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2019.09.02
作者：谭立勇于洪辉
（上汽大众汽车有限公司仪征分公司）
关键词：CMT焊接；焊接工艺；焊接质
为了保障车身结构防腐抗蚀和更好的车身强度，上汽大众汽车车身普遍使用镀锌板和高强度钢，其中高强度钢占比约76%，镀锌板材（含大部分高强度镀锌钢板）占比约95%。镀锌是一种常用的经济而有效的防锈方法。目前，镀锌钢板作为最具前景的材料而越来越被汽车厂家所重视，大量使用在车顶、侧围、底板、门盖等防腐要求高的区域。
为提高车身结构的稳定性和使车身具有更强的车身强度，焊接从业者开发了多种车身焊接工艺。目前车身采用的焊接方法主要有电阻点焊、钎焊、激光焊、铆接焊，其中镀锌钢板多采用钎焊电弧焊焊接。然而，因为锌的熔点约为420℃、沸点约为908℃，由于普通钎焊温度较高、电弧温度约为3100～4000℃，焊接时必然会使大量的锌蒸发，从而产生各种各样焊接缺陷，并破坏了镀锌层的抗腐蚀性能。针对这个问题，低热输出的CMT钎焊应运而生。
CMT钎焊是在普通钎焊的基础上，开发出的一种更先进的MIG/MAG焊焊接工艺。它采用低熔点（大约1000～1080℃）的铜基焊丝，焊接时发热量低，同时将板材镀锌的蒸发量也降至最低，因此可以有效的提高焊缝的抗腐蚀性能（铜基焊缝也耐腐蚀），从而确保了镀锌板更好的焊接，避免了多种焊接缺陷。
1CMT焊接原理介绍
CMT是ColdMeatalTransfer（冷金属过渡）的缩写，CMT焊接与传统的MIG/MAG钎焊相比，热输入量更小。普通MIG/MAG焊，由于热输入量大，不可避免的会导致板材变形严重、焊接飞溅等缺陷，因此其在1mm以下板材的焊接场合无法应用。而CMT钎焊的焊接发热量比MIG/MAG钎焊降低约25%，焊接板材的变形大大减少；同时，均匀一致的焊缝、最小化的焊接飞溅，也降低了焊后返工的几率。
上汽大众汽车有限公司仪征分公司车身车间所有自动MIG/MAG焊焊接设备，采用的都是奥地利fronius公司提供的CMT焊机。产品示意图如图1所示。焊机的焊接参数，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度等，以程序号的形式分组存储在CMT控制面板里面；机器人在自动焊接时，由机器人控制，按照机器人预设定的焊接轨迹，调用程序号焊接；CMT本体按照设定好的参数，通过控制送丝系统将焊丝输送到焊枪端，焊丝接触工件起弧焊接，来达到焊接车身的目的。其焊接优势如下：
1）送丝系统与熔滴过渡的数字化协调。当焊机主机监测到一个焊接短路信号，就会反馈给送丝机，送丝机作出回应，并迅速回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离。在全数字化焊机的控制下，这种熔滴过渡的焊接方式与传统的焊接方式完全不同。
3）无飞溅过渡：在短路状态下焊丝的回抽运动帮助焊丝与熔滴分离。通过控制焊接短路状态，来保证短路电流最小，焊枪马达对焊丝的高速回抽运动保证了焊丝熔滴的正常脱落，同时避免了普通MIG/MAG焊极易引起的飞溅，从而使熔滴过渡焊实现焊接无飞溅。这是CMT焊接的关键技术。
上汽大众仪征分公司车身车间大量使用TPS3200CMT焊接设备，应用于车身MIG和MAG焊接。MAG焊接用于底板区域，焊接中央通道和轮罩，MAG焊接使车身拥有更高的强度。MIG焊应用于底板部分区域、总拼和侧围工段，可以使焊接车身外表美观，车体焊接后不易变形，同时还具有更好的防腐蚀作用。
2CMT焊接工艺分析与实验
CMT焊具有更高的焊接速度。CMT过渡焊使电弧不停的燃烧、熄灭，每1s产生70多次的高频率运动，而电弧每重新引燃一次就修正一次电弧，保持电弧的稳定性，在干伸长或焊接速度改变的情况下，电弧长度也能保持一致。这样就保证了CMT电弧的稳定性，即使在焊接速度极快的前提下，也不会出现断弧的情况。
影响焊接质量的主要因素有：焊接电流；焊接电压；焊接速度；焊枪姿态；保护气体流量；其他参数。影响焊接效果的因素还有很多，如角型材料的焊接角度及焊接位置等。
2.1焊接电流的变化对焊接质量的影响
其他焊接条件固定不变时，增大焊接电流将会产生如下影响：增加熔深深度和宽度、增加熔敷率、增加焊缝截面的尺寸。
由图3可见，增加焊接电流可以增加熔深。对于较厚的焊接板材，一定要适当增大焊接电流，才能得到更好的焊接质量；而薄板材如果使用大的焊接电流，则可能会烧穿。
2.2焊接电压的变化对焊接质量的影响
2.3焊接速度的变化对焊接质量的影响
焊机的焊接速度由机器人焊接轨迹的运行速度来决定：机器人焊接轨迹运行的速度越快，焊接速度越快，则焊缝就越细。因此，经过多次的焊接实验，寻找焊接节拍和焊接质量的平衡点，最终仪征车身车间焊接速度设定在80cm/min左右。
2.4.1焊接角度及焊丝干伸长对焊接质量的影响
根据现场实践，焊枪角度一般设置为0～15°（见图6）。设置角度过大，直接表现为焊枪的喷嘴边缘与车身的距离变小，因此在车身尺寸的某个部位出现匹配偏差较大时，就会出现喷嘴与工件干涉的情况，从而导致焊接报故障、停止焊接。
焊丝的干伸长也要设置合理，大约为15mm（见图6）。根据现场经验，干伸长设置为10～13mm之间，为焊接最稳定干伸长。如果干伸长过长，焊接时就会发生引弧失败的情况。
2.4.2保护气体对焊接质量的影响
保护气体量不宜过大，也不宜过小，需要根据现场实践来调节。如气体量过大，焊接熔池会被吹散，且焊缝会有气孔产生；保护气体量过小，无法起到最佳保护效果，也会容易产生气孔（见图7a）。
在车身车间，保护气体量是固定的，如果出现由保护气体导致的焊接缺陷，大多是由于气体保护管路出现问题。还有就是喷嘴焊渣过多（见图7b），致使保护气体量不足。由于在使用过程中，MAG焊会产生很大的飞溅，容易将喷嘴堵塞，减少保护气体流量，所以要定时使用清枪器清理焊枪喷嘴内的飞溅焊渣，并喷洒防溅液。
2.4.3机器人焊接轨迹优化对焊接质量的影响
如果焊接节拍允许的话，还可以采用机器人摆动编程轨迹，可以更好的优化焊接质量。由于底板存在零件之间匹配偏差情况，会经常出现实际焊接位置与需要焊接位置有偏差。如果节拍允许，可以将直线轨迹改为摆动轨迹，这样，焊接时对板材匹配的容错能力就变大了，即使零件尺寸出现一些小的波动，也能保证焊接质量。机器人运行轨迹可以设置成三角形、梯形、不对称梯形、螺旋形等，如表1所示。
2.4.4弧长修正对焊接质量的影响（见表2）
电弧长度的范围是+30～–30mm，但是对于CMT来说，弧长修正的范围设置在+5～-5mm，焊接质量能达到最优效果。
2.4.5起弧电流和收弧电流对焊接质量的影响
为保证顺利引弧，通常要单独设置起弧电流，起弧电流要稍大于焊接电流。为保证顺利收弧，防止咬边，还需要单独设置收弧电流，收弧电流要略小于焊接电流。
StartingcurrentIs设置为135%，含义为起弧电流为正常焊接电流的135%，即大电流起弧，保证焊接起弧的可靠性。Finalcurrent为设置收弧电流，设置值为50%，保证顺利收弧，且不会出现咬边缺陷。
3结束语
通过对CMT焊接原理的学习和对影响焊接质量的主要因素做试验分析，焊接时设置合理的焊接参数，可以使汽车车身采用更强更少的材料，焊缝美观，更好的降低车身重量、降低车辆制造成本、降低油耗，并减小焊接时板材变形和提高焊接速度，大幅减轻重量的同时增加车身刚度和抗冲击能力，从而提高耐疲劳性。