CMT
Главная » Технологии » CMT
CMT процесс – это MIG/MAG процесс, который имеет абсолютно новый тип отрыва капли. Это позволяет применять CMT процесс там, где раньше технологии MIG/MAG сварки либо не применялись, либо их было крайне затруднительно применять.
CMT означает Cold Metal Transfer (Холодный перенос металла). Из названия понятно, что процесс позволяет осуществлять «холодный» перенос металла при сварке или пайке. По сравнению с обычным MIG/MAG процессом, здесь вкладывается значительно меньше тепла (см. рис. ниже – оба шва были сделаны при скорости подачи проволоки в 5м/мин, проволока и материал — AlSi 5 1.2 mm//AlMg 3/2 mm).
Dip-transfer arc CMT дуга
Как было сказано выше, уменьшенный ввод тепла достигается за счет нового способа отделения капли от электрода.
Как это работает:
Процесс основан на сварке коротким замыканием. Во время такого процесса образование короткого замыкания сопровождается значительным повышением тока (резким понижением напряжения и повышением сопротивления), что непременно приводит к повышению тепловложения в основной металл. С CMT дугой ситуация иная, при первом обнаружении короткого замыкания ток снижается до минимально допустимого значения, в то же время происходит отрыв капли за счет обратного движения сварочной проволоки (последовательность процесса см.на картинках ниже). Вот почему перенос металла осуществляется при значении тока практически равном нулю и поэтому вклад тепла очень мал (поэтому и называется CMT — холодный перенос металла).
• Во время горения дуги сварочная проволока подводится к ванне.
• В момент входа сварочной проволоки в сварочную ванну дуга гасится, ток снижается для исключения разрыва перемычки.
• В момент короткого замыкания ток снижается до минимума, сварочная проволока отводится назад для облегчения отделения капли.
• Проволока снова подаётся в сварочную ванну, зажигается дуга, начинается новый цикл сварки
На нижеприведенных иллюстрациях показана последовательность фотографий, поясняющая рассматриваемый процесс
Последовательность действий в цикле CMT сварки.
В зависимости от того, какая характеристика была выбрана, это возвратно поступательное движение может повторяться до 70 раз в секунду. Кроме того, две особенности, отмеченные выше (1-ая перенос металла без тока (условно) и 2-ая возвратно поступательное движение электрода), а также 3-я особенность – движение проволоки, должны быть включены в систему управления.
2. Преимущества и диапазон мощностей.
Эта технология имеет следующие преимущества по сравнению с обычными процессами MIG/MAG сварки:
• Благодаря малому тепловложению легкие и сверхлегкие листы (толщина менее 0,3 мм) могут быть соединены с наилучшим результатом (в случае механизированной и автоматизированной сварки). Это именно та область, для которой был разработан CMT процесс.
• Применяемый здесь способ контроля, позволяет измерять длину дуги и механически ее регулировать. Благодаря особому способу контроля процесса, длина дуги измеряется и регулируется скорее «механически», чем «электрически» за счет измерений напряжения, как это происходит в обычных MIG/MAG процессах. Это делает CMT процесс не чувствительным к поверхности деталей, к изменениям в скорости сварки, которые изменяют величину напряжения, а, следовательно, и длину дуги. В результате мы получаем очень стабильную дугу. Кроме того, это означает также и то, что в случае каких либо быстрых изменений при роботизированной сварке дуга не будет прерываться.
• Просмотрев видео обучающей презентации, мы смогли убедиться, что разработанный способ управления процессом не ориентируется на скорость сварки даже если она увеличена до максимума, и не ориентируется на величину вылета. Это также означает высокую стабильность дуги, а значит, и процесса.
• Другое значительное преимущество заключается в отсутствии брызг при сварке и пайке. Особенно видна разница при CMT наплавке по сравнению с обычной наплавкой.
• Также CMT процесс обеспечивает хорошее «покрытие» зазоров между свариваемыми деталями и более высокие скорости сварки и наплавки по сравнению с обычными процессами.
• Более стабильный сварочный процесс за счёт механического слежения за дугой.
• Практически полное отсутствие брызг даже при работе в СО2
• Сварка в совмещённом режиме с пульсом, влияет на проплавление и геометрию шва.
• Возможность сварки по большому зазору, ниже требования к оснастке.
• Высокая скорость сварки в ручном режиме
(в 1.5 ÷ 2 раза выше традиционного полуавтомата)
Диапазон мощностей:
Как было сказано выше, CMT процесс основан на сварке коротким замыканием и поэтому имеет принципиально такой же диапазон мощности.
Диапазон мощности CMT дуги
Как видно из рисунка, верхний предел CMT дуги совпадает с верхним пределом стандартной дуги при сварке коротким замыканием. Однако из-за стабильности дуги нижний предел определяется геометрией шва.
Для некоторого увеличения этого предела был разработан ряд мер, направленный на создание так называемого режима «PulseMix» смешанный пульс. В этом режиме работы, циклы пульсации определенным образом «смешиваются» с циклами CMT для того, чтобы ввести чуть большее количество тепла в металл. Но это не влияет на преимущества высокой стабильности дуги и отсутствие брызг.
3. Возможные области применения CMT процесса:
CMT процесс превосходно подходит для соединения легких и ультра легких листов. Также очевидны преимущества при соединении алюминиевых материалов, толщиной до 3 мм, CrNi материалов (типа нержавеющих сталей, жаропрочных никелевых сплавов и т.п.) и сталей толщиной до 2мм. При наплавке на оцинкованные листы (покрытие, полученное электролитическим или способом погружения) главное преимущество в практически полном отсутствии брызг. Для всех вышеперечисленных применений имеется общее преимущество – сварка и наплавка осуществляются на скоростях выше тех, которые характерны для обычных процессов сварки и наплавки (зависит от геометрии, желаемого значения проплавления и величины размера «а»).
Есть и несколько иное применение – соединение алюминия с оцинкованной сталью (комментарии в конце раздела).
Алюминиевые материалы:
Совершенно определенные преимущества видны при соединении листов из любых сплавов в диапазоне толщин от 0.3 до 3.0 мм. Используемые здесь присадочные материалы – это сплавы AlSi и AlMg. Чистый аргон используется в качестве защитного газа. Можно принять, что вышеописанные преимущества будут максимальны для всех CMT процессов, для которых не требуется большого проплавления, или где толщина соединяемых деталей не превышает 1мм. Типичный пример – сварка алюминиевых пластин встык, толщиной 0.8 мм без подкладки. Проволока диаметром 1.2 мм, а скорость сварки 150 cm/min (см.рис. ниже).
Стыковое соединение Al – Al, 0.8 мм, без подкладки
Однако, такой результат справедлив не только для стыковых соединений.
Там где используются CMT процессы, пользователи должны принять, что заполнение шва всегда будет больше (толще), и тенденция к сужению ширины сварочного шва (в зависимости от скорости сварки).
Естественно, что при использовании режима «PulseMix» возрастет ширина шва и увеличится проплавление. Режим «PulseMix» должен использоваться на толщинах более 1.5 mm, при любой геометрии соединений. Преимущество здесь в том, что допустимые скорости сварки больше, чем при обычных процессах. Так, например, если вы хотите получить шов с увеличенным размером «а», то вам необходимо работать в режиме «PulseMix».
CrNi материалы
С CrNi материалами процесс имеет преимущества при соединении листов толщиной до 2 мм. Эти преимущества используются при повышенных скоростях сварки. Характеристика «PulseMix» используется, например, для угловых швов (для лучшего смачивания между стенками).
Наплавка оцинкованных листов.
Главные преимущества CMT процесса — это, во-первых, получение швов фактически без брызг, во-вторых, швы не пористые, в-третьих, высокие скорости наплавки. Поскольку мы озабочены отсутствием брызг на поверхности деталей, то необходимо четко разделить типы цинкового покрытия. В случае наплавки на листы с цинковым покрытием, полученным электролитическим способом, допустимы высокие скорости наплавки (150 см\мин) при практически полном отсутствии брызг. Однако, для минимизации брызг на деталях с цинковым покрытием, выполненным способ горячего цинкования, необходимо снизить скорости наплавки (примерно до 70 — 80 см/мин). Кроме того, лучшие результаты (касательно скорости наплавки и внешнего вида шва) могут быть достигнуты за счет увеличения «ведущего» угла наклона горелки (30°). В любом случае, пользователь должен получить увеличенный слой наплавки по сравнению с обычными процессами MIG наплавки пульсирующей дугой.
Присоединение стали к алюминию:
Для соединения стали с алюминием необходимо учитывать и выполнять 2 важных условия:
Система основана на стандартных компонентах Фрониус, которые комбинируются между собой следующим образом:
Примерная конфигурация для базисного CMT процесса
CMT система сконструирована только для механизированного или автоматизированного применения. Система имеет следующие компоненты:
Оборудование для процесса CMT
Процесс CMT выполняется исключительно с полностью цифровыми инверторными источниками питания. Принципиально сварочная система использует новейшее оборудование для сварки MIG/MAG, но с учетом специфических требований. Прежде всего, достоин внимания высоко-динамичный встроенный в сварочную горелку механизм подачи проволоки. Как только источник питания обнаруживает короткое замыкание, производится возвратное движение сварочной проволоки, с одновременным понижением сварочного тока. В результате отделяется капля. Каждую секунду происходит до 90 чередований «горячей» и «холодной» фаз, что значительно снижает тепловложение в свариваемое изделие. Тепло поступает в металл во время короткой «горячей» фазы горения дуги. В фазе отвода проволоки (холодной) в образующуюся сварочную ванну вводится только одна капля металла. В результате улучшается заполнение зазора, отсутствует необходимость использования подкладки, уменьшаются деформации, практически отсутствует разбрызгивание и сокращается механическая обработка после сварки.
• Источник сварочного тока TPS 3200 / 4000 / 5000 CMT
• Блок дистанционного управления RCU 5000i (опция)
• Блок охлаждения горелки FK 4000 R
• Интерфейс робота (возможность использовать в составе автоматизированных систем)
• Проволокоподающий механизм VR 7000 CMT
• Горелка (ручная или роботизированная)
• Проволочный буфер (обеспечивает независимость приводов проволокоподающего механизма и горелки)
Заключение
Процесс CMT представляет собой простой в применении способ соединения стали с алюминием. Помимо того CMT обладает более чем удовлетворяющими механически-технологическими качествами. Внимание привлекает не только соединение стали с алюминием, но и также целый спектр перспективных способов применения. Сюда относится пайка без образования брызг листов с покрытием, также как и сварка тонкостенных алюминиевых листов или сварка магния. Проводятся многочисленные испытания, которые определят, какие еще, дальнейшие возможности применения раскроются перед процессом CMT.
CMT
1. Что за процесс и как он работает?CMT процесс – это MIG/MAG процесс, который имеет абсолютно новый тип отрыва капли. Это позволяет применять CMT процесс там, где раньше технологии MIG/MAG сварки либо не применялись, либо их было крайне затруднительно применять.
CMT означает Cold Metal Transfer (Холодный перенос металла). Из названия понятно, что процесс позволяет осуществлять «холодный» перенос металла при сварке или пайке. По сравнению с обычным MIG/MAG процессом, здесь вкладывается значительно меньше тепла (см. рис. ниже – оба шва были сделаны при скорости подачи проволоки в 5м/мин, проволока и материал — AlSi 5 1.2 mm//AlMg 3/2 mm).
Dip-transfer arc CMT дуга
Как было сказано выше, уменьшенный ввод тепла достигается за счет нового способа отделения капли от электрода.
Как это работает:
Процесс основан на сварке коротким замыканием. Во время такого процесса образование короткого замыкания сопровождается значительным повышением тока (резким понижением напряжения и повышением сопротивления), что непременно приводит к повышению тепловложения в основной металл. С CMT дугой ситуация иная, при первом обнаружении короткого замыкания ток снижается до минимально допустимого значения, в то же время происходит отрыв капли за счет обратного движения сварочной проволоки (последовательность процесса см.на картинках ниже). Вот почему перенос металла осуществляется при значении тока практически равном нулю и поэтому вклад тепла очень мал (поэтому и называется CMT — холодный перенос металла).
• Во время горения дуги сварочная проволока подводится к ванне.
• В момент входа сварочной проволоки в сварочную ванну дуга гасится, ток снижается для исключения разрыва перемычки.
• В момент короткого замыкания ток снижается до минимума, сварочная проволока отводится назад для облегчения отделения капли.
• Проволока снова подаётся в сварочную ванну, зажигается дуга, начинается новый цикл сварки
На нижеприведенных иллюстрациях показана последовательность фотографий, поясняющая рассматриваемый процесс
Последовательность действий в цикле CMT сварки.
В зависимости от того, какая характеристика была выбрана, это возвратно поступательное движение может повторяться до 70 раз в секунду. Кроме того, две особенности, отмеченные выше (1-ая перенос металла без тока (условно) и 2-ая возвратно поступательное движение электрода), а также 3-я особенность – движение проволоки, должны быть включены в систему управления.
2. Преимущества и диапазон мощностей.
Эта технология имеет следующие преимущества по сравнению с обычными процессами MIG/MAG сварки:
• Благодаря малому тепловложению легкие и сверхлегкие листы (толщина менее 0,3 мм) могут быть соединены с наилучшим результатом (в случае механизированной и автоматизированной сварки). Это именно та область, для которой был разработан CMT процесс.
• Применяемый здесь способ контроля, позволяет измерять длину дуги и механически ее регулировать. Благодаря особому способу контроля процесса, длина дуги измеряется и регулируется скорее «механически», чем «электрически» за счет измерений напряжения, как это происходит в обычных MIG/MAG процессах. Это делает CMT процесс не чувствительным к поверхности деталей, к изменениям в скорости сварки, которые изменяют величину напряжения, а, следовательно, и длину дуги. В результате мы получаем очень стабильную дугу. Кроме того, это означает также и то, что в случае каких либо быстрых изменений при роботизированной сварке дуга не будет прерываться.
• Просмотрев видео обучающей презентации, мы смогли убедиться, что разработанный способ управления процессом не ориентируется на скорость сварки даже если она увеличена до максимума, и не ориентируется на величину вылета. Это также означает высокую стабильность дуги, а значит, и процесса.
• Другое значительное преимущество заключается в отсутствии брызг при сварке и пайке. Особенно видна разница при CMT наплавке по сравнению с обычной наплавкой.
• Также CMT процесс обеспечивает хорошее «покрытие» зазоров между свариваемыми деталями и более высокие скорости сварки и наплавки по сравнению с обычными процессами.
• Более стабильный сварочный процесс за счёт механического слежения за дугой.
• Практически полное отсутствие брызг даже при работе в СО2
• Сварка в совмещённом режиме с пульсом, влияет на проплавление и геометрию шва.
• Возможность сварки по большому зазору, ниже требования к оснастке.
• Высокая скорость сварки в ручном режиме
(в 1.5 ÷ 2 раза выше традиционного полуавтомата)
Диапазон мощностей:
Как было сказано выше, CMT процесс основан на сварке коротким замыканием и поэтому имеет принципиально такой же диапазон мощности.
Диапазон мощности CMT дуги
Как видно из рисунка, верхний предел CMT дуги совпадает с верхним пределом стандартной дуги при сварке коротким замыканием. Однако из-за стабильности дуги нижний предел определяется геометрией шва.
Для некоторого увеличения этого предела был разработан ряд мер, направленный на создание так называемого режима «PulseMix» смешанный пульс. В этом режиме работы, циклы пульсации определенным образом «смешиваются» с циклами CMT для того, чтобы ввести чуть большее количество тепла в металл. Но это не влияет на преимущества высокой стабильности дуги и отсутствие брызг.
3. Возможные области применения CMT процесса:
CMT процесс превосходно подходит для соединения легких и ультра легких листов. Также очевидны преимущества при соединении алюминиевых материалов, толщиной до 3 мм, CrNi материалов (типа нержавеющих сталей, жаропрочных никелевых сплавов и т.п.) и сталей толщиной до 2мм. При наплавке на оцинкованные листы (покрытие, полученное электролитическим или способом погружения) главное преимущество в практически полном отсутствии брызг. Для всех вышеперечисленных применений имеется общее преимущество – сварка и наплавка осуществляются на скоростях выше тех, которые характерны для обычных процессов сварки и наплавки (зависит от геометрии, желаемого значения проплавления и величины размера «а»).
Есть и несколько иное применение – соединение алюминия с оцинкованной сталью (комментарии в конце раздела).
Алюминиевые материалы:
Совершенно определенные преимущества видны при соединении листов из любых сплавов в диапазоне толщин от 0.3 до 3.0 мм. Используемые здесь присадочные материалы – это сплавы AlSi и AlMg. Чистый аргон используется в качестве защитного газа. Можно принять, что вышеописанные преимущества будут максимальны для всех CMT процессов, для которых не требуется большого проплавления, или где толщина соединяемых деталей не превышает 1мм. Типичный пример – сварка алюминиевых пластин встык, толщиной 0.8 мм без подкладки. Проволока диаметром 1.2 мм, а скорость сварки 150 cm/min (см.рис. ниже).
Стыковое соединение Al – Al, 0.8 мм, без подкладки
Однако, такой результат справедлив не только для стыковых соединений.
Там где используются CMT процессы, пользователи должны принять, что заполнение шва всегда будет больше (толще), и тенденция к сужению ширины сварочного шва (в зависимости от скорости сварки).
Естественно, что при использовании режима «PulseMix» возрастет ширина шва и увеличится проплавление. Режим «PulseMix» должен использоваться на толщинах более 1.5 mm, при любой геометрии соединений. Преимущество здесь в том, что допустимые скорости сварки больше, чем при обычных процессах. Так, например, если вы хотите получить шов с увеличенным размером «а», то вам необходимо работать в режиме «PulseMix».
CrNi материалы
С CrNi материалами процесс имеет преимущества при соединении листов толщиной до 2 мм. Эти преимущества используются при повышенных скоростях сварки. Характеристика «PulseMix» используется, например, для угловых швов (для лучшего смачивания между стенками).
Наплавка оцинкованных листов.
Главные преимущества CMT процесса — это, во-первых, получение швов фактически без брызг, во-вторых, швы не пористые, в-третьих, высокие скорости наплавки. Поскольку мы озабочены отсутствием брызг на поверхности деталей, то необходимо четко разделить типы цинкового покрытия. В случае наплавки на листы с цинковым покрытием, полученным электролитическим способом, допустимы высокие скорости наплавки (150 см\мин) при практически полном отсутствии брызг. Однако, для минимизации брызг на деталях с цинковым покрытием, выполненным способ горячего цинкования, необходимо снизить скорости наплавки (примерно до 70 — 80 см/мин). Кроме того, лучшие результаты (касательно скорости наплавки и внешнего вида шва) могут быть достигнуты за счет увеличения «ведущего» угла наклона горелки (30°). В любом случае, пользователь должен получить увеличенный слой наплавки по сравнению с обычными процессами MIG наплавки пульсирующей дугой.
Присоединение стали к алюминию:
Для соединения стали с алюминием необходимо учитывать и выполнять 2 важных условия:
- • Процесс с минимальным вложением тепла.
- • Стальные листы должны быть оцинкованные.
- • TransPuls Synergic 3200/4000/5000/ MV источник питания
Система основана на стандартных компонентах Фрониус, которые комбинируются между собой следующим образом:
Примерная конфигурация для базисного CMT процесса
CMT система сконструирована только для механизированного или автоматизированного применения. Система имеет следующие компоненты:
Оборудование для процесса CMT
Процесс CMT выполняется исключительно с полностью цифровыми инверторными источниками питания. Принципиально сварочная система использует новейшее оборудование для сварки MIG/MAG, но с учетом специфических требований. Прежде всего, достоин внимания высоко-динамичный встроенный в сварочную горелку механизм подачи проволоки. Как только источник питания обнаруживает короткое замыкание, производится возвратное движение сварочной проволоки, с одновременным понижением сварочного тока. В результате отделяется капля. Каждую секунду происходит до 90 чередований «горячей» и «холодной» фаз, что значительно снижает тепловложение в свариваемое изделие. Тепло поступает в металл во время короткой «горячей» фазы горения дуги. В фазе отвода проволоки (холодной) в образующуюся сварочную ванну вводится только одна капля металла. В результате улучшается заполнение зазора, отсутствует необходимость использования подкладки, уменьшаются деформации, практически отсутствует разбрызгивание и сокращается механическая обработка после сварки.
• Источник сварочного тока TPS 3200 / 4000 / 5000 CMT
• Блок дистанционного управления RCU 5000i (опция)
• Блок охлаждения горелки FK 4000 R
• Интерфейс робота (возможность использовать в составе автоматизированных систем)
• Проволокоподающий механизм VR 7000 CMT
• Горелка (ручная или роботизированная)
• Проволочный буфер (обеспечивает независимость приводов проволокоподающего механизма и горелки)
Заключение
Процесс CMT представляет собой простой в применении способ соединения стали с алюминием. Помимо того CMT обладает более чем удовлетворяющими механически-технологическими качествами. Внимание привлекает не только соединение стали с алюминием, но и также целый спектр перспективных способов применения. Сюда относится пайка без образования брызг листов с покрытием, также как и сварка тонкостенных алюминиевых листов или сварка магния. Проводятся многочисленные испытания, которые определят, какие еще, дальнейшие возможности применения раскроются перед процессом CMT.