鋁合金電機(jī)外殼焊接工藝

谷 晗，賈永強(qiáng)，辛守軍，于 欣，葉光耀，王 芳

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

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

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

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

我公司制作電機(jī)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(nèi)徑理論尺寸為Φ515mm。

圖1 外輪廓視圖Fig.1 Outline view

1.2 試驗(yàn)方法

6005A-T6屬于AL-Mg-Si系合金，是6xxx鋁合金中具有中等強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化合金。6005A-T6鋁合金的具體化學(xué)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(jié)合成強(qiáng)化項(xiàng)Mg2Si，隨著Mg、Si的含量越高，強(qiáng)化項(xiàng)的數(shù)量就越多，熱處理強(qiáng)化效果就越大，型材的抗拉強(qiáng)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(xué)性能為抗拉強(qiáng)度(σb)≥270MPa、屈服強(qiáng)度(σS)≥225MPa、延展率(A)≥8% 、布氏硬度(HBW)≥85。

表1 6063鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

結(jié)合材料的焊接性以及工件雖然結(jié)構(gòu)簡單，但極易變形并有尺寸收縮的特點(diǎn)，對此次焊接鋁合金構(gòu)件的總體技術(shù)要求如下：①看清圖樣要求及相關(guān)尺寸，落料時(shí)各加工面留焊后加工余量，并保留1‰的收縮量；②根據(jù)工件特點(diǎn)，全面考慮制作工藝和操作過程，把握制作關(guān)鍵要點(diǎn)并確定關(guān)鍵控制點(diǎn)，在冷作裝配前進(jìn)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(shí)針方向依次焊接四道焊縫；并且采用合理的焊接參數(shù)和層道數(shù)，達(dá)到減小收縮量的目的。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 材料準(zhǔn)備

2.1.1 坡口制備

由于產(chǎn)品所需材料寬度較大，又屬于內(nèi)圓外方型結(jié)構(gòu)，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(xié)鴻機(jī)床加工，寬度方向?qū)雍缚p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(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2.1.3 焊前清理

對所有焊縫兩側(cè)25mm～50mm的范圍進(jìn)行打磨，并清除干凈油污，氧化膜等雜質(zhì)，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(chǎn)品的質(zhì)量得到滿足。

2.2 組對裝配

產(chǎn)品采用4塊1/4圓型材拼焊而成，焊后外側(cè)需保證垂直度，內(nèi)側(cè)需保證圓形，而且內(nèi)側(cè)圓形需焊后機(jī)加工處理，要特別注意拼裝時(shí)各部件間的錯(cuò)邊量，保證焊后精加工內(nèi)部圓形后360°內(nèi)各方位剩余量在公差范圍內(nèi)。裝配需運(yùn)用專用工裝輔助，裝配順序?yàn)椋孩傧葘⒁粋€(gè)部件散熱邊框向下、圓弧面向上至于底側(cè)工裝上(圖3(a))；②將內(nèi)側(cè)支撐柱(下)放置于前一個(gè)部件之上(圖3(b))；③將兩個(gè)自制簡易頂鎬分別置于內(nèi)側(cè)支撐柱(下)的前后兩端(圖3(c))；④將兩個(gè)部件分別直立在側(cè)頂工裝塊上之后，將圓弧面相對，靠緊在第一個(gè)部件的左右兩側(cè)；⑤將內(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)支撐柱(上)上面(圖3(e))，到此為止,整個(gè)產(chǎn)品預(yù)拼裝完成了第一步。第二步，將兩個(gè)扎帶分別置于產(chǎn)品前后兩端合理的位置，對工件的4個(gè)部件的相對位置進(jìn)行微調(diào)，保證錯(cuò)邊及間隙符合要求后扎緊固定。

圖3 產(chǎn)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(jī)器人(圖4)進(jìn)行校軸，檢查設(shè)備以及福尼斯焊機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，檢查焊絲，保護(hù)氣體等焊接耗材情況。在焊接試板(圖5)上調(diào)整并設(shè)定合適的工藝參數(shù)，觀察熔池成形，試板焊接完成后進(jìn)行100%VT、100%PT檢測，由焊接監(jiān)督檢驗(yàn)合格后方可焊接產(chǎn)品。同時(shí)檢查打磨、焊道清理等輔助工具完好、齊全。

圖4 檢查設(shè)備 圖5 焊接試板Fig.4 Inspection equipment Figure Fig.5 Welding test plate

2.3.2 點(diǎn)固

檢查手工福尼斯焊機(jī)，點(diǎn)固電流為250A～270A、每道焊縫兩端依次點(diǎn)固(圖6右圖)，每段點(diǎn)固焊有效長度100mm～150mm，保證組對間隙0～1mm，錯(cuò)邊量不大于1mm。完成點(diǎn)固裝配后，清理點(diǎn)固段(圖6左圖)，打磨焊縫1的點(diǎn)固部位。用旋轉(zhuǎn)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(nèi)的鋁屑、黑灰等污物。完成之后在焊縫兩側(cè)添加加引弧板和收弧板。完成后將工件內(nèi)部內(nèi)側(cè)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(diǎn)固Fig.6 Solid point

2.3.3 程序調(diào)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(yù)熱溫度為80℃～100℃，層間溫度為80℃～100℃，焊接

保護(hù)氣體為99.999%Ar。

2.3.4 焊接

對工件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度80℃～100℃，層間溫度控制為80℃～100℃。機(jī)械手焊接(圖8)焊縫1，焊縫1焊接完成一層后將工件順時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°至焊縫2，焊縫2焊接完成一層后順時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°至焊縫3，焊縫3焊接完成一層后順時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°至焊縫4，如此每焊接完成一層后依次順時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°循環(huán)焊接。調(diào)用IGM自動焊焊接程序20YHCL，并檢證、試運(yùn)行程序。

2.3.5 調(diào)修

將烤槍調(diào)成中間藍(lán)火長度10mm～15mm，用藍(lán)火尖均勻?qū)缚p進(jìn)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(jìn)行實(shí)時(shí)測溫[3]。

表3 IGM焊接工藝規(guī)程

圖8 機(jī)械手焊接Fig.8 Robotic welding

2.4 外觀檢查

焊接結(jié)束后，焊工應(yīng)對每道焊縫實(shí)行自檢，并填寫《ST50機(jī)座檢查卡片》，然后由焊接監(jiān)督對焊縫(圖9)進(jìn)行100%外觀檢測,焊縫外觀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行ISO 10042-C，焊接缺陷由焊接監(jiān)督現(xiàn)場指導(dǎo)焊工進(jìn)行返修，返修后的焊縫需要焊接監(jiān)督按要求重新檢測。經(jīng)焊接監(jiān)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(jīng)質(zhì)量人員檢查，產(chǎn)品外輪廓及內(nèi)圓尺寸均在要求公差范圍±1mm之內(nèi)，符合要求。

3 結(jié)論

鋁合金電機(jī)外殼由于材料形狀不規(guī)則導(dǎo)致裝配、焊接難度較大，選用自動焊接設(shè)備和編制合理的焊接工藝規(guī)程可保證其焊接質(zhì)量要求。此次試驗(yàn)結(jié)果可以運(yùn)用于結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、裝配困難的產(chǎn)品，以達(dá)到組對和焊接方便，焊縫成型美觀的效果。