摘要：電機(jī)在提供動(dòng)力的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量；一般采用鋁合金水冷電機(jī)外殼為電機(jī)降溫來(lái)保證其使用壽命。鋁合金水冷電機(jī)外殼采用焊接的方式來(lái)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(guò)程可在此類鋁合金產(chǎn)品中推廣應(yīng)用，為此類產(chǎn)品在后續(xù)新能源領(lǐng)域的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鋁合金；電機(jī)外殼；水冷；攪拌摩擦焊

中圖分類號(hào)：TG 375.41文獻(xiàn)標(biāo)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?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的新能源汽車都是以電池或超級(jí)電容器作為動(dòng)力源，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)[1]。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速快、發(fā)熱高，所以一般在電機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)的理想部件，具有很大的推廣和使用價(jià)值[2]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一般采用焊接的方式來(lái)保證電機(jī)殼的密封性。谷晗等[3]采用IGM懸臂焊焊接電機(jī)殼時(shí)，焊前需要對(duì)電機(jī)殼體預(yù)制坡口且焊接時(shí)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(diǎn)。采用熔化焊焊接電機(jī)殼體時(shí)極易產(chǎn)生缺陷，焊接缺陷的存在會(huì)使焊件有效載荷橫截面面積變小、力學(xué)性能下降，同時(shí)，其邊緣處很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使焊接接頭的塑性變差[5-6]。我司開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)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(jī)殼的成熟生產(chǎn)方案，避免型材焊前開(kāi)剖口、焊縫未熔合等一系列問(wèn)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(yīng)力小、變形小、尺寸穩(wěn)定性好、焊接波紋細(xì)膩平滑、外觀美觀，節(jié)能環(huán)保，力學(xué)性能更接近于母材等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(shí)驗(yàn)材料及制備

鋁合金水冷電機(jī)殼主要由電機(jī)殼本體和端頭封板組成。端頭封板內(nèi)嵌入電機(jī)殼本體，焊接接頭方式為對(duì)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(jī)殼本體

電機(jī)殼本體材質(zhì)為6005A-T6鋁合金擠壓型材，即通過(guò)擠壓拉拔的生產(chǎn)方式，將鋁合金鑄棒通過(guò)擠壓機(jī)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(zhǎng)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(zhǎng)度為320 mm。將6 m長(zhǎng)的擠壓型材采用高精度數(shù)控鋸床進(jìn)行切斷，保證330 mm的長(zhǎng)度尺寸。切斷后采用CNC機(jī)床進(jìn)行安裝孔、進(jìn)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(jī)殼兩端水道封板材質(zhì)為5052-H32鋁合金軋制板材，即通過(guò)軋制的加工方式，將鋁合金鑄錠壓扎成相應(yīng)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(jī)按輪廓尺寸對(duì)軋制板材進(jìn)行編程下料。封板示意圖如圖3所示

2焊接工藝過(guò)程

2.1焊前準(zhǔn)備

2.1.1焊前處理

對(duì)焊縫兩側(cè)5～10 mm的范圍進(jìn)行打磨，并清除油污、氧化膜等雜質(zhì)，打磨深度不超過(guò)0.2 mm。通過(guò)組對(duì)將上封板鑲嵌到電機(jī)殼殼體中，使封板與殼體緊密間隙、錯(cuò)邊均在0.2 mm以內(nèi)，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)各方位剩余量均在公差范圍內(nèi)。裝配需運(yùn)用專用工裝輔助。

2.1.2設(shè)備檢查

圖4為FSW設(shè)備圖。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)FSW設(shè)備進(jìn)行校軸，檢查設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，檢查攪拌頭規(guī)格（見(jiàn)圖5）等情況。同時(shí)確保打磨、焊道清理等輔助工具完好、齊全。

2.2焊接過(guò)程

2.2.1點(diǎn)固

（1）按照?qǐng)D6中焊縫信息對(duì)部件進(jìn)行點(diǎn)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(diǎn)固點(diǎn)磨平。

（3）采用相同的方式將下封板鑲嵌到電機(jī)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(yù)設(shè)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(guò)組對(duì)（組對(duì)過(guò)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(guò)程中工件晃動(dòng)。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?qǐng)D中封板的輪廓線編程，對(duì)部件進(jìn)行焊接，共2處焊縫（焊接收槍點(diǎn)在導(dǎo)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(guò)程中不要傷及殼體側(cè)壁，且打磨深度不允許超過(guò)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(yīng)對(duì)每道焊縫進(jìn)行自檢，并填寫《電機(jī)殼焊縫檢查卡片》，然后由焊接監(jiān)督對(duì)焊縫進(jìn)行100%外觀檢測(cè)。焊縫外觀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行ISO25239-5—2020，焊接缺陷由焊接監(jiān)督員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)焊工進(jìn)行返修，返修后的焊縫需要焊接監(jiān)督員按要求重新檢測(cè)。經(jīng)焊接監(jiān)督員檢查，外觀成型較好，無(wú)明顯缺陷，符合ISO25239-5級(jí)外觀檢測(cè)要求。經(jīng)三坐標(biāo)檢測(cè)，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(shí)踐論證，已達(dá)到工業(yè)量產(chǎn)水平。采用FSW的焊接方式進(jìn)行水冷電機(jī)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(shí)FSW焊接的熱輸入小、變形小等優(yōu)點(diǎn)更有利于電機(jī)在殼體中的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以有效地避免因微變形導(dǎo)致的電機(jī)壽命縮短的情況的發(fā)生。

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文章編號(hào)：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(jī)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.