摘要：針對低熱輸入、高質量焊接技術的需求，研究厚板鋁合金多層多道冷金屬過渡技術(cold matal transter,CMT)焊接工藝和脈沖MIG焊接工藝的區(qū)別，對CMT焊接和脈沖MIG焊接進行焊接接頭拉伸、彎曲、硬度等常規(guī)力學性能試驗.結果表明，CMT焊接方法可獲得相對脈沖焊接更加優(yōu)良的鋁合金焊接接頭.

0 引言

鋁合金在焊接過程中易出現(xiàn)氣孔、熱裂紋等焊接缺陷，以及熱影響區(qū)軟化導致的接頭性能下降等問題，降低焊接熱輸入是防止熱裂紋和減少熱影響區(qū)軟化的有效途徑.

就目前鋁合金焊接所采用脈沖MIG焊接工藝而言，通過調節(jié)焊接工藝降低熱輸入是不可取的，因為過低的熱輸入易造成未熔透或熔深不足等焊接缺陷.而采用新的低熱輸入焊接技術可在保證熔透的前提下降低熱輸入，才是可行的技術方案.    

目前國內外主要低熱輸入焊接工藝有冷金屬過渡CMT技術、cold arc技術、cold process焊技術、ACCBT技術，以及國內的本周期交流短路過渡控制法.

1 CMT焊接工藝及參數(shù)

1.1  CMT焊接工藝    

在傳統(tǒng)正極性(electrode positive) CMT焊接技術的基礎上，福尼斯公司在2010年開發(fā)出了CMTAdvanced系列焊機，實現(xiàn)了極性變換，依靠負極性(electrode negative)階段高的焊絲熔化效率，進一步降低了熱輸入.新一代CMT Advanced系列焊機具有直流CMT，交流CMT，直流CMT與脈沖混合過渡，交流CMT與脈沖混合過渡，以及純脈沖過渡等多種工作模式，進一步拓展了CMT焊接技術的應用范圍.

1.2 焊接工藝參數(shù)    

使用CMT Advanced焊機進行了12 mm厚高速列車用鋁合金厚板焊接試驗，分別采用直流CMT與脈沖混合過渡焊接工藝、脈沖MIG焊接工藝進行焊接.平板對接試驗件的坡口及焊道布置形式如圖1所示，其中CMT焊接時正面焊兩道，背面焊一道，脈沖焊接時開V形坡口，留 0. 75 mm 鈍邊，不留間隙，共焊四道.焊接工藝參數(shù)見表1所示，保護氣體采用高純氫氣體，焊絲直徑1. 2 mm，焊接在機器人工作站上完成.

3 焊接接頭力學性能

3.1 焊接接頭硬度分布    

硬度試驗根據(jù)國際標準《金屬材料焊縫破壞性試驗一硬度試驗一電弧焊接頭硬度試驗》(IS09501.1:2001)進行.硬度檢定區(qū)域包括焊縫、熱影響區(qū)及母材.硬度試驗選用維氏硬度載荷4.9 N，測點間距1 mm.對于12 mm厚板，試驗中分別測試焊接接頭近上表面、中部、近下表面的硬度分布，測量位置見圖1所示，接頭硬度測試結果如圖3所示.    

從圖3中對接接頭硬度分布看，焊縫處硬度低于母材，CMT工藝的焊接接頭硬度要高于脈沖焊接工藝的焊接接頭硬度，尤其是受熱多次的接頭中間部位.

3.2 焊接接頭拉伸試驗    

按照國家標準GB/T2651-2008《接頭拉伸試驗方法》的規(guī)定進行拉伸試驗，然后用電子萬能試驗機進行拉伸試驗.試驗結果如表2所示，拉伸試件均斷裂在焊縫位置.拉伸試驗中，CMT工藝焊接接頭平均抗拉強度為307 MPa，脈沖焊工藝焊接接頭平均抗拉強度為312 MPa，CMT焊接頭比脈沖焊低了5 MPa，可以認為兩種方法抗拉強度區(qū)別不明顯.

3.3 焊接接頭沖擊試驗    

沖擊試驗參照國際標準ISO 9016:2001《金屬材料焊縫破壞性試驗一沖擊試驗》進行試驗，使用JB-30B型沖擊試驗機設備.對于12 mm厚板對接接頭，V形缺口分別開在焊接熱影響區(qū)上，沖擊試驗的厚度為11 mm.所有沖擊試樣沖擊前均浸入液氮酒精溶液中，保證試驗溫度為-40℃。從試驗結果可以看到CMT工藝焊接接頭熱影響區(qū)的平均沖擊吸收功值高于脈沖工藝焊接接頭熱影響區(qū)的沖擊吸收功.

4 結論   

 CMT焊接工藝焊接接頭力學性能不低于脈沖焊接工藝，熱影響區(qū)的沖擊韌性有所提高，焊接接頭的軟化有所減弱.  CMT焊接方法可獲得相對脈沖焊接更加優(yōu)良的鋁合金焊接接頭. 

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