丹东激光焊接机

前言

在运输行业（航空航天、汽车…），减轻产品的自重是一项重要的任务，这可以通过选用不同特性的材料来实现，从而获得两种材料的综合优点。铝合金具有其耐腐蚀好、焊接性能好、重量轻等特点；钢是工业应用中最广泛的材料，因而研究这两种材料的连接具有经济价值。例如，许多汽车顶部结构采用铝合金材料，底盘采用钢材，这样既可以减少汽车的重量，又可降低汽车的重心。然而目前，钢与铝的连接仍然大多数采用机械方式，如压紧，铆接。极少数也采用热加工的连接方法如：摩擦焊、点焊、爆炸焊、电子束焊、激光+挤压等，但这些工艺受太多条件的限制（如工件尺寸，接头的形式、焊接位置等）

1钢与铝焊接存在的问题

由于两种材料有着不同的化学和物理性能，如熔点、热膨胀系数弹性模量等（见表-），因而通过热加工的焊接工艺来。

钢

铝

熔点°C

1536

660

弹性模量N/mm²

20400

6750

密度（20℃）g/cm³

7.8

2.7

热传导率W/mK

46

222

标准电压（在25℃）V

-0.44

-2.34

最大的问题是铝与钢易形成非常硬和脆的IMP相（intermetallicphases），并且焊接热输入量越大，生成的IMP相就越多。这种脆性相严重破坏接头的静态和动态的强度，以及恶化接头的塑性。

二元的AL-Fe相位图

在图中左边可以看出铁在固熔状态下是可以熔解一部份铝，但当铝的含量超过12%，晶体结构发生根本的改变，形成FeAL(β)，Fe3Al(β)混合物，这些混合物是非常硬(250-520HV)和脆的。如果铝在铁中的含量进一步提高，就会形成Fe2Al(ξ),Fe2Al5(η)和FeAl3(θ)混合物，这些混合物硬度更高(600–1100HV)，更脆。这种脆性物的产生是由于铁在铝中的扩散或是铝在铁中的扩散。当两种不同材料电化学，就会发生分子扩散以弥补电位差，电（铁和铝的△E~1.22V），扩散的趋势就越大，如果两种材料都是处于液态，则扩散就更容易。然而，当焊接接头的IMP脆性相的(10µm)，它的脆性特点就变成次要的，于母材延展性能。（举例：玻璃=易脆的Û纤维玻璃=柔软的）

另一主要问题腐蚀问题，由于两种材料电化学电位差别较大，只要存在电位差，就会有电解发生（原理相当于电池），而铝电位低，因而是负极，会随着电解而腐蚀。

综上所述，要实现钢与铝的焊接需要满足两个要求：

++接头处的IMP相10µm

++防止焊后母材的腐蚀

要实现这两个要求，首先需要热输入量低的工艺，其次需采用特殊的焊丝或焊后对焊缝进行防腐蚀处理

2.

CMT是ColdMetalTransfer的缩写，由于其热输入量比普通的GMAW焊要低得多，因而命名为Cold。

CMT冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的，但同普通GMAW不同的是，送丝不是一成不变的往前送，焊丝不仅有向前送丝的运动，而且还有往回抽的动作。其焊接过程是：电弧燃烧，焊丝往前送，直到形成熔滴短路，在这一刻，送丝速度倒转过来，焊丝往回抽，。当下一个开路形成后，电弧重新燃起，焊丝又住前送，熔滴过渡重新开始。这种送丝/回抽运动的平均频率高达70Hz。

CMT技术实现了无电流状态下的熔滴过渡。焊丝，电流即转变为小的短路电流，送丝机停止送丝并自动回抽焊丝。这样就减少了电弧，，大幅降低热输入量。焊接过程就是在冷热交替中循环往复;短路后焊丝的回抽运动促进了焊丝与熔滴的分离，通过对短路的控制，实现较小的短路电流，从而使熔滴过渡过程无飞溅。精确的熔滴过渡及分离控制保证了每个过渡周期内过渡到焊缝的填充金属的量都是相等的。

。传统的GMA焊接方法，电弧的稳定性往往受到工件表面状态及焊接速度的影响。但在CMT工艺中，系统会根据实际情况自动调节保持电弧长度不变，就是说不管工件的表面状态如何或焊接速度有多快，电弧都能够保持稳定。所以CMT工艺可以应用在任意的场合或任意的焊接位置

同普通的短路过渡相比有以下不同：

++普通短路过渡是通过大的短路电流形成断桥来实现的，而CMT焊接是通过焊丝回抽的运动来促进熔滴过渡

++普通短路过渡短路电流大，而CMT，整个焊接过程就是高频率的“热-冷-热”转换的过程，因而大幅降低热输入量。

++普通短路过，而CMT是焊丝回抽帮助熔滴脱落，焊接过程没有任何飞溅

3.

实现这种连接的前提是钢板必需要镀锌的，铝材的厚度范围是0.8-0.3mm，填充材料采用铝硅材料，通过熔化铝材和钎焊钢表面的锌形成焊缝接头（见图-左）

从图-左图中可以清楚看到，铝这边是熔焊上的，而钢这边是钎焊上的。从图-右，可以看到，IMP脆性相只有2.41µm。

在所有的实验中IMP相的厚度都是低于10µm，因而接头的性能更多的是受母材性能的影响，而不是接头中的IMP相，在强度测试过程断裂处总是发生在铝的热影响区，。下表是种测试的强度平均值