冷金属过渡(CMT)技术综述

冷金属过渡(CMT)技术作为一种先进的焊接技术,因其焊接过程中较低的热输入和低飞溅等优点而得到广泛的应用。本文主要对CMT技术的历史由来、工作原理和技术优点进行简要回顾;并且罗列了各种CMT技术类别。对于CMT技术最近以来在同种金属焊接、异种金属焊接和增材制造三大领域的研究与应用的现状进行了介绍;同时介绍一些CMT辅助手段的应用。最后,对CMT技术未来发展前景提出了一些建议。

CMT焊接S32101双相不锈钢焊缝成形研究

研究了S32101双相不锈钢CMT焊接参数(焊接电流、送丝速度、焊接速度)对焊缝成形特性的影响,结果表明:熔宽随着送丝速度增大而增大,随着焊接速度和保护气体流量的增大而减小;熔深随着送丝速度的增大先减小后增大,随着焊接速度和保护气体流量的增大而减小;余高随着送丝速度增大而不断增大,随着焊接速度的增大而减小,随着保护气体流量的增大先增大后减少。这些研究结果对优化双相不锈钢的CMT焊接技术,促进海洋工程、核电设施等领域的发展具有十分重要的意义。

TA5钛合金CMT+P混合过渡焊接工艺研究

在10 mm厚TA5钛合金板上开展了不同CMT(冷金属过渡技术)占比的CMT+P混合过渡单道堆焊试验。结果表明:较大的CMT占比,单道焊缝截面呈“门拱形”,不利于熔池对平板的润湿和焊缝的有效填充。将一个循环周期内的CMT数量保持为1,改变脉冲数量对润湿性改变不明显;同时,较高的Pulse/CMT切换频率会带来更大的飞溅。一个周期内Pulse与CMT的数量分别控制在60和20,不但焊缝成型较好,飞溅也抑制较好;对焊缝进行了射线检测,几乎没有气孔和其它缺陷。对焊接接头进行了金相和硬度检测,焊缝未出现硬化,满足使用要求,CMT-P混合过渡时焊缝区晶粒更为细小。

CMT堆焊巴氏合金堆焊层组织及力学性能

采用冷金属过渡(CMT)技术在20钢表面制备了巴氏合金堆焊层,利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和摩擦磨损试验机分别对堆焊层的金相形貌、物相组成、显微组织、元素分布、硬度和摩擦因数进行测试。结果表明,巴氏合金堆焊层的相结构并未发生变化,由硬质点SnSb相、Cu6Sn5相和软基体α-Sn相组成;由于热输入的降低,巴氏合金堆焊层的冷却速率提高,堆焊层晶粒明显细化,硬度约为40HV0.1,远高于铸造巴氏合金;由于显微硬度升高,巴氏合金堆焊层的摩擦因数和比磨损率均降低,分别为0.31和1.38×10^(-5)mm^(3)/(N·m);巴氏合金堆焊层的磨损机理为磨粒磨损。CMT堆焊技术可有效提升巴氏合金的硬度和耐磨性。

预处理对TiB_(2)增强铝基复合材料电弧增材影响

以TiB_(2)/6056铝基复合材料丝材为焊材,采用冷金属过渡焊接技术,研究TiB_(2)增强铝基复合材料丝材的电弧增材,重点分析预热处理对增材层成形及接头质量的影响。结果表明:当焊接电流为140 A、送丝速度为8 m/min、焊接速度为5 mm/s、基板预热温度为200℃时制备的增材层与基板未预热制备的增材层相比,外观成形更好,气孔数目降低,气孔尺寸减小,晶粒更细小,TiB_(2)颗粒分散更好,且增材层硬度与拉伸性能均得到了提高。

CMT冷金属过渡技术在管道外部根焊中的应用

在长输油气管道的焊接施工中,管道的根部打底焊接质量非常重要。与过去传统的根焊相比,应用CMT(cold metal transfer)冷金属过渡技术,在管道焊接尤其是管道的外部根焊上,焊接质量和焊接效率得到了非常大的提升,可以获得良好的焊接效果。介绍了CMT系统的组成以及技术特点,应用结果表明该方案具有可行性。

薄板铝合金的CMT焊接工艺

为了解决利用传统焊接方法焊接铝合金时容易造成生产效率低、焊接变形大以及夹钨、裂纹、气孔等缺陷,对6082-T6铝合金进行了冷金属过渡焊,并确定了最佳焊接工艺参数.利用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对铝合金的焊缝成型、显微组织与相组成进行了分析.利用维氏显微硬度计和万能拉伸试验机测量了焊接接头的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳焊接工艺参数下6082-T6铝合金焊缝成型良好,其焊缝组织主要由α-Al固溶体组成.焊接接头的拉伸断裂位置处于热影响区,其最高拉伸强度约为母材的61%,拉伸断口形貌为塑性断口.

铝钢混联薄板件CMT焊接变形预测及控制

针对铝钢混联薄板件结构因焊接变形导致装配尺寸质量难以控制的问题,应用冷金属过渡(CMT)点焊完成铝钢异种金属试样的焊接.在SYSWELD软件中对铝钢异种金属试样的焊接进行仿真,得到焊件变形规律,并与试验结果对比验证仿真的可靠性.应用控制变量法研究主要焊接工艺参数对变形量的影响,将变形预测结果以反变形的形式应用到铝钢薄板件CMT点焊中.研究表明:较小的焊接电流、焊接电压和较快的焊接速度可减少变形量,采用反变形法可明显减小薄板件的变形量.

CMT增材制造工艺对5356铝合金熔敷层组织及力学性能的影响

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材方法,以5356铝合金焊丝为试验对象,研究了送丝速度与焊接速度对5356铝合金电弧增材制造成形的影响,并分析了熔覆层微观组织特性和增材试样的力学性能。结果表明:送丝速度和焊接速度是电弧增材制造尺寸精度的重要影响因素;熔覆层微观组织可分为3个区域。不同焊接速度下,增材试样的力学性能均超过焊丝拉伸强度标准值,抗拉强度平均值达到274.7 MPa。

铝合金CMT技术增材制造研究进展

铝合金作为一种加工性能优良、导热性好且质量轻的金属材料,在工业领域应用广泛。冷金属过渡焊接技术(CMT)作为一种低热量输入、无飞溅的焊接技术,非常适合铝合金的增材制造,铝合金CMT技术已成为增材制造技术的研究热点。通过综述近年来国内外学者在铝合金CMT技术焊道成形、组织性能、气孔缺陷方面的研究成果,展望了未来CMT技术的发展方向。

浅谈薄板CMT焊接技术

薄板CMT焊接技术是在MIG/MAG焊接工艺基础上开发的一种革新技术,热输入极低,可焊接薄至0.3mm的板材,并可实现钢与铝的异种连接。介绍了CMT焊接技术的工作原理,工艺流程以及技术特点,并举例说明其发展应用现状。

基于超声清洗的CMT焊缝质量分析

以6061铝合金为研究材料,使用超声工艺对焊接材料进行5和9 min的清洗,研究超声清洗工艺对板件的冷金属过渡(CMT)搭接焊的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)测试可知,改变清洗溶液的成分和清洗时间可以清洁铝合金表面并破碎铝合金表面氧化膜,提高焊接质量.分别采用超声水洗和超声盐酸清洗工艺,研究不同超声时间下焊缝的质量,并与无清洗铝合金焊缝质量进行对比.结果表明:在保证焊接拉伸质量的前提下,使用超声清洗可以有效优化焊接熔深,使其达到母材的0.25;与超声水洗相比,超声盐酸清洗效果更好;清洗板材焊缝成型系数均值比非盐酸清洗的均值大67.8%.对焊缝的纵向切割分析表明,超声清洗还可以优化焊缝熔深的均匀性,减小气孔的尺寸和数量.

深水钢悬链立管焊接工艺及焊缝性能试验研究

深水钢悬链立管(Steel Catenary Riser,SCR)是浮式平台的主要部件,在服役条件下由于受到海洋特殊的海浪、潮汐、台风等各种环境因素的影响,极其容易发生疲劳破坏。为解决钢悬链立管在深水服役环境中受循环载荷的作用容易产生疲劳失效的问题,采用冷金属过渡(Cold Metal Transition,CMT)打底、脉冲模式填充盖面的熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW),开发了钢悬链立管S型铺设全自动焊工艺并进行了焊缝性能试验研究。结果表明,横向拉伸、全焊缝拉伸、侧弯、缺口断裂、冲击、宏观硬度及全尺寸疲劳等试验结果均满足SCR焊接规格书要求;SCR环焊缝通过全尺寸疲劳试验测试,所有焊缝疲劳性能满足BS7608(1993)的外径D曲线和内径E曲线的95%置信水平要求;由于CMT冷金属过渡封底为无衬垫单面焊双面成型技术,具有焊接热输入量小、无飞溅等优点,可确保焊缝根部成形与母材圆滑过渡,减小SCR焊缝应力集中,从而提高其抗疲劳性能。

电弧增材工艺对5356铝合金组织和性能的影响对比研究

为了研究CMT与MIG电弧增材工艺对5356铝合金组织和性能的影响,对两种工艺电弧增材加工后的试样成型形貌、气孔、微观组织和力学性能进行了对比分析。结果表明,采用CMT方式增材的试样表面均匀,而MIG试样边缘出现明显塌陷;两种试样的气孔缺陷主要出现在层间熔合线附近,但MIG试样缺陷数量更多、尺寸更大;两种方式增材的试样组织存在明显区别,MIG试样的柱状晶和熔合线明显,CMT试样的组织为均匀的等轴晶,但CMT试样内部出现明显的偏析现象;MIG试样力学性能各向异性明显而CMT试样呈现出各向同性。

锂离子铝壳电池模组焊丝末端智能监测系统研究

针对锂离子铝壳电池模组在冷金属过渡焊接过程中因焊丝卡丝、断丝现象造成的模组漏焊、报废问题,设计一种焊丝末端自动监测、智能控制系统。通过在焊机送丝柜加装焊丝监测传感器,实时监测并上传焊丝状态,控制系统针对监测的焊丝状态控制焊接系统执行模组焊接工作,实现模组在焊接过程中焊丝状态的自动监测、焊接状态的智能控制,保证模组生产稳定可靠,提高模组焊接的一次合格率。采用该焊丝状态自动监测、智能控制方案,能够有效降低锂离子电池模组在生产过程中因焊丝卡丝、断丝造成的模组焊接质量问题,提升模组焊接质量,降低设备平均故障间隔时间(MTBF),提升设备综合效率(OEE),具有较强的经济实用意义。

冷金属过渡技术在航空修理中的应用研究

依据CMT焊接技术的工作原理,对焊丝、人员、工艺等方面进行分析,提出尝试在航空修理中应用这一技术方案,将焊丝运动与熔滴过渡过程相结合,实现了低能耗、高品质的焊接。

铝合金薄板CMT焊缝的超声波检测

采用超声波探伤技术对厚度小于5 mm的铝合金薄板CMT搭接、对接两种焊缝进行检测,并且通过金相解剖进行验证:超声波探伤技术可以应用于铝合金薄板焊缝的检测,且缺陷检出率较高;在CMT工艺下,铝合金薄板对接焊缝的焊接质量高于搭接焊缝的焊接质量。