鋁合金電機外殼焊接工藝

谷 晗，賈永強，辛守軍，于 欣，葉光耀，王 芳

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金電機外殼具有重量輕、強度高、散熱性能好、表面美觀大方、耐腐蝕、內堂免切削等優點，使得鋁合金電機殼體作為我國目前殼體材質的第三代產品已大量投放市場。本文通過焊接試驗確定了鋁合金電機外殼的焊接工藝及制作方法，有效控制了變形，保證了電機外殼的制造精度。

某公司委托我公司焊接一鋁合金電機外殼，材料牌號為6005A-T6[1]。根據其重量輕、散熱速度快、形狀不規則等特點，分析焊接順序、焊接方向、焊接參數、控制層間溫度及焊接位置等多方面因素，制作指導生產的焊接工藝規程。考慮組對和焊接方便，焊縫成型美觀等特點，選用IGM懸臂焊機器人進行焊接。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

我公司制作電機外殼所選用的材料牌號為6005A-T6，如圖1所示。外框輪廓理論尺寸為590mm×590mm×3000mm，內徑理論尺寸為Φ515mm。

圖1 外輪廓視圖Fig.1 Outline view

1.2 試驗方法

6005A-T6屬于AL-Mg-Si系合金，是6xxx鋁合金中具有中等強度的可熱處理強化合金。6005A-T6鋁合金的具體化學成分如表1所示，由表中可以看出Mg和Si是主要合金元素，其二者元素結合成強化項Mg2Si，隨著Mg、Si的含量越高，強化項的數量就越多，熱處理強化效果就越大，型材的抗拉強度就越高，但變形抗力也隨之增大，合金的塑性下降，加工性能變壞，耐蝕性變壞。6005A-T6鋁合金的擠壓型材力學性能為抗拉強度(σb)≥270MPa、屈服強度(σS)≥225MPa、延展率(A)≥8% 、布氏硬度(HBW)≥85。

表1 6063鋁合金的化學成分(質量分數，%)

結合材料的焊接性以及工件雖然結構簡單，但極易變形并有尺寸收縮的特點，對此次焊接鋁合金構件的總體技術要求如下：①看清圖樣要求及相關尺寸，落料時各加工面留焊后加工余量，并保留1‰的收縮量；②根據工件特點，全面考慮制作工藝和操作過程，把握制作關鍵要點并確定關鍵控制點，在冷作裝配前進行零件矯正，裝配平臺確保平整度，保證各檔尺寸；③為了更好的控制焊接變形，采用順時針方向依次焊接四道焊縫；并且采用合理的焊接參數和層道數，達到減小收縮量的目的。

2 試驗結果及分析

2.1 材料準備

2.1.1 坡口制備

由于產品所需材料寬度較大，又屬于內圓外方型結構，無法直接擠壓成型，所以采用4塊1/4圓型材拼焊而成。1/4圓型材完全一致，拼焊處開Y型坡口(圖2)，坡口角度為35°，鈍邊為4mm，間隙為0.5mm～1mm，坡口采用5m協鴻機床加工，寬度方向對接焊縫留3mm～5mm的焊接收縮量，非全熔透焊縫。

圖2 Y型坡口位置及尺寸示意圖Fig.2 Y groove position and size

2.1.2 焊材選擇

焊絲選用Elisental品牌的S Al 5087(AlMg4.5MnCr)(表2)、Φ1.2mm焊絲，該材料的熱裂紋傾向較小[2]。

表2 5087鋁合金焊絲的化學成分(質量分數，%)

2.1.3 焊前清理

對所有焊縫兩側25mm～50mm的范圍進行打磨，并清除干凈油污，氧化膜等雜質，打磨深度不超過0.2mm。正確選擇間隙、鈍邊、坡口角度，可以有效控制焊縫金屬的熔深，保證焊接產品的質量得到滿足。

2.2 組對裝配

產品采用4塊1/4圓型材拼焊而成，焊后外側需保證垂直度，內側需保證圓形，而且內側圓形需焊后機加工處理，要特別注意拼裝時各部件間的錯邊量，保證焊后精加工內部圓形后360°內各方位剩余量在公差范圍內。裝配需運用專用工裝輔助，裝配順序為：①先將一個部件散熱邊框向下、圓弧面向上至于底側工裝上(圖3(a))；②將內側支撐柱(下)放置于前一個部件之上(圖3(b))；③將兩個自制簡易頂鎬分別置于內側支撐柱(下)的前后兩端(圖3(c))；④將兩個部件分別直立在側頂工裝塊上之后，將圓弧面相對，靠緊在第一個部件的左右兩側；⑤將內側支撐柱(上)放置與自制簡易頂鎬之上(圖3(d))；⑥將最后一塊部件散熱邊框向上、圓弧面向下放至于內側支撐柱(上)上面(圖3(e))，到此為止,整個產品預拼裝完成了第一步。第二步，將兩個扎帶分別置于產品前后兩端合理的位置，對工件的4個部件的相對位置進行微調，保證錯邊及間隙符合要求后扎緊固定。

圖3 產品組對裝配Fig. 3 Product group assembly

2.3 焊接順序

2.3.1 檢查

對IGM懸臂焊接機器人(圖4)進行校軸，檢查設備以及福尼斯焊機是否運轉正常，檢查焊絲，保護氣體等焊接耗材情況。在焊接試板(圖5)上調整并設定合適的工藝參數，觀察熔池成形，試板焊接完成后進行100%VT、100%PT檢測，由焊接監督檢驗合格后方可焊接產品。同時檢查打磨、焊道清理等輔助工具完好、齊全。

圖4 檢查設備 圖5 焊接試板Fig.4 Inspection equipment Figure Fig.5 Welding test plate

2.3.2 點固

檢查手工福尼斯焊機，點固電流為250A～270A、每道焊縫兩端依次點固(圖6右圖)，每段點固焊有效長度100mm～150mm，保證組對間隙0～1mm，錯邊量不大于1mm。完成點固裝配后，清理點固段(圖6左圖)，打磨焊縫1的點固部位。用旋轉銼銑出坡口，其坡口形式與原焊縫保持基本一致，清理焊道內的鋁屑、黑灰等污物。完成之后在焊縫兩側添加加引弧板和收弧板。完成后將工件內部內側支撐柱(上、下)以及自制簡易頂鎬移除，然后將部件吊裝至焊接專用工裝。

圖6 點固Fig.6 Solid point

2.3.3 程序調整

具體的焊接順序如圖7所示，焊接工藝如表3所示。

圖7 焊接順序Fig.7 Welding sequence

焊接過程中，電流種類/極性為直流正極性，焊絲干伸長度為12mm～17mm，焊槍前傾角為5°～8°，預熱溫度為80℃～100℃，層間溫度為80℃～100℃，焊接

保護氣體為99.999%Ar。

2.3.4 焊接

對工件進行預熱，預熱溫度80℃～100℃，層間溫度控制為80℃～100℃。機械手焊接(圖8)焊縫1，焊縫1焊接完成一層后將工件順時針翻轉90°至焊縫2，焊縫2焊接完成一層后順時針翻轉90°至焊縫3，焊縫3焊接完成一層后順時針翻轉90°至焊縫4，如此每焊接完成一層后依次順時針翻轉90°循環焊接。調用IGM自動焊焊接程序20YHCL，并檢證、試運行程序。

2.3.5 調修

將烤槍調成中間藍火長度10mm～15mm，用藍火尖均勻對焊縫進行加熱；加熱速度為50cm/min～90cm/min；加熱溫度控制在120℃～190℃，另一人進行實時測溫[3]。

表3 IGM焊接工藝規程

圖8 機械手焊接Fig.8 Robotic welding

2.4 外觀檢查

焊接結束后，焊工應對每道焊縫實行自檢，并填寫《ST50機座檢查卡片》，然后由焊接監督對焊縫(圖9)進行100%外觀檢測,焊縫外觀檢驗標準執行ISO 10042-C，焊接缺陷由焊接監督現場指導焊工進行返修，返修后的焊縫需要焊接監督按要求重新檢測。經焊接監督檢查，外觀成型較好，無明顯缺陷，符合ISO 10042-C級外觀檢測要求[4]。

圖9 焊縫外觀Fig. 9 Weld appearance

2.5 尺寸檢測

經質量人員檢查，產品外輪廓及內圓尺寸均在要求公差范圍±1mm之內，符合要求。

3 結論

鋁合金電機外殼由于材料形狀不規則導致裝配、焊接難度較大，選用自動焊接設備和編制合理的焊接工藝規程可保證其焊接質量要求。此次試驗結果可以運用于結構形狀不規則、裝配困難的產品，以達到組對和焊接方便，焊縫成型美觀的效果。