技术 | CMT和MAG在不锈钢车体焊接中飞溅研究

奥氏体不锈钢薄板目前被广泛应用于城市轨道交通领域。与碳钢相比，奥氏体不锈钢物理性能为高的电阻率，小的热导率，大的线膨胀系数，在焊接过程中产生的热应力大，容易出现烧穿和较大的焊接变形。

普通的气体保护焊（MIG/MAG）热输入大，焊接变形严重，而且很难完成厚度1mm以下薄板的焊接工作。TIG焊电弧稳定，可以用于焊接不锈钢薄板，但其生产效率低，限制了在生产中的应用。

CMT冷金属过渡焊技术基于短路过渡原理，将焊丝的送丝和回抽运动与熔滴过渡过程进行数字化协调。CMT焊在熔滴过渡时电弧电压和焊接电流几乎为零，大大减小了焊接热输入，焊丝的机械回抽利于熔滴向熔池过渡，避免了普通短路过渡时易出现的飞溅，可实现无飞溅引弧和焊接，所以能够顺利完成1mm以下薄板的焊接。因此，CMT焊为不锈钢车体的薄板焊接提供了一种高效可靠的焊接方法。

2.1  试验材料

目前，不锈钢城轨车的车体材料主要采用SUS301L奥氏体不锈钢，且车顶、侧墙、端墙等结构多为厚2mm以下的薄板，波纹板厚度则仅为0.6~0.8mm试验采用SUS301L不锈钢（其化学成分见表1）板厚为0.8mm和1.5mm。

2.2   试验方法

分别进行对接（PA位置）及角接（PB位置）试验，试板规格符合ISO15614－1要求。焊机分别使用福尼斯公司的TPS2700CMT和TPS3200（以下称MAG焊机）；焊丝均为ER308LSi，直径1.0mm；保护气体均为φ（Ar）97.5％＋φ（CO2）2.5％。焊接均采用单层单道的手工焊接。

首先，分别焊接0.8mm厚对接和角接的试板，MAG焊机极易焊穿，无法保证焊接质量，CMT焊机焊后观察其焊接效果。然后分别焊接1.5mm厚对接和角接的试板。

并比较2种方法焊接的效果，尤其是焊接过程中的飞溅和焊后的试件变形。根据试验结果结合不锈钢车体的结构，进而分析CMT冷金属过渡焊在不锈钢车体焊接中的应用。

3.1  CMT焊接0.8mm厚不锈钢试板

图1a为CMT焊机PA位置焊接厚0.8mm不锈钢对接试板的焊后成形，图1b为其焊接接头的宏观形貌。由图可以看出，其焊缝熔合良好。

采用CMT焊机的“纯CMT过渡方式”焊接，焊接工艺参数为焊接电流65A，电弧电压10.7V，焊接速度6mm/s。焊接操作简单易行，手法采用“直推”，焊接过程中电弧稳定，且无焊接飞溅，焊缝成形良好。其后又进行了一些试验，可稳定焊接0.5mm的不锈钢对接焊缝。

图2a为CMT焊机PB位置焊接0.8mm不锈钢角接试板的焊后成形，图2b为其焊接接头的宏观形貌。使用CMT焊机的“纯CMT过渡方式”焊接，焊接电流40A，电弧电压11.1V，焊接速度3mm/s。

因T形角焊缝是三边散热，而纯CMT的热输入非常小，熔宽小，电弧挺度较小，焊缝有时会偏往上或偏往下，焊接成形欠佳。由图可看出，焊接0.8mm薄板角接出现电弧飘移的现象，致使角接尖角处熔合较少，角接底板熔合较多，焊缝熔合欠稳定。焊接过程中采用“往复回摆”操作，可改善焊缝成形。

3.2  CMT和MAG焊接厚1.5mm不锈钢试板比较

图3和图4分别为CMT焊机和MAG焊机焊接厚1.5mm不锈钢对接和角接试板的照片。由图可以看出，CMT焊接试板上无飞溅，而MAG焊时飞溅较多。

图3  厚1.5mm的SUS301L对接焊

不锈钢车体通常采用不涂装工艺，焊接飞溅严重影响车体外观，而且焊后清理比较麻烦，飞溅还会导致飞溅点处防腐性能下降。CMT的无飞溅焊接对于车体的外观焊缝尤其有利。

特别指出，厚1.5mm试板CMT的PB位置角接，采用“CMT＋脉冲PLUSE”混合过渡方式焊接，可有效避免出现“纯CMT过渡方式”焊接时的电弧飘移现象。图5为1.5mm板CMT角焊缝横截面的宏观照片。

混合过渡焊接的热输入比纯CMT过渡的大，但又比普通的脉冲过渡或短路过渡的热输入小，可用于焊接比0.8mm更厚的角接试板，焊工不需要有很精湛的焊接技巧便可获得良好的焊缝成形和熔合效果，同时可得到很均匀细腻的鱼鳞纹焊缝。

图6为在相同压卡条件下，1.5mm不锈钢试板对接CMT和MAG焊PA位置的变形情况，CMT焊后试板最大拱起高度1cm，MAG焊后最大拱起1.5cm。由于不锈钢的物理特性，焊后会产生较大变形，CMT焊的热输入远小于MAG焊的，所以CMT焊后试板变形较MAG焊的小。对于焊接量较多且焊缝分布复杂的部件，采用CMT焊可有效减小焊接变形。

□ END □