STT和CMT技術(shù)綜述.doc

表面過渡技術(shù)STT綜述STT技術(shù)是一種新型焊接方法，具有焊接速度快、焊縫成形好、焊接缺陷易控制、飛濺少、容易操作等特點，并能使用多種保護氣體。STT技術(shù)是美國林肯公司20世紀90年代的專利技術(shù)。它采用波形控制電源，是一種表面張力過渡焊。STT技術(shù)適用于碳鋼、不銹鋼的焊接，并能使用各種保護氣體，具有根焊速度快、焊縫正背面成形好、焊接缺陷易控制、飛濺少、容易操作等特點。1、STT 原理美國林肯公司研制開發(fā)了一類專用于CO2氣體保護焊的電源，使用這一電源能極大地減少焊接時的飛濺，改善焊縫成形，其優(yōu)越性已經(jīng)在工程實踐中得到證實， 使飛濺減少了8085。CO2氣體保護焊電源能減少飛濺的根本原因是采用了STT控制技術(shù)。CO2氣體保護焊最大的缺陷是飛濺，飛濺形成的原因是由于CO2氣體保護焊在焊接時其熔滴過渡的方式是短路過渡， 當(dāng)焊絲與熔池金屬之間形成液態(tài)金屬“小橋”時，較大的短路電流流過逐漸變細的“小橋”，生較大的電阻熱，電爆破理論認為，短路過程中形成的液態(tài)“小橋”被急劇加熱，過量的能量積累導(dǎo)致液態(tài)“小橋”汽化爆斷，引起飛濺。根據(jù)電爆破理論，電爆破能量主要由在液態(tài)“小橋” 爆破前100150s內(nèi)的短路電流所決定的。所以，控制飛濺也就是主要將液態(tài)小橋爆破前150s內(nèi)的短路電流迅速減下來。又由于CO2氣體保護焊的過渡頻率在每秒幾十次，這種積累的飛濺量很大，焊縫成形也受到破壞。STT控制的焊接方法就是從根本上解決了液態(tài)“小橋”汽化爆斷的問題，其核心在形成短路“小橋”后焊接電流瞬間減小，在表面張力、重力和電磁力的作用下，拉斷金屬“小橋”，使熔滴由短路過渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^渡。這種方法其實質(zhì)就是利用電弧本身作為傳感器來檢測電弧電壓，根據(jù)電壓來判斷熔滴過渡的瞬時形態(tài)，從而根據(jù)檢測到的電弧電壓的變化，按照STT 的要求控制瞬時電弧電流的變化，利用表面張力的作用達到熔滴平穩(wěn)過渡的目的。2、STT+C02自動焊及控制原理焊接作為材料連接及成型工藝，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)中不可缺少的部分。電弧焊仍是眾多焊接工藝中應(yīng)用最廣泛的，而氣體保護自動焊是電弧焊較為先進的工藝技術(shù)，它在長輸管道的建設(shè)中已逐步取代手工焊。但是氣體保護自動焊尤其是CO2氣體保護自動焊有一嚴重的缺陷飛濺。為減小飛濺的產(chǎn)生，人們采取了各種技術(shù)手段，但收效甚微，使用TIG焊或MIG焊高昂的成本阻礙了這種方法的廣泛應(yīng)用。CO2氣體保護焊電源能減少飛濺的根本原因是采用了STT(Surface Tension Transfer)控制技術(shù)。大家知道CO2氣體保護焊最大的缺陷是飛濺，飛濺形成的原因是由于CO2氣體保護焊在焊接時其熔滴過渡的方式是短路過渡，即當(dāng)焊絲與熔池金屬之間形成液態(tài)金屬“小橋”時，較大的短路電流流過逐漸變細的“小橋”，產(chǎn)生較大的電阻熱，電爆破理論認為短路過程中形成的液態(tài)“小橋”被急劇加熱，過量的能量積累導(dǎo)致液態(tài)“小橋”氣化爆斷，引起飛濺。爆炸的能量為液態(tài)小橋中所積聚的總的氣化熱能P， 根據(jù)電爆破理論，電爆破能量主要由在液態(tài)“小橋”爆破前100150 s內(nèi)的短路電流所決定的。所以控制飛濺也就是主要將液態(tài)小橋爆破前150s內(nèi)的短路電流迅速減下來。又由于CO2氣體保護焊的過渡頻率在每秒幾十次，這種積累的飛濺量很大，焊縫成型也受到破壞。STT控制的焊接方法就是從根本上解決了液態(tài)“小橋”氣化爆斷的問題，其核心就是在形成短路“小橋”后焊接電流瞬間減小，在表面張力、重力和電磁力作用下，拉斷金屬“小橋”，使熔滴由短路過渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^渡。這種方法其實質(zhì)就是利用電弧本身作為傳感器來檢測電弧電壓，根據(jù)電壓來判斷熔滴過渡的瞬時形態(tài)，從而根據(jù)檢測到的電弧電壓的變化，按照STT的要求控制瞬時電弧電流的變化，利用表面張力的作用達到熔滴平穩(wěn)過渡的目的。3、STT工藝參數(shù)對焊縫成形的影響3.1、STT焊接技術(shù)特點（1）、輸入減少，可以減少根部焊縫的焊接變形以及熱影響區(qū)的面積。（2）、與傳統(tǒng)的焊接方法相比，飛濺減少了90，煙塵減少了5070，因此，焊縫的周圍比較干凈。（3）、對焊工的要求降低，同時正、反面成形均勻一致，邊緣融合得更好，甚至可以進行0.6 mm板材的仰焊。（4）、降低了對焊縫裝配誤差的要求。（5）、在焊接薄板和根部打底焊中，可以取代TIG焊，從而提高生產(chǎn)效率。（6）、適用范圍廣，適于焊接各種非合金鋼、低合金鋼、高合金鋼和電鍍鋼。（7）、可以使用各種保護氣體，包括純氬氣、氦氣和二氧化碳氣體。3.2、焊接工藝參數(shù)（1）、送絲速度 通過控制該參數(shù)可控制熔敷效率和電流過渡頻率。但該參數(shù)對其他參數(shù)的依賴性較大， 其必須與其他的參數(shù)相匹配， 否則將引起焊縫成形差或飛濺大等缺陷。（2）、基值電流 其可控制焊縫形狀， 提供焊縫總體熱輸入量。基值電流太大會造成滴狀過渡和形成大的熔滴， 這樣會使飛濺增大， 而太小會引起焊絲抖動， 也會使焊縫金屬的潤濕性變差?；惦娏鞯拇笮∨c保護氣體相關(guān)，（CO2）100時，基值電流應(yīng)比富氬混合氣體時小一些。（3）、峰值電流 其可控制電弧長度與“電弧壓縮” 控制相似。峰值電流的作用是建立電弧長度和保證較佳的熔化。峰值電流大時會引起電弧瞬間變寬，同時增加了電弧長度。如果峰值電流設(shè)置太大，會形成滴狀過渡，太小時會引起電弧不穩(wěn)和焊絲抖動。實際焊接時，峰值電流的設(shè)置應(yīng)滿足最小的飛濺和熔池攪動作用。（CO2）100時，峰值電流應(yīng)比富氬混合氣體時大一些，而且電弧長度應(yīng)長一些，以減少飛濺。（4）、焊接速度 焊接速度對熔深和熔寬均有明顯的影響，焊接速度增加時， 從焊縫的熱輸入和熱傳導(dǎo)角度來看，焊縫的熔深和熔寬都會減小。（5）、熱起弧 設(shè)置熱起弧控制可以提高起弧的成功率，在焊縫起始點將增加2050的電流，保證有足夠的熱輸入以補償因工件溫度較低而散失的熱量。（6）、尾拖 根據(jù)需要給電弧增加熱量而不增加電弧長度，這樣可以提高潤濕性。一般來說尾拖增加，電弧在熔池上的面積增大，峰值、基值電流相對要減小。（7）、間隙 STT用于薄板對接焊時一般不需要開坡口，但該焊接方法對間隙較為敏感。以3.0mm材料為例，間隙大小控制在1.41.8mm為宜，否則將出現(xiàn)焊不透或焊穿的缺陷。由于STT有著熱輸入較小的特點，較厚的（4.0mm）的板材焊接往往需要較大的電流，但改變某些工藝參數(shù)便可避免這一情況。4、STT 的工藝適用性結(jié)合資料與試驗，STT應(yīng)用于焊接時，其施焊對象厚度下限為0.6mm。受STT 電源功率的限制，對于4.0mm板材以1.0mm焊絲施焊時，無論間隙大小，均不能將板材焊透。此時可以通過改變焊接結(jié)構(gòu)來解決。試驗表明，對4.0mmQ235鋼板， 只要開鈍邊為0，坡口角度為60的V形坡口，就完全可以采用3.0mm板材不開坡口的焊接工藝焊接，并且效果良好。冷金屬過渡技術(shù)CMT綜述CMT冷金屬過渡焊接技術(shù)是一種無焊渣飛濺的新型焊接工藝技術(shù)。所謂冷金屬過渡，是指數(shù)字控制方式下的短電弧和焊絲的換向送絲監(jiān)控。換向送絲系統(tǒng)由前、后兩套協(xié)同工作的焊絲輸送機構(gòu)組成，使焊絲的輸送過程為間斷送絲。后送絲機構(gòu)按照恒定的送絲速度向前送絲，前送絲機構(gòu)則按照控制系統(tǒng)的指令以70 Hz的頻率控制著脈沖式的焊絲輸送。數(shù)字式焊接控制系統(tǒng)能夠根據(jù)電弧生成的開始時間自動降低焊接電流，直到電弧熄滅，并調(diào)節(jié)中脈沖式的焊絲輸送，這種脈沖式焊絲輸送有效改善了焊絲熔滴的過渡。在熔滴從焊絲上滴落之后，數(shù)字控制系統(tǒng)再次提高焊接電流，進一步將焊絲向前送出。之后，重新生成焊接電弧，開始新一輪的焊接過程。這種“冷一熱”之間的交替變化大大降低了焊接熱量的產(chǎn)生，并減少了焊接熱在被焊接件中的傳導(dǎo)。除此之外，還可實現(xiàn)多種功能：正確設(shè)置熔滴參數(shù)，實現(xiàn)更好的焊縫厚度過渡，并具有很高的焊接速度且不產(chǎn)生任何飛濺。1、CMT焊接技術(shù)工作原理CMT冷金屬過渡技術(shù)是在短路過渡基礎(chǔ)上開發(fā)的，普通的短路過渡過程如下：焊絲端部熔化形成熔滴，熔滴與熔池接觸形成短路，焊絲爆斷，短路時伴有大的電流和飛濺。而CMT技術(shù)在熔滴短路時，焊機得到短路信號后會切斷電流，同時焊絲的回抽運動幫助熔滴脫落，實現(xiàn)熔滴的冷過渡，消除了飛濺現(xiàn)象。CMT技術(shù)與普通MIG/MAG焊有明顯的不同：熔滴過渡時電壓和電流幾乎為零；將送絲運動同熔滴過渡過程相結(jié)合；利用焊絲的回抽力幫助熔滴脫落。2、CMT冷金屬過渡技術(shù)的特點2.1、良好的電弧穩(wěn)定性CMT焊接系統(tǒng)送絲過程受控并且和電弧過程相結(jié)合，可以機械檢測弧長并快速調(diào)節(jié)，這使得CMT的電弧非常的穩(wěn)定。2.2、精確的能量輸入控制CMT技術(shù)實現(xiàn)了無電流狀態(tài)下的熔滴過渡。當(dāng)短路電流產(chǎn)生，焊絲即停止前進并自動地回抽。在這種方式中，電弧自身輸入熱量的過程很短，短路發(fā)生，電弧即熄滅，熱輸入量迅速地減少，可以獲得最低能量的輸入。2.3、優(yōu)異的搭橋能力CMT技術(shù)具有優(yōu)異的電弧穩(wěn)定性和精確的低能量輸入，具有優(yōu)異的搭橋能力，對裝配間隙和錯邊的要求低，根焊焊道也可以獲得很好的背面成型。2.4、更快的焊接速度CMT過渡的頻率高達6070 Hz，焊絲主動回抽促進熔滴的脫落，焊接速度可達450600 mm/min，能夠明顯地提高焊接效率。3、CMT技術(shù)的應(yīng)用CMT技術(shù)幾乎可以應(yīng)用于所有已知的材料，擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括微電子器件、機車制造行業(yè)、航天領(lǐng)域、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。Fronius最新的CMT外部根焊管焊工藝在管道管理局進行的焊接演示中展示了其優(yōu)異的特性，被認定為西氣東輸工程的備選工藝之一。CMT焊接技術(shù)由于具有熱輸入量小、無飛濺、焊接速度快、焊接質(zhì)量好、裝配間隙容忍度高、焊接變形小、焊縫均勻一致等優(yōu)點，拓寬了普通MIGMAG焊難以涉及的領(lǐng)域，如薄板或超薄板(0330 mm)的焊接，電鍍鋅板或熱鍍鋅板的無飛濺CMT釬焊，鋼與鋁異種材料連接等領(lǐng)域。3.1、CMT技術(shù)鋼材表面熔覆在航空和航天領(lǐng)域及兵器制造業(yè)，為了改善鋼材的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和表面硬度，通常需要在鋼基體表面熔覆較薄的銅層 ，國內(nèi)外一些研究者早期采用堆焊技術(shù)熔覆銅，但堆焊是以基體作為一個電極，由于電弧加熱溫度和熱量分布不均勻，基體容易熔化，造成電弧堆焊稀釋率往往大于10 ，即使采用帶極堆焊稀釋率也相當(dāng)大，滲鐵成了堆焊工藝的技術(shù)難點與影響焊接性能的重要因素。近年來，同內(nèi)一些研究者采用感應(yīng)熔覆工藝、氣體保護連續(xù)爐中熔覆工藝、電弧熔覆工藝和熔鑄熔覆工藝等方法實現(xiàn)了無熔深表面熔覆，但熔覆工藝比較繁瑣，效率較低。利用CMT技術(shù)在30CrMnSi鋼板表面熔覆CuSi 可以得到稀釋率極低的熔覆層，熔覆層與基體間能夠?qū)崿F(xiàn)冶金結(jié)合，送絲速度為5.0 m/min，焊接速度為17.0 mm/s時，熔覆層的稀釋率極低。CMT熔覆技術(shù)具有稀釋率低及工藝簡單高效等優(yōu)點。3.2、鋁鎂異種金屬CMT焊接采用A1Si5焊絲對鋁鎂異種材料進行CMT焊接，由于超低的焊接熱輸入以及Si元素的添加阻止了脆性金屬化合物的形成，有利于提高接頭的強度。在鎂基體側(cè)產(chǎn)生了明顯的多層組織，包括同溶體、共晶組織、Mg17A112層和Mg2A13層，拉伸試驗中表現(xiàn)為典型的脆性斷裂。3.3、薄鋁板CMT焊接薄鋁板由于質(zhì)量輕、強度高在汽車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，解決薄鋁板的焊接問題是加速其應(yīng)用的重要因素。普通MIG焊由于容易造成燒穿，故難以用于薄鋁板的焊接。熱輸入小的短路焊接雖可以用于薄鋁板焊接但存在飛濺問題。CMT技術(shù)熱輸入小可以控制熔深，同時可以實現(xiàn)無飛濺的熔滴過渡，適用于薄鋁板焊接。利用CMT技術(shù)焊接1 mm厚薄鋁板時，間隙容忍度高，通過控制電流、電壓波形以及送絲機構(gòu)的送絲運動，熔滴過渡十分穩(wěn)定，焊縫成形美觀，無飛濺。CMT技術(shù)通過與脈沖MIG焊混合使用，可以增加鋁板的焊接厚度。3.4、鋼與鎳基合金異種材料CMT焊接鎳基合金具有優(yōu)異的高溫性能，在航空航天工業(yè)中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的爐中釬焊與真空釬焊由于熱輸入高，容易造成焊件的變形及鎳基合金的氧化。采用CMT技術(shù)焊接2 mm厚鎳基合金與不銹鋼的CMT焊接時，電流85 A，電壓12.6 V，焊接速度120 cm/min，送絲速度5 m/min