CN103722266A - 一种转子焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转子焊接工艺，包括以下三个阶段：第一阶段为转子焊接预热阶段；第一步，从室温加热到350-370℃，用时1.5-2.5小时；第二步，保温350-370℃，用时1-3.5小时；升温阶段和保温阶段的总时间T满足：3小时≤T≤6小时；第二阶段为焊接感应加热阶段；第一步，将温度从300℃上升到500℃，用时120s；第二步，将温度从500℃上升到550℃，用时40s；第三步，将温度从550℃上升到600℃，用时40s；第四步，将温度从600℃上升到650℃，用时40s；第五步，将温度从650℃上升到680℃，用时30s，且温度一旦达到680℃便停止加热；第三阶段为焊接冷却阶段。本发明转子焊接工艺按给定的“温度-时间特性曲线”进行预热、升温、保温、冷却，确保转子焊接质量，转子满足工艺和使用要求。

Description

一种转子焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种转子焊接工艺，尤其涉及一种转子感应钎焊工艺，属于焊接技术领域。
背景技术
铁路2000马力以上大功率交流传动内燃机车配套牵引电机的转子，基本上采用鼠笼式焊接转子，由多根导条、端环、转子冲片组成。导条材料材料为铜铬合同，导条嵌入端环钎焊槽内，形成多个T型接头。
美国GE公司6000马力XHN5交流大功率铁路机车中，对牵引电机鼠笼转子焊接技术，采用手工氧气-丙烯火焰钎焊，边预热、边加温、边保温、边焊接、边冷却，预热、焊接、冷却的方式，焊接工艺时间和温度都由操作者把控，这受人为因素影响较大，难于控制准确的焊接温度和时间。由于，焊接工艺执行随意性大，转子焊接质量差别大，稳定性差，难以满足转子在电机中高速旋转达600转/分钟以上的要求。
目前，为了保证转子焊接质量的一致性，以及转子在电机中高速旋转的可靠性，采用感应钎焊技术，需要设计感应钎焊工艺，才能形成良好的T型钎焊接头。
现有感应钎焊工艺的技术难点是：转子钎焊工艺温度-时间特性曲线设计。预热以及预热工艺温度-时间曲线是否合理，将直接影响转子装配应力和焊接残余应力的大小；焊接工艺温度-时间曲线设计是否合理，将直接影响焊接接头的强度及可靠性质量；冷却工艺温度-时间曲线设计是否合理，将直接影响焊接残余应力和清理残留焊渣。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种转子焊接工艺，制定出定量的焊接工艺温度-时间特性曲线，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。
本发明目的通过下述技术方案来实现：一种转子焊接工艺，包括以下工艺步骤：
一、转子焊接预热阶段；
1）、升温：将装配好的转子和夹具放入烘炉中烘烤，温度从室温上升到350-370℃，用时1.5-2.5小时；
2）、保温：温度保持在350-370℃，用时1-3.5小时；且升温阶段和保温阶段的总时间T满足：3小时≤T≤6小时；
3）、运输：转子从烘炉中出炉后，直接搬运到焊接工作平台，运输途中使用红外线高温计测转子铁芯的温度并做好记录；转子出炉到感应焊接之间的时间控制在10min内；
二、焊接感应加热阶段；
将预热阶段预热好的转子的两根相邻导条之间平放一片厚度2.5mm、宽度13mm、长度30mm银焊片，共60片，调整焊片的位置使其位于端环焊逢的中间；通过以下步骤对端环进行感应加热：
第一步，将温度从300℃上升到500℃，用时120s；
第二步，将温度从500℃上升到550℃，用时40s；
第三步，将温度从550℃上升到600℃，用时40s；
第四步，将温度从600℃上升到650℃，用时40s；
第五步，将温度从650℃上升到680℃，用时30s，并且温度一旦达到680℃便停止加热，进入冷却阶段；
三、焊接冷却阶段；
停止焊接感应加热后，用红外线测温仪测得端环温度小于350℃时，将转子用吊车调离焊接平台，将焊完的一端完全浸没水槽中进行水冷，入水温度280-300℃，入水深度在铁芯端面5mm内，入水时间10-20s，将水冷后的转子吊离水面，空冷至室温；然后，将转子翻转，焊接另一端。
作为一种优选方式，焊前准备如下：
1）.导条、端环的清洁，将导条和端环放入硝酸溶液中进行清洗；
2）.薄焊片与端环组装：把0.2mm厚银焊片剪切成端环凹槽适当大小，剪切120片，用刷子对两个端环内部凹槽涂抹适量的焊剂，在每个凹槽内放入一片剪好的0.2mm厚的银焊片，并使其平铺在凹槽的底部，当放完银焊片后再在端环凹槽内均匀涂抹适量的焊剂；
3）.第一次端环套装：将安装平台焊接工装配合面用酒精擦洗干净，并用液压油润滑焊接工装的内部导向柱；将焊接工装中心孔带螺纹的下底板平放平台上，然后将隔热板和云母片安装于底板上，并调整隔热板和云母片的位置，使其位于中央，套入端环后将铁心缓慢地安放在底板上；
4）.导条装配：将酸洗后的转子导条自然插入转子铁心槽和端环凹槽，并使所有的导条高度保持一致；
5）.第二次端环套装：将另一端环的凹槽朝下，并对准导条的上端安装于导条上，安装到位后使用木榔头轻轻敲击上端端环，依次安装云母片和隔热板，用吊环将上底座安装于铁心的上端，并将拉紧螺栓安装到位后拧紧，拧紧后的转子立放于指定位置等待焊接。
作为进一步优选方式，银焊片在熔化过程中，及时用银焊条来补偿焊缝，当焊片焊料完全融化并完全补偿，且焊料平稳的状态下，肉眼检查焊接质量，确认焊接无虚焊、气孔、裂纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明转子焊接工艺按给定的“温度-时间特性曲线”进行预热、升温、保温、冷却后，确保转子焊接质量，该转子通过实物破坏性工艺验证，转子焊接接头强度、装配应力、布氏硬度以及焊缝失效比例等都达到了验证标准。
附图说明
图1是本发明实施例1中感应焊接工艺温度时间控制图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
实施例：
HXN5交流牵引电机转子端环-导条感应钎焊焊接工艺如下：
一、焊接设备
设备名称：SINAC200感应加热设备。
其主要技术参数：
1、主电源变频器输出
2、冷却
Figure BDA0000450688620000042
闭环冷却机：用于冷却IGBT电源、输出变压器、感应器的冷却。
3、温度控制系统
采用光学测温及温控系统。配备温度记录和显示系统，可按给定的温度-时间特性曲线进行升温和保温控制。在采用自动控制方式的焊接过程中，出现异常情况时，能在不停电停机的情况下，人为中断自动控制方式，然后转换为手动控制，完成整个焊接工艺过程。螺栓采用人工控制焊接，则需要严格按照要求对温度和时间控制。
二、焊料
焊料需要经过技术质量验证后方可使用，且满足如表格1所示的要求：
表1：
Figure BDA0000450688620000043
三、该转子焊接工艺的焊前准备如下：
1、工件及工艺装备：转子铁心1个，端环2个，导条60根，隔热板和云母片各两个，剪刀一把，焊料、焊剂，焊接工装包括分上下底座和拉紧螺栓一套，木榔头一把，扳手一把，吊环两个，吊绳一根，起吊设备，感应焊机，红外线测温枪、水槽，防火隔热手套。
2、转子的端环和导条组装：
2.1导条-端环清洁度：根据GE工艺文件P4D-EP5，在硝酸溶液中清洗导条和端环，并要求端环导条在涂焊剂之前的时间最长不能超过8小时，如果超过这个时间，要进行重新清洗。
2.2薄焊片与端环组装：把0.2mm厚银焊片剪切成端环凹槽适当大小，需要剪切120片。用刷子对两个端环内部凹槽涂抹适量的焊剂。并在每个凹槽内放入一片剪好的0.2mm厚的银焊片，并使其平铺在凹槽的底部，当放完银焊片后再在端环凹槽内均匀涂抹适量的焊剂。
2.3第一次端环套装：将安装平台焊接工装配合面用酒精擦洗干净。并用液压油润滑焊接工装的内部导向柱。将焊接工装中心孔带螺纹的下底板平放平台上，然后将隔热板和云母片安装于底板上，并调整隔热板和云母片的位置，使其位于中央。套入端环后将铁心缓慢地安放在底板上。
2.4导条装配：将酸洗后的转子导条自然插入转子铁心槽和端环凹槽，安装困难的只允许借助木榔头轻轻敲击将其安装到位，并使所有的导条高度保持一致。否则，视为无效安装。
2.5第二次端环套装：将另一端环的凹槽朝下，并对准导条的上端安装于导条上，安装到位后使用木榔头轻轻敲击上端端环，依次安装云母片和隔热板。用吊环将上底座安装于铁心的上端，并将拉紧螺栓安装到位后拧紧，拧紧后的转子立放于指定位置等待焊接。
3.设置温度传感器：温度传感器安装在工作平台固定位置，调节温度传感器指向端环径向，高度为端环厚度一半处，距离为33-35mm。
四、该转子焊接工艺包括以下工艺步骤：
一、转子焊接预热阶段；
1）、升温：将装配好的转子和夹具放入烘炉中烘烤，温度从室温上升到350-370℃，用时1.5-2.5小时；
2）、保温：温度保持在350-370℃，用时1-3.5小时；且升温阶段和保温阶段的总时间T满足：3小时≤T≤6小时；
3）、运输：转子从烘炉中出炉后，直接搬运到焊接工作平台，运输途中使用红外线高温计测转子铁芯的温度并做好记录；为防止冷却过快，转子出炉到感应焊接之间的时间控制在10min内，低于该温度需补充额外的热量。
二）、焊接感应加热阶段；
将预热阶段预热好的转子的两根相邻导条之间平放一片厚度2.5mm、宽度13mm、长度30mm银焊片，共60片，调整焊片的位置使其位于端环焊逢的中间；通过以下步骤对端环进行感应加热，其加热温度时间控制曲线如图1所示。
第一步，将温度从300℃上升到500℃，用时120s；
第二步，将温度从500℃上升到550℃，用时40s；
第三步，将温度从550℃上升到600℃，用时40s；
第四步，将温度从600℃上升到650℃，用时40s；
第五步，将温度从650℃上升到680℃，用时30s，并且温度一旦达到680℃便停止加热，进入冷却阶段。
银焊片在熔化过程中，及时用银焊条来补偿焊缝，当焊片焊料完全融化并完全补偿，且焊料平稳的状态下，肉眼检查焊接质量，确认焊接无虚焊、气孔、裂纹。
若采用控制系统进行控制温度的方式进行时，可根据表格2所示的内容进行温度时间设置。
焊接温度控制设定：根据产品特点，拟设定温度—时间特性曲线为表格2所示：
Figure BDA0000450688620000061
在焊接过程中，出现异常情况时，在不停电停机的情况下，人为中断自动控制方式，然后转换为手动控制，有效的保障整个焊接工艺过程的完成。
三）、焊接冷却阶段；
停止焊接感应加热后，用红外线测温仪测得端环温度小于350℃时，将转子用吊车调离焊接平台，将焊完的一端完全浸没水槽中进行水冷，入水温度280-300℃，入水深度在铁芯端面5mm内，入水时间10-20s，将水冷后的转子吊离水面，空冷至室温；然后，将转子翻转，焊接另一端。
五、焊接后检验：
1、目检：每个转子的焊缝都要进行100%目检，确认焊接无虚焊、无大的气孔、无裂纹，焊角自然形成R3-5mm，即焊角延伸到导条侧壁上的高度≥3mm。
通过本发明焊接工艺对转子进行焊接后，通过实物破坏性工艺验证：转子焊接接头强度、装配应力、布氏硬度以及焊缝失效比例等都达到了验证标准。
应用实施例证明：至今完成1500台以上的转子生产无一台报废，组装的电机通过美国GE公司的型式试验；牵引电机通过HXN5交流传动大功率机车在铁路上的使用，大部分电机已超过2年检修，未发现因转子焊接工艺质量问题而导致机车运行故障。
2、硬度：喷砂后沿端环90°方向测定好端环四个点的硬度，布氏硬度最低标准＞60HB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种转子焊接工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：
一、转子焊接预热阶段；
1）、升温：将装配好的转子和夹具放入烘炉中烘烤，温度从室温上升到350-370℃，用时1.5-2.5小时；
2）、保温：温度保持在350-370℃，用时1-3.5小时；且升温阶段和保温阶段的总时间T满足：3小时≤ T≤6小时；
3）、运输：转子从烘炉中出炉后，直接搬运到焊接工作平台，运输途中使用红外线高温计测转子铁芯的温度并做好记录；转子出炉到感应焊接之间的时间控制在10min内；
二、焊接感应加热阶段；
将预热阶段预热好的转子的两根相邻导条之间平放一片厚度2.5mm、宽度13mm、长度30mm 银焊片，共60片，调整焊片的位置使其位于端环焊逢的中间；通过以下步骤对端环进行感应加热：
第一步，将温度从300℃上升到500℃，用时120s；
第二步，将温度从500℃上升到550℃，用时40s；
第三步，将温度从550℃上升到600℃，用时40s；
第四步，将温度从600℃上升到650℃，用时40s；
第五步，将温度从650℃上升到680℃，用时30s，并且温度一旦达到680℃便停止加热，进入冷却阶段；
三、焊接冷却阶段；
停止焊接感应加热后，用红外线测温仪测得端环温度小于350℃时，将转子用吊车调离焊接平台，将焊完的一端完全浸没水槽中进行水冷，入水温度280-300℃，入水深度在铁芯端面5mm内，入水时间10-20s，将水冷后的转子吊离水面，空冷至室温；然后，将转子翻转，焊接另一端。
2.如权利要求1所述的转子焊接工艺，其特征在于：焊前准备如下：
1）.导条、端环的清洁，将导条和端环放入硝酸溶液中进行清洗；
2）.薄焊片与端环组装：把0.2mm厚银焊片剪切成端环凹槽适当大小，剪切120片，用刷子对两个端环内部凹槽涂抹适量的焊剂，在每个凹槽内放入一片剪好的0.2mm厚的银焊片，并使其平铺在凹槽的底部，当放完银焊片后再在端环凹槽内均匀涂抹适量的焊剂；
3）.第一次端环套装：将安装平台焊接工装配合面用酒精擦洗干净，并用液压油润滑焊接工装的内部导向柱；将焊接工装中心孔带螺纹的下底板平放平台上，然后将隔热板和云母片安装于底板上，并调整隔热板和云母片的位置，使其位于中央，套入端环后将铁心缓慢地安放在底板上；
4）.导条装配：将酸洗后的转子导条自然插入转子铁心槽和端环凹槽，并使所有的导条高度保持一致；
5）.第二次端环套装：将另一端环的凹槽朝下，并对准导条的上端安装于导条上，安装到位后使用木榔头轻轻敲击上端端环，依次安装云母片和隔热板，用吊环将上底座安装于铁心的上端，并将拉紧螺栓安装到位后拧紧，拧紧后的转子立放于指定位置等待焊接。
3.如权利要求1或者2中任一所述的转子焊接工艺，其特征在于：银焊片在熔化过程中，及时用银焊条来补偿焊缝，当焊片焊料完全融化并完全补偿，且焊料平稳的状态下，肉眼检查焊接质量，确认焊接无虚焊、气孔、裂纹。
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