鋁合金水冷電機外殼的攪拌摩擦焊工藝流程

摘要：電機在提供動力的同時會產(chǎn)生大量的熱量；一般采用鋁合金水冷電機外殼為電機降溫來保證其使用壽命。鋁合金水冷電機外殼采用焊接的方式來保證其水道的密封性。與傳統(tǒng)的熔化焊相比，攪拌摩擦焊方法以及合理的焊接工藝能夠有效地減少焊接缺陷、降低熱輸入、提高產(chǎn)品的一次合格率。攪拌摩擦焊工藝過程可在此類鋁合金產(chǎn)品中推廣應用，為此類產(chǎn)品在后續(xù)新能源領域的發(fā)展提供堅實的基礎。

關鍵詞：鋁合金；電機外殼；水冷；攪拌摩擦焊

中圖分類號：TG 375.41文獻標志碼：A

Friction stir welding process flow of aluminum alloy water-cooled motor casing

SHEN Qiming，XU Wugang，GU Han，GAO Yu，WU Yanlin

（Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoyang111003，China）

Abstract：Motors generate a large amount of heat while providing power.Generally，aluminum alloy water-cooled motor casing is used to cool the motor and ensures its service life.The aluminum alloy water-cooled motor casing is welded to ensure the sealing of its water channels.Compared with traditional fusion welding methods，friction stir welding and a reasonable welding process can effectively reduce welding defects，reduce heat input，and improve the first pass rate of products.Thefriction stir welding process can be promoted and applied in such aluminum alloy products，providing a solid foundation for the development of such products in the subsequent new energy field.

Keywords：aluminumalloy;motorcasing;water-cooling;friction stir welding

霧霾天氣頻發(fā)的主要因素，一方面是工業(yè)污染，另一方面是汽車尾氣。新能源汽車可以減少汽車尾氣的排放。現(xiàn)在市場上的新能源汽車都是以電池或超級電容器作為動力源，由電機驅(qū)動[1]。由于電機轉(zhuǎn)速快、發(fā)熱高，所以一般在電機殼上采用水冷結(jié)構(gòu)降溫散熱。鋁合金型材的殼體質(zhì)量輕、散熱性好、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便，是自動控制系統(tǒng)的理想部件，具有很大的推廣和使用價值[2]。在實際生產(chǎn)過程中一般采用焊接的方式來保證電機殼的密封性。谷晗等[3]采用IGM懸臂焊焊接電機殼時，焊前需要對電機殼體預制坡口且焊接時采用多層多道焊。肖昌武等[4]采用手工焊焊接需克服焊接盲區(qū)大、易出現(xiàn)焊接缺陷等難點。采用熔化焊焊接電機殼體時極易產(chǎn)生缺陷，焊接缺陷的存在會使焊件有效載荷橫截面面積變小、力學性能下降，同時，其邊緣處很容易產(chǎn)生應力集中的現(xiàn)象，使焊接接頭的塑性變差[5-6]。我司開發(fā)團隊經(jīng)過研究、試制及小批量生產(chǎn)后，制定了采用攪拌摩擦焊（friction stir welding，F(xiàn)SW）焊接鋁合金水冷電機殼的成熟生產(chǎn)方案，避免型材焊前開剖口、焊縫未熔合等一系列問題。與傳統(tǒng)的熔化焊相比，F(xiàn)SW具有成本低，效率高，焊件缺陷少、殘余應力小、變形小、尺寸穩(wěn)定性好、焊接波紋細膩平滑、外觀美觀，節(jié)能環(huán)保，力學性能更接近于母材等優(yōu)點，被廣泛應用于鎂合金和鋁合金的焊接，尤其是鋁合金的焊接[7-10]。

1實驗材料及制備

鋁合金水冷電機殼主要由電機殼本體和端頭封板組成。端頭封板內(nèi)嵌入電機殼本體，焊接接頭方式為對搭接形式，滿足FSW焊接要求。具體組配結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1機殼本體

電機殼本體材質(zhì)為6005A-T6鋁合金擠壓型材，即通過擠壓拉拔的生產(chǎn)方式，將鋁合金鑄棒通過擠壓機直接擠壓成型，保證殼體輪廓、內(nèi)腔、水道等主要功能部分的尺寸。初次擠壓長度為6 m，外圓半徑為152 mm，內(nèi)圓半徑為120 mm，水道寬度為8 mm，長度為320 mm。將6 m長的擠壓型材采用高精度數(shù)控鋸床進行切斷，保證330 mm的長度尺寸。切斷后采用CNC機床進行安裝孔、進出水口、水道連通孔、水道封閉口、封板安裝槽等特征的加工，殼體示意圖如圖2所示。

1.2端頭封板

電機殼兩端水道封板材質(zhì)為5052-H32鋁合金軋制板材，即通過軋制的加工方式，將鋁合金鑄錠壓扎成相應厚度的板材，保證封板厚度的一致性。整板尺寸規(guī)格為3.0 m×2.0 m×3.5 mm。采用高精度數(shù)控激光切割機按輪廓尺寸對軋制板材進行編程下料。封板示意圖如圖3所示

2焊接工藝過程

2.1焊前準備

2.1.1焊前處理

對焊縫兩側(cè)5～10 mm的范圍進行打磨，并清除油污、氧化膜等雜質(zhì)，打磨深度不超過0.2 mm。通過組對將上封板鑲嵌到電機殼殼體中，使封板與殼體緊密間隙、錯邊均在0.2 mm以內(nèi)，要特別注意拼裝時各部件間的錯邊量，保證焊后精加工內(nèi)部圓形后，360°內(nèi)各方位剩余量均在公差范圍內(nèi)。裝配需運用專用工裝輔助。

2.1.2設備檢查

圖4為FSW設備圖。實驗開始前，對FSW設備進行校軸，檢查設備是否運轉(zhuǎn)正常，檢查攪拌頭規(guī)格（見圖5）等情況。同時確保打磨、焊道清理等輔助工具完好、齊全。

2.2焊接過程

2.2.1點固

（1）按照圖6中焊縫信息對部件進行點固焊接，采用MIG焊接方式，單面6處焊縫。如圖6（a）所示。

（2）將點固點磨平。

（3）采用相同的方式將下封板鑲嵌到電機殼殼體中。如圖6（b）所示。

2.2.2 FSW參數(shù)選擇

在操作面板中調(diào)取預設的焊接參數(shù)[11]，具體如表1所示。

2.2.3 FSW焊接

（1）將工件上封板一側(cè)朝上后殼體垂直固定到工裝中，通過組對（組對過程中注意劃痕）、定位，保證工裝壓緊工件，安裝引出板并固定，防止焊接過程中工件晃動。如圖7（a）所示。

（2）調(diào)節(jié)攪拌頭位置，使其位于焊縫起始端，如圖7（b）所示。

（3）按照圖中封板的輪廓線編程，對部件進行焊接，共2處焊縫（焊接收槍點在導出板上，不允許停留在殼體上），如圖7（c）所示。

（4）切割引出板，打磨過程中不要傷及殼體側(cè)壁，且打磨深度不允許超過1 mm。

（5）焊接完成后，打磨焊縫多余飛邊，使其表面平整，如圖7（d）所示。

上封板一側(cè)焊接完成后，按照上述（1）～（5）的工藝流程繼續(xù)焊接下封板一側(cè)。

2.3質(zhì)量檢查

焊接結(jié)束后，應對每道焊縫進行自檢，并填寫《電機殼焊縫檢查卡片》，然后由焊接監(jiān)督對焊縫進行100%外觀檢測。焊縫外觀檢驗標準執(zhí)行ISO25239-5—2020，焊接缺陷由焊接監(jiān)督員現(xiàn)場指導焊工進行返修，返修后的焊縫需要焊接監(jiān)督員按要求重新檢測。經(jīng)焊接監(jiān)督員檢查，外觀成型較好，無明顯缺陷，符合ISO25239-5級外觀檢測要求。經(jīng)三坐標檢測，產(chǎn)品外輪廓及內(nèi)圓尺寸均在要求公差范圍±0.5 mm之內(nèi)，符合要求。

3結(jié)論

所述的焊接流程經(jīng)實踐論證，已達到工業(yè)量產(chǎn)水平。采用FSW的焊接方式進行水冷電機殼的焊接，可有效避免MIG焊等熔化焊熱輸入成型類焊接方法所造成的缺陷，如氣孔、裂紋等。同時FSW焊接的熱輸入小、變形小等優(yōu)點更有利于電機在殼體中的轉(zhuǎn)動，可以有效地避免因微變形導致的電機壽命縮短的情況的發(fā)生。

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文章編號：2096?2983（2024）02?0076?05 DOI：10.13258/j.cnki.nmme.20210915003

引文格式：沈其明，徐伍剛，谷晗，等．鋁合金水冷電機外殼的攪拌摩擦焊工藝流程[J]．有色金屬材料與工程，2024，45（2）：76-80.DOI：10.13258/j.cnki.nmme.20210915003．SHEN Qiming，XUWugang，GUHan，et al．Friction stir welding process flow of aluminum alloy water-cooled motor casing[J]．Nonferrous Metal Materials and Engineering，2024，45（2）：76-80.