技术 | 厚板铝合金多层多道CMT和MIG焊接工艺

摘要：针对低热输入、高质量焊接技术的需求，研究厚板铝合金多层多道冷金属过渡技术(cold matal transter,CMT)焊接工艺和脉冲MIG焊接工艺的区别，对CMT焊接和脉冲MIG焊接进行焊接接头拉伸、弯曲、硬度等常规力学性能试验.结果表明，CMT焊接方法可获得相对脉冲焊接更加优良的铝合金焊接接头.

0 引言

铝合金在焊接过程中易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷，以及热影响区软化导致的接头性能下降等问题，降低焊接热输入是防止热裂纹和减少热影响区软化的有效途径.

就目前铝合金焊接所采用脉冲MIG焊接工艺而言，通过调节焊接工艺降低热输入是不可取的，因为过低的热输入易造成未熔透或熔深不足等焊接缺陷.而采用新的低热输入焊接技术可在保证熔透的前提下降低热输入，才是可行的技术方案.    

目前国内外主要低热输入焊接工艺有冷金属过渡CMT技术、cold arc技术、cold process焊技术、ACCBT技术，以及国内的本周期交流短路过渡控制法.

1 CMT焊接工艺及参数

1.1  CMT焊接工艺    

在传统正极性(electrode positive) CMT焊接技术的基础上，福尼斯公司在2010年开发出了CMTAdvanced系列焊机，实现了极性变换，依靠负极性(electrode negative)阶段高的焊丝熔化效率，进一步降低了热输入.新一代CMT Advanced系列焊机具有直流CMT，交流CMT，直流CMT与脉冲混合过渡，交流CMT与脉冲混合过渡，以及纯脉冲过渡等多种工作模式，进一步拓展了CMT焊接技术的应用范围.

1.2 焊接工艺参数    

使用CMT Advanced焊机进行了12 mm厚高速列车用铝合金厚板焊接试验，分别采用直流CMT与脉冲混合过渡焊接工艺、脉冲MIG焊接工艺进行焊接.平板对接试验件的坡口及焊道布置形式如图1所示，其中CMT焊接时正面焊两道，背面焊一道，脉冲焊接时开V形坡口，留 0. 75 mm 钝边，不留间隙，共焊四道.焊接工艺参数见表1所示，保护气体采用高纯氢气体，焊丝直径1. 2 mm，焊接在机器人工作站上完成.

3 焊接接头力学性能

3.1 焊接接头硬度分布    

硬度试验根据国际标准《金属材料焊缝破坏性试验一硬度试验一电弧焊接头硬度试验》(IS09501.1:2001)进行.硬度检定区域包括焊缝、热影响区及母材.硬度试验选用维氏硬度载荷4.9 N，测点间距1 mm.对于12 mm厚板，试验中分别测试焊接接头近上表面、中部、近下表面的硬度分布，测量位置见图1所示，接头硬度测试结果如图3所示.    

从图3中对接接头硬度分布看，焊缝处硬度低于母材，CMT工艺的焊接接头硬度要高于脉冲焊接工艺的焊接接头硬度，尤其是受热多次的接头中间部位.

3.2 焊接接头拉伸试验    

按照国家标准GB/T2651-2008《接头拉伸试验方法》的规定进行拉伸试验，然后用电子万能试验机进行拉伸试验.试验结果如表2所示，拉伸试件均断裂在焊缝位置.拉伸试验中，CMT工艺焊接接头平均抗拉强度为307 MPa，脉冲焊工艺焊接接头平均抗拉强度为312 MPa，CMT焊接头比脉冲焊低了5 MPa，可以认为两种方法抗拉强度区别不明显.

3.3 焊接接头冲击试验    

冲击试验参照国际标准ISO 9016:2001《金属材料焊缝破坏性试验一冲击试验》进行试验，使用JB-30B型冲击试验机设备.对于12 mm厚板对接接头，V形缺口分别开在焊接热影响区上，冲击试验的厚度为11 mm.所有冲击试样冲击前均浸入液氮酒精溶液中，保证试验温度为-40℃。从试验结果可以看到CMT工艺焊接接头热影响区的平均冲击吸收功值高于脉冲工艺焊接接头热影响区的冲击吸收功.

4 结论   

 CMT焊接工艺焊接接头力学性能不低于脉冲焊接工艺，热影响区的冲击韧性有所提高，焊接接头的软化有所减弱.  CMT焊接方法可获得相对脉冲焊接更加优良的铝合金焊接接头. 

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