摘 要：CMT焊接技术相比于传统的MAG/MIG，具有焊接飞溅小、板材变形小等优点，越来越广泛运用于重工业生产制造中。本文重点介绍了汽车车身CMT焊接工艺原理、特点及影响焊缝品质的主要因素，从焊接电流、焊接压力、送丝速度、焊接速度、干伸长度、焊接轨迹等主要方面进行优化，大幅度提升了焊缝的一次性合格率，从70%提升至92%，减少了返修成本、提高了车身的强度及抗疲劳性能。

关键词：CMT焊接；送丝速度；焊接轨迹；车身强度

引言

MAG/MIG（熔化极气体保护焊）是目前应用最广泛，经济、生产效率较高的气体保护焊，但也存在焊接飞溅大、易变形、焊缝易成形不良等缺点。CMT（冷金属过渡技术）焊接是奥地利Fronius公司在异种材料焊接和无飞溅起弧基础上发展而来，相比于传统的MAG/MIG，CMT具有焊接飞溅小、变形小、电弧稳定、焊缝均匀一致等优点。特别是对汽车车身常用的1mm以下钢板的连接，CMT技术比MAG/MIG具有更好的焊接成形效果[1]。

1 CMT焊接原理及特点

CMT焊接是在短路过渡基础上发展而来，同MAG/MIG技术相比（图1），金属溶滴过渡热输入量更低，至少降低50%左右。图2为CMT焊接系统。在溶滴过渡时，短路发生，电流与电压几乎降为零，焊丝立即停止前进并自动回抽，电弧熄灭，热输入量迅速降至最低，整个焊接过程始终在冷热交替中往复进行，如图3所示。区别于普通的气体保护焊，CMT焊接送丝系统是闭环控制的，首次将送丝运动与熔滴过渡相结合，焊丝回抽频率可达90Hz。当数字化的控制监测到一个短路信号,就会反馈给送丝机,送丝机作出回应,迅速回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离。正是因为CMT如此特别的设计，整个焊接过程中热输入时间非常短，给了溶池一定的冷却时间，使得CMT焊接具有良好的搭桥能力，不仅适用于薄板的焊接，而且装配间隙要求更低，节约企业的生产成本[2]。

图1 MIG与CMT成形效果对比

图2 CMT焊接系统

图3 CMT焊接过程

（1）电弧加热 （2）溶滴过渡 （3）焊丝回抽 （4）重新加热

表1 MIG与CMT工艺参数

广汽乘用车（杭州）有限公司焊装车间大量使用了Fronius公司生产的CMT焊接设备，应用于车身中轮罩、前地板、中通道、B柱等部位焊接。CMT不仅使焊接后不易变形，而且改善了车间的工作环境，这是由于CMT工艺的热输入量极低，有研究表明，CMT钎焊产生的铜烟等污染物比MIG钎焊要低90%左右，对于镀锌钢板，锌的烧损也要低63%。

2 CMT焊接工艺改善与实验

普通MIG/MAG在焊接过程中，焊丝干伸长改变时，焊接电流会增加或减少。而CMT焊焊丝干伸长改变时，仅仅改变送丝速度，不会导致焊接电流的变化，从而实现一致的熔深，加上弧长高度的稳定性，就能达到非常均匀一致的焊缝外观成形[3]。影响焊缝品质的影响因素有：焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、干伸长度、焊丝种类、板材搭接间隙、车身精度等。

2.1 焊接电流

电流是影响焊缝质量最主要的因素，当电流较小时，热量不足，会导致板材未熔合，焊缝强度低；当电流较大时，焊缝的熔深会明显增加，越容易产生焊穿、气孔、咬边等缺陷（图4）。

图4 板材焊穿

2.2 焊接电压

电压是影响焊缝熔深的主要因素，当电压偏低时，熔宽变窄、飞溅增大；当电压偏高时，弧长变长、熔宽变宽、飞溅颗粒增大，易产生气孔、咬边等缺陷（图5）。

图5 咬边缺陷

必须要注意的是，为了保证电弧过程的稳定性，这两个参数都有一定的范围，并且是相互制约的。电流要有足够的弧长，即要有一定的电弧电压，才有稳定的电弧和稳定的熔滴过渡过程。CMT焊接系统采用的是一元化调节方式，即通过送丝速度来设置焊接电流和电压，电弧电压可以通过弧长修正系数来调节。经过大量的试验优化后，广汽乘用车（杭州）有限公司焊装车间弧长修正系数设定为0~10%。

2.3 焊接速度

在焊接电压和焊接电流一定的情况下，焊接速度的选择决定了单位长度焊缝所吸收的热能量，即焊接线能量Q：

I：焊接电流（A）、U：电弧电压（V）、t：焊接速度（mm/s）

当焊接速度较小时，单位长度焊缝所吸收的热量过大，易产生焊穿不良；焊接速度较大时，热量偏小，会导致焊缝未填满现象（图6）。焊接速度还是决定生产节拍最主要的因素，经过多次焊接试验，平衡焊缝质量与生产节拍两方面考量，广汽乘用车（杭州）有限公司焊装车间将焊接速度优化为6~10mm/s。

图6 焊缝未填满

2.4 干伸长度

焊丝的干伸长度为焊丝从导电咀到工件的距离（图7），干伸长度过短时，飞溅较大、焊丝易与导电咀粘结，喷嘴易被堵塞，导致生产频繁停线；过长时，电弧不稳、熔深变浅，易产生气泡等不良。当电流I<300A时，L=（10~15）倍焊丝直径，I>300A时，L=（10~15）倍焊丝直径+5mm。广汽乘用车（杭州）有限公司焊装车间采用的是直径1mm的MG-51T型号焊丝，使用电流小于300A，因此干伸长度L选用推荐值10~15mm。

图7 干伸长度L

2.5 焊接角度及保护气体

根据现场试验，焊枪采用前进法焊接，即电弧推着熔池走，对板材有一定的预热作用，气体保护与焊缝成形效果较好，飞溅较小，焊接角度一般0~10°（图8）。

图8 焊接角度

保护气体过小时，气体保护效果不佳，易出现气泡不良（图9），过大时，熔池易被吹散，产生气孔缺陷；所以，保护气体应选择合适的范围，广汽乘用车（杭州）有限公司焊装车间优化后使用范围15~20L/min。在焊装车间，气体保护不足一般是由于飞溅过多导致喷嘴堵塞，应定时清理飞溅焊渣及喷洒防飞溅液[4]。

图9 气泡不良

2.6 焊接轨迹

汽车车身CMT焊接方式主要分为搭接焊和塞焊，对于搭接焊焊缝，将自下而上轨迹优化为自上而下；对于塞焊焊缝，先熔化首层板优化为先熔化底层板，六边形焊接优化为四边形轨迹，这些都是为了减少重力对熔池的影响[5-6]。

图10 焊接轨迹优化

3 改善效果对比

通过一系列工艺改善，焊装车间CMT焊缝品质得到了明显的提升，一次性合格率从70%提升至92%，大量减少了咬边、气泡、气孔、焊穿等不良。

图11 改善前后焊缝对比

4 结语

经过对CMT焊接技术的深入学习并结合实践操作，分析了影响焊缝的主要因素，通过对焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、干伸长度、焊接角度和焊接轨迹的优化，不仅大幅提升了焊缝一次性合格率、减少返修成本，而且使焊缝更加美观，增加了车身的强度和抗疲劳性能。

（来源：网络）