來源：期刊—機(jī)電技術(shù)

作者：譚立勇 于洪輝

（上汽大眾汽車有限公司儀征分公司）

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為了保障車身結(jié)構(gòu)防腐抗蝕和更好的車身強(qiáng)度，上汽大眾汽車車身普遍使用鍍鋅板和高強(qiáng)度鋼，其中高強(qiáng)度鋼占比約76%，鍍鋅板材（含大部分高強(qiáng)度鍍鋅鋼板）占比約95%。鍍鋅是一種常用的經(jīng)濟(jì)而有效的防銹方法。目前，鍍鋅鋼板作為最具前景的材料而越來越被汽車廠家所重視，大量使用在車頂、側(cè)圍、底板、門蓋等防腐要求高的區(qū)域。

為提高車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使車身具有更強(qiáng)的車身強(qiáng)度，焊接從業(yè)者開發(fā)了多種車身焊接工藝。目前車身采用的焊接方法主要有電阻點(diǎn)焊、釬焊、激光焊、鉚接焊，其中鍍鋅鋼板多采用釬焊電弧焊焊接。然而，因?yàn)殇\的熔點(diǎn)約為420℃、沸點(diǎn)約為908℃，由于普通釬焊溫度較高、電弧溫度約為3100～4000℃，焊接時(shí)必然會(huì)使大量的鋅蒸發(fā)，從而產(chǎn)生各種各樣焊接缺陷，并破壞了鍍鋅層的抗腐蝕性能。針對(duì)這個(gè)問題，低熱輸出的CMT釬焊應(yīng)運(yùn)而生。

CMT釬焊是在普通釬焊的基礎(chǔ)上，開發(fā)出的一種更先進(jìn)的MIG/MAG焊焊接工藝。它采用低熔點(diǎn)（大約1000～1080℃）的銅基焊絲，焊接時(shí)發(fā)熱量低，同時(shí)將板材鍍鋅的蒸發(fā)量也降至最低，因此可以有效的提高焊縫的抗腐蝕性能（銅基焊縫也耐腐蝕），從而確保了鍍鋅板更好的焊接，避免了多種焊接缺陷。

1 CMT焊接原理介紹

CMT是Cold Meatal Transfer（冷金屬過渡）的縮寫，CMT焊接與傳統(tǒng)的MIG/MAG釬焊相比，熱輸入量更小。普通MIG/MAG焊，由于熱輸入量大，不可避免的會(huì)導(dǎo)致板材變形嚴(yán)重、焊接飛濺等缺陷，因此其在1mm以下板材的焊接場合無法應(yīng)用。而CMT釬焊的焊接發(fā)熱量比MIG/MAG釬焊降低約25%，焊接板材的變形大大減少；同時(shí)，均勻一致的焊縫、最小化的焊接飛濺，也降低了焊后返工的幾率。

上汽大眾汽車有限公司儀征分公司車身車間所有自動(dòng)MIG/MAG焊焊接設(shè)備，采用的都是奧地利fronius 公司提供的CMT 焊機(jī)。產(chǎn)品示意圖如圖1所示。焊機(jī)的焊接參數(shù)，包括焊接電流、焊接電壓、送絲速度等，以程序號(hào)的形式分組存儲(chǔ)在CMT控制面板里面；機(jī)器人在自動(dòng)焊接時(shí)，由機(jī)器人控制，按照機(jī)器人預(yù)設(shè)定的焊接軌跡，調(diào)用程序號(hào)焊接；CMT本體按照設(shè)定好的參數(shù)，通過控制送絲系統(tǒng)將焊絲輸送到焊槍端，焊絲接觸工件起弧焊接，來達(dá)到焊接車身的目的。其焊接優(yōu)勢如下：

1）送絲系統(tǒng)與熔滴過渡的數(shù)字化協(xié)調(diào)。當(dāng)焊機(jī)主機(jī)監(jiān)測到一個(gè)焊接短路信號(hào)，就會(huì)反饋給送絲機(jī)，送絲機(jī)作出回應(yīng)，并迅速回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離。在全數(shù)字化焊機(jī)的控制下，這種熔滴過渡的焊接方式與傳統(tǒng)的焊接方式完全不同。

2）低熱輸入量：CMT焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無電流狀態(tài)下的熔滴過渡。當(dāng)焊絲接觸工件時(shí)，CMT焊接系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)監(jiān)控到短路過渡的過程，在熔滴過渡時(shí)，電源將電流降到幾乎為零，因此熱輸入量也幾乎為零，此時(shí)焊絲停止前進(jìn)并自動(dòng)地回抽。在這個(gè)過程中，電弧自身輸入熱量的時(shí)間很短。短路發(fā)生時(shí)，電弧即刻熄滅，熱輸入量也迅速地減少。整個(gè)焊接過程在冷熱交替進(jìn)行，如圖2所示。

3）無飛濺過渡：在短路狀態(tài)下焊絲的回抽運(yùn)動(dòng)幫助焊絲與熔滴分離。通過控制焊接短路狀態(tài)，來保證短路電流最小，焊槍馬達(dá)對(duì)焊絲的高速回抽運(yùn)動(dòng)保證了焊絲熔滴的正常脫落，同時(shí)避免了普通MIG/MAG焊極易引起的飛濺，從而使熔滴過渡焊實(shí)現(xiàn)焊接無飛濺。這是CMT焊接的關(guān)鍵技術(shù)。

上汽大眾儀征分公司車身車間大量使用TPS3200 CMT焊接設(shè)備，應(yīng)用于車身MIG和MAG焊接。MAG焊接用于底板區(qū)域，焊接中央通道和輪罩，MAG焊接使車身擁有更高的強(qiáng)度。MIG焊應(yīng)用于底板部分區(qū)域、總拼和側(cè)圍工段，可以使焊接車身外表美觀，車體焊接后不易變形，同時(shí)還具有更好的防腐蝕作用。

2 CMT焊接工藝分析與實(shí)驗(yàn)

CMT 焊具有更高的焊接速度。CMT過渡焊使電弧不停的燃燒、熄滅，每1s產(chǎn)生70多次的高頻率運(yùn)動(dòng)，而電弧每重新引燃一次就修正一次電弧，保持電弧的穩(wěn)定性，在干伸長或焊接速度改變的情況下，電弧長度也能保持一致。這樣就保證了CMT電弧的穩(wěn)定性，即使在焊接速度極快的前提下，也不會(huì)出現(xiàn)斷弧的情況。

影響焊接質(zhì)量的主要因素有：焊接電流；焊接電壓；焊接速度；焊槍姿態(tài)；保護(hù)氣體流量；其他參數(shù)。影響焊接效果的因素還有很多，如角型材料的焊接角度及焊接位置等。

2.1 焊接電流的變化對(duì)焊接質(zhì)量的影響

其他焊接條件固定不變時(shí)，增大焊接電流將會(huì)產(chǎn)生如下影響：增加熔深深度和寬度、增加熔敷率、增加焊縫截面的尺寸。

由圖3可見，增加焊接電流可以增加熔深。對(duì)于較厚的焊接板材，一定要適當(dāng)增大焊接電流，才能得到更好的焊接質(zhì)量；而薄板材如果使用大的焊接電流，則可能會(huì)燒穿。

2.2 焊接電壓的變化對(duì)焊接質(zhì)量的影響

其他焊接條件不變，與弧長相關(guān)的電弧電壓在適當(dāng)?shù)碾妷悍秶鷥?nèi)改變時(shí)：隨著電壓的增加，焊縫外觀會(huì)變得平坦、寬度變寬；但是電壓過高會(huì)造成焊接缺陷，如氣孔、飛濺、咬邊等。降低電壓會(huì)使焊縫變窄、余高變高、熔深變寬；但電壓過低會(huì)造成焊絲尖端進(jìn)入熔池，使電弧熄滅而無法焊接。

2.3 焊接速度的變化對(duì)焊接質(zhì)量的影響

隨著焊接速度的增加，單位時(shí)間進(jìn)入母材的熱量減少焊縫截面形狀變小。因此，焊接速度要與焊接電壓和焊接電流相匹配，才能得到合格的焊接質(zhì)量。

焊機(jī)的焊接速度由機(jī)器人焊接軌跡的運(yùn)行速度來決定：機(jī)器人焊接軌跡運(yùn)行的速度越快，焊接速度越快，則焊縫就越細(xì)。因此，經(jīng)過多次的焊接實(shí)驗(yàn)，尋找焊接節(jié)拍和焊接質(zhì)量的平衡點(diǎn)，最終儀征車身車間焊接速度設(shè)定在80 cm/min左右。

2.4 其他相關(guān)要素對(duì)焊接質(zhì)量的影響

2.4.1 焊接角度及焊絲干伸長對(duì)焊接質(zhì)量的影響

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐，焊槍角度一般設(shè)置為0～15°（見圖6）。設(shè)置角度過大，直接表現(xiàn)為焊槍的噴嘴邊緣與車身的距離變小，因此在車身尺寸的某個(gè)部位出現(xiàn)匹配偏差較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)噴嘴與工件干涉的情況，從而導(dǎo)致焊接報(bào)故障、停止焊接。

焊絲的干伸長也要設(shè)置合理，大約為15 mm（見圖6）。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，干伸長設(shè)置為10～13 mm之間，為焊接最穩(wěn)定干伸長。如果干伸長過長，焊接時(shí)就會(huì)發(fā)生引弧失敗的情況。

2.4.2 保護(hù)氣體對(duì)焊接質(zhì)量的影響

保護(hù)氣體量不宜過大，也不宜過小，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐來調(diào)節(jié)。如氣體量過大，焊接熔池會(huì)被吹散，且焊縫會(huì)有氣孔產(chǎn)生；保護(hù)氣體量過小，無法起到最佳保護(hù)效果，也會(huì)容易產(chǎn)生氣孔（見圖7a）。

在車身車間，保護(hù)氣體量是固定的，如果出現(xiàn)由保護(hù)氣體導(dǎo)致的焊接缺陷，大多是由于氣體保護(hù)管路出現(xiàn)問題。還有就是噴嘴焊渣過多（見圖7b），致使保護(hù)氣體量不足。由于在使用過程中，MAG焊會(huì)產(chǎn)生很大的飛濺，容易將噴嘴堵塞，減少保護(hù)氣體流量，所以要定時(shí)使用清槍器清理焊槍噴嘴內(nèi)的飛濺焊渣，并噴灑防濺液。

2.4.3 機(jī)器人焊接軌跡優(yōu)化對(duì)焊接質(zhì)量的影響

如果焊接節(jié)拍允許的話，還可以采用機(jī)器人擺動(dòng)編程軌跡，可以更好的優(yōu)化焊接質(zhì)量。由于底板存在零件之間匹配偏差情況，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際焊接位置與需要焊接位置有偏差。如果節(jié)拍允許，可以將直線軌跡改為擺動(dòng)軌跡，這樣，焊接時(shí)對(duì)板材匹配的容錯(cuò)能力就變大了，即使零件尺寸出現(xiàn)一些小的波動(dòng)，也能保證焊接質(zhì)量。機(jī)器人運(yùn)行軌跡可以設(shè)置成三角形、梯形、不對(duì)稱梯形、螺旋形等，如表1所示。

2.4.4 弧長修正對(duì)焊接質(zhì)量的影響（見表2）

電弧長度的范圍是+30～–30mm，但是對(duì)于CMT來說，弧長修正的范圍設(shè)置在+5～-5mm，焊接質(zhì)量能達(dá)到最優(yōu)效果。

2.4.5 起弧電流和收弧電流對(duì)焊接質(zhì)量的影響

為保證順利引弧，通常要單獨(dú)設(shè)置起弧電流，起弧電流要稍大于焊接電流。為保證順利收弧，防止咬邊，還需要單獨(dú)設(shè)置收弧電流，收弧電流要略小于焊接電流。

Starting current Is 設(shè)置為135%，含義為起弧電流為正常焊接電流的135%，即大電流起弧，保證焊接起弧的可靠性。Final current為設(shè)置收弧電流，設(shè)置值為50%，保證順利收弧，且不會(huì)出現(xiàn)咬邊缺陷。

3 結(jié)束語

通過對(duì)CMT焊接原理的學(xué)習(xí)和對(duì)影響焊接質(zhì)量的主要因素做試驗(yàn)分析，焊接時(shí)設(shè)置合理的焊接參數(shù)，可以使汽車車身采用更強(qiáng)更少的材料，焊縫美觀，更好的降低車身重量、降低車輛制造成本、降低油耗，并減小焊接時(shí)板材變形和提高焊接速度，大幅減輕重量的同時(shí)增加車身剛度和抗沖擊能力，從而提高耐疲勞性。