高效、高感知質量、低成本的工藝是汽車焊接制造領域追求的永恒目標，基于冷金屬電弧釬焊熱輸入量小、飛濺極少、焊縫成形美觀、焊接速度快等獨特優勢，從該工藝的技術原理、工藝過程進行分析，并結合其在汽車制造中的應用實例，論證該工藝的技術優勢及應用范圍，為其在薄板焊接、鋼鋁連接等領域的應用提供依據和支撐。

　　關鍵詞：冷金屬電弧釬焊;汽車制造;薄板焊接;鋼鋁連接

　　1前言

　　冷金屬電弧釬焊(ColdMetalArcBrazing,CMAB)，電弧加熱集中、熱輸入量小，對簿板進行焊接時變形量很小，焊接熱影響區小，操作方便，節能高效又易于實現自動化[1]，同時又因為其焊接飛濺極少，極大減少了焊后工件表面的清理工作，提升效率的同時降低了制造成本，在汽車制造領域具有良好的應用前景。隨著汽車朝著安全、節能和環保的方向發展，汽車輕量化是一大途徑，結構優化、板材減薄、輕質合金的應用將是必經之路。基于CMAB工藝的獨有特點，可以實現薄板的可靠連接，且焊縫成形美觀，工件變形小，故CMAB工藝在汽車車身外表面件上有很大的應用前景。研究表明，通過采用鋁合金材料適當減輕汽車的質量，可以把油耗降低約40%，且汽車上的鋁合金90%以上都可回收再利用，故國內外汽車制造業已開始大量使用鋁合金，如全新一代奧迪A8車身鋁合金使用占比達58%，蔚來汽車ES8車身鋁合金使用比例超過了95%[2]。但基于鋁合金的材料性能，如強氧化性、導熱率大、線膨脹系數大等，使得在焊接鋁合金的過程中易出現氣孔、裂紋等焊接缺欠。CMAB的熱輸入量極低，可以很好地防止非典型金屬化合相的形成[3]，從而保證焊接接頭的焊接質量穩定可靠，故CMAB工藝可以實現鋼-鋁異種金屬的連接。本文將從CMAB工藝的原理、工藝過程、特點及其在汽車制造領域的應用進行系統介紹，為CMAB焊接工藝的深入研究和廣泛應用提供參考。

　　2CMAB技術原理及特點

　　2.1CMAB技術原理

　　常規短路過渡形式具有周期性，燃弧-熔滴長大-短路熄弧-頸縮-液橋爆斷[4]，在液橋爆斷過程中會伴隨有大電流及大量飛濺。CMAB技術可以通過監控焊絲端部熔滴狀態來精確協調送絲運動和熔滴過渡，改善短路過渡形式。加入數字化協調后，CMAB工藝過程變為4個階段。a.階段1，電弧引燃，熔滴長大并向熔池過渡，送絲機輸送焊絲;b.階段2，熔滴與熔池短路，電弧熄滅，傳送信號給焊機中的數字化處理器，焊機將輸出電流降為零;c.階段3，送絲機回抽焊絲，使焊絲與熔滴分離，實現熔滴的無爆斷過渡;d.階段4，熔滴脫離焊絲，再次向焊機傳送信號，送絲機輸送焊絲，焊機輸出焊接電流，重新引弧焊接。焊接過程為“熱-冷-熱-冷”交替循環。CMAB技術的熔滴過渡方式可以實現熔滴的“冷”過渡，顯著的降低飛濺和焊接的熱輸入量[5]，CMAB熔滴過渡示意圖如圖1所示，圖中箭頭表示焊絲的運動方向。

　　2.2CMAB技術優勢

　　與常規熔化極電弧(MeltInert-GasWelding，MIG)釬焊相比，CMAB工藝有2個顯著的技術特點。a.焊接過程飛濺極少。CMAB工藝與常規MIG釬焊固定不變的送絲運動不同，在焊機系統的閉環控制中加入了對焊絲運動的控制，由焊絲抽送機構實現焊絲的“輸送-回抽-輸送”，使得短路液橋爆斷前焊絲便與熔滴分開，短路過渡形式得到改善，降低常規短路過渡的高飛濺，實現無飛濺焊接。b.焊接熱輸入量極低。常規MIG釬焊熔滴過渡在短路時電流達到峰值，焊接能量最高，而CMAB工藝通過數字化協調和推拉絲方式在短路時將輸出電流電壓瞬間將至最低，大大減少短路過程的焊接熱輸入量，圖2所示為CMAB焊接過程中電流電壓示意。CMAB工藝的熱輸入量與常規MIG釬焊相比可降低約20%~30%。c.焊接速度相對較快。CMAB焊槍的噴嘴結構也與常規MIG釬焊槍不同，如圖3所示。CMAB焊槍噴嘴端部呈極其狹窄的圓錐狀，這樣的設計可以保證保護氣體能夠高速流通，同時還能夠起到壓縮焊接電弧，提升電弧挺度的作用，進而提升釬焊的速度[6]，CMAB的焊接速度最快可以達到7m/min。另外，CMAB焊還能夠精確控制焊接電弧弧長，且具有引燃電弧迅速可靠、焊縫成形美觀均勻、焊接缺欠少、穩定性好等優點，使得該焊接工藝具有良好的應用基礎。

　　2.3CMAB技術劣勢

　　CMAB在實際生產應用的過程中也暴露出了一些不足[7]，主要如下。a.焊接設備比較昂貴。相比常規MIG釬焊焊機，CMAB將增加2~3倍左右的投資成本。b.設備和系統相對復雜。CMAB設備增加了推拉絲機構及緩沖抽絲動作的緩沖器，在焊接電源中也增加了調控熔滴過渡、焊接參數及推拉絲動作相互配合的復雜系統，設備和系統的復雜性使得不可靠性增加。c.零件的裝配要求更為嚴苛。因熱輸入量小，熔滴的流動性和鋪展能力變差，這就需要裝配質量要更加的精確，但CMAB對裝配質量的適應性要優于激光釬焊，可以實現小間隙焊接。d.連接強度相對較低。由于CMAB屬于釬焊工藝，焊接過程中母材不熔化，連接強度靠釬料在母材表面鋪展或母材間隙中填縫并與母材相互溶解擴散形成的固相連接，故接頭強度相對較低，無法應用于承載較大的結構件連接。

　　3CMAB技術的應用

　　CMAB工藝可以實現鋼-鋁異種材料的連接，促進鋁材在汽車制造領域的應用，實現汽車輕量化。鋼-鋁連接的CMAB接頭在鋁板側母材熔化，為熔焊;在鋼板側母材不熔化，熔覆金屬鋪展，為釬焊，接頭示意如圖4所示。在焊接接頭的界面區域易產生脆性化合物層，主要的脆性化合物有Fe2Al5相和FeAl3相，其中Fe2Al5相一般致密的分布在靠近鋼側，而FeAl3相則呈針狀向鋁側生長[8]。利用CMAB技術焊接1mm鍍鋅鋼板和1mm鋁板可獲得良好的搭接接頭[9]，接頭強度可以達到72.09MPa。目前該項技術在某品牌乘用車鋼鋁保險杠的焊接中得到了應用。中國第一汽車股份有限公司的李金寶等人應用CMAB工藝進行了商用車的保險杠與內部支架的焊接試驗[10]，試驗采用CuSi3焊絲焊接DC01冷軋鋼和DC04深拉伸級冷軋鋼，在焊接電流為95A，焊接速度為200cm/min，干伸長為5mm時，獲得了成形良好的釬焊焊縫。由于CMAB工藝熱輸入量低，焊后樣件表面最大變形量約為63.4μm，與CO2氣體保護焊工藝相比，保險杠的表面變形量降低了45%，同時取消了焊后打磨處理工藝，在節省人力、提升節拍的基礎上，顯著降低了成本、提高了保險杠總成的外觀質量，表面質量對比如圖5所示。該保險杠總成搭載整車進行整車道路試驗，驗證了該CMAB接頭強度符合設計要求。奧迪A7和特斯拉ModelS等車型在后背門流水槽位置已經采用了CMAB工藝，該位置焊縫為外漏可視焊縫，焊縫長度超過800mm，CMAB工藝的引入不但起到了可靠連接和密封的效果，而且獲得的焊縫美觀，提升整車用戶感知質量，特斯拉ModelS中CMAB工藝的焊接過程如圖6所示[11];多款自主車型也已規劃在相同位置采用此工藝。基于CMAB焊縫具有良好的可加工性，該項技術還可以應用在薄壁件的連接及表面修復上，既可以減小工件的變形，也可以保證焊接質量，獲得美觀焊縫及優良的焊縫加工性能。

　　4結束語

　　CMAB技術以其熱輸入量小、飛濺極少、焊縫成形美觀、焊接速度快等諸多優勢，在汽車制造領域中展現出了其獨特的應用優勢。隨著汽車制造領域朝著低碳、節能、環保的發展趨勢，薄板及鋁材在汽車車身中的應用將日益增多，這就需要高質量、高效率的焊接工藝予以支撐，而CMAB工藝將以其優異的特點被越來越廣泛的應用。

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　　作者：姚慶泰 王子國