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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