此半波清除母材表面氧化膜（焊铝时）；当焊丝接负极（EP）即交流的正半波时，电弧热量多用于加热焊丝，焊丝熔化量增加，熔滴尺寸增大，作用在母材上的热量大为减少，如图3-19所示。即同样的焊接电流，变极性CMT与直流CMT相比，焊丝熔化速度快，熔化量大，而作用在母材上的热量相应减少。焊接薄板且大间隙焊件时，焊件热量少，填充量大，间隙的桥联能力进一步加强。

图3-19 极性对电弧的影响(www.daowen.com)

图3-20是焊接电流、电弧电压及送丝速度控制波形，由图3-20可以看出，在正半波和负半波各有两个熔滴过渡。变极性CMT通过调节正负半波熔滴过渡的数量，从而实现精确调节对焊件的热输入或焊丝熔敷效率，以实现不同的焊缝几何形状，或满足不同的间隙要求。以焊接铝板为例，2mm+2mm铝板搭接接头间隙可允许至2.5mm，如图3-21所示。

图3-20 焊接电流-电弧电压-送丝速度控制波形EN—焊丝接正极即交流的负半波 EP—焊丝接负极即交流的正半波

CMTAdvance还能将正、负极性CMT过渡以及脉冲过渡等三种熔滴过渡方式，进行任意的排列组合，实现混合过渡，这样用户能随心所欲地调配热输入。另一方面，同一台设备可实现变极性CMT焊、变极性CMT脉冲复合焊、CMT焊、CMT脉冲复合焊、普通直流MIG/MAG焊与脉冲MIG/MAG焊等多种焊接方法。这使得CMTAdvance设备能更柔性化地满足用户的全部焊接需求，创造出巨大的经济效益。

变极性CMT焊在以下方面得到了广泛应用：对装配间隙要求容忍度高的汽车及其零部件镀层板的大间隙搭桥焊；对热输入极其敏感的高强度钢和超高强度钢的焊接；要求无飞溅的焊接；要求最小稀释率的同时要求最大熔敷率的表面堆焊；背面无保护衬垫的打底焊，如石油天然气管道的根焊；各种材料薄板的焊接，如0.3mm铝板；异种金属的焊接，如钢和铝；连接金属和非金属的CMTPin焊。

图3-21 变极性CMT焊接头间隙

图3-22 CMT Twin双丝焊的工作原理

3.CMTTwin冷金属过渡双丝焊

CMTTwin双丝焊接工艺是将CMT冷金属过渡焊和T.I.M.ETwin高效双丝焊相结合形成的一种新技术。它由两台CMT焊接电源、两个独立的CMTTwin送丝系统、一个气体喷嘴组成。CMT Twin双丝焊的工作原理如图3-22所示，该技术是在一把焊枪内送出两根焊丝，一根焊丝为主丝，另一根焊丝为辅丝，分别由两个独立的电源和系统进行供电和控制。CMT Twin双丝焊焊接时，主丝电极先起弧，再对辅丝电极发出信号，触发辅丝电极燃弧。通过电源之间的协同控制，两个电极自动协调配合，完成焊接。

在焊接过程中，两个电弧同步并各自独立。两电极之间的同步化使其产生更加稳定的焊接电弧，而且熔合渗透迅速，形成较大的熔深和优质焊缝。两电极之间的送丝独立控制，可任意调节送丝速度。辅丝电极自动跟随主丝电极动作协调，大大缩短焊接时间。辅丝电极电弧压力较小，动作时对熔池几乎不产生影响，两电极之间电弧干涉极小。相比普通焊接，该技术具有更小的焊接飞溅、更低的焊接热输入、优质的焊缝成形及较好的间隙桥接性能；具有较高的焊接速度和沉积效率；通过对耗材、气体和电能的有效利用，降低焊接消耗；焊接系统可以长时间、连续稳定工作。

根据CMTTwin双丝焊不同的应用，两丝可有不同的组合（见表3-7），主丝可采用CMT冷金属过渡或脉冲工艺，辅丝采用CMT冷金属过渡工艺。双丝CMT焊主要应用于机器人焊接，如图3-23所示。根据表3-7列出的两丝不同组合焊接的焊缝如图3-24～图3-26所示。

表3-7 CMT双丝焊焊丝不同的组合

图3-23 CMTTwin双丝焊接机器人系统

图3-24 CMTTwin双丝高速焊

图3-25 CMTTwin双丝焊角焊缝（板厚10mm）

图3-26 CMTTwin双丝焊打底焊道