孟繁齊
(佳木斯電機(jī)股份有限公司,黑龍江 佳木斯 154002)
高壓三相異步電動(dòng)機(jī)引線螺栓接頭的焊接,采用低溫軟釬焊(即錫焊)工藝。但由于Pb及其化合物的劇毒性對(duì)人類健康和生活環(huán)境的危害,且鉛錫焊料抗蠕變性能較差、熱強(qiáng)度低、不耐溫等缺點(diǎn)不能滿足電機(jī)可靠使用的質(zhì)量要求,為此將部分電機(jī)引線螺栓接頭的焊接采用高溫硬釬焊取代現(xiàn)有的低溫軟釬焊。
通過(guò)對(duì)多種加熱硬釬焊的工藝試驗(yàn)分析比較,采取有效的工藝措施把各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定地控制在合理的范圍內(nèi),三相電阻不平衡率符合GB/T 1032 和GB 50150 要求;引線螺栓焊接熱影響區(qū)范圍小于50 mm,保證了引線螺栓焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求。
按引接線螺栓的使用要求并結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)示意圖,見(jiàn)圖1。焊接時(shí)釬料自上向下流并產(chǎn)生一定的壓力,實(shí)踐證明,此釬焊結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。
引接線螺栓內(nèi)孔直徑的規(guī)定:根據(jù)電纜規(guī)格確定接線螺栓內(nèi)徑,其內(nèi)徑大于電纜直徑1 mm 左右,內(nèi)徑如果太大既浪費(fèi)釬料,又造成壁薄在加熱時(shí)易損傷接線螺栓,并使整體的連接強(qiáng)度降低。
圖1 引接線螺栓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
從電機(jī)產(chǎn)品性能方面考慮,電纜線與接線螺栓的焊接要具有高的導(dǎo)電性和耐溫強(qiáng)度。通過(guò)參數(shù)對(duì)比,銀釬料和銅磷釬料具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性好、強(qiáng)度較高等特點(diǎn)。按釬料的化學(xué)成分及物理性能,選用HL204(牌號(hào)BCu80AgP)和HL312(牌號(hào)BCu80AgP)釬料,并對(duì)上述兩種釬料進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析:兩種釬料的熔點(diǎn)溫度高,強(qiáng)度適中,可焊性好;HL312比HL204釬焊溫度低,相對(duì)熱影響區(qū)??;但HL312 比HL204 釬料價(jià)格高,試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,兩種釬料都能滿足產(chǎn)品要求。
火焰釬焊利用可燃?xì)怏w與空氣或純氧點(diǎn)燃后的火焰進(jìn)行加熱[1]。其工藝過(guò)程:釬料用HL312 和HL204,釬劑用Q102,焊槍一把。將釬劑加入少量的水調(diào)制成糊狀,涂抹在接線螺栓內(nèi)孔壁上,并在底部加入深1 mm左右的釬劑,電纜線焊接部位去皮并涂抹釬劑插入接線螺栓內(nèi)孔中,用工裝把接線螺栓立起。然后用焊槍預(yù)熱接線螺栓側(cè)面,當(dāng)接線螺栓加熱暗紅色時(shí),加注 1.0~ 2.5 條狀釬料,加滿為止。注意掌握釬焊溫度使釬料處于液態(tài)即可,不能過(guò)熱,并在電纜上部25 mm 處用濕石棉繩對(duì)電纜線進(jìn)行冷卻,待釬料溶液不溢出氣泡再保溫約1 min為止。
結(jié)論:用火焰釬焊加熱時(shí),引線螺栓溫度不易控制,容易燒斷。從試驗(yàn)過(guò)程可看出,雖然焊接質(zhì)量逐步提高,但熱影響區(qū)較大,釬焊時(shí)空間較小,容易破壞接線螺栓和絕緣。以火焰為熱源進(jìn)行釬焊難度較大,操作技能高,質(zhì)量波動(dòng)大,所以不建議使用此工藝方案。
感應(yīng)釬焊是依靠工件在交流電交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的電阻熱來(lái)加熱的釬焊方法[1]。這種方法克服了局部急速加工的缺點(diǎn),與紅外線測(cè)溫槍結(jié)合使用,能控制焊接溫度,可以保持原有工件的機(jī)械性能、纖維組織和化學(xué)成分,可得到光潔而牢固的連接,從而大大提高焊接質(zhì)量。其中感應(yīng)圈是傳遞感應(yīng)電流的關(guān)鍵部件,感應(yīng)圈設(shè)計(jì)的好壞對(duì)加熱影響極大。按接線螺栓形狀,新設(shè)計(jì)的感應(yīng)圈為半圓型,分大、中、小三種。工件套在感應(yīng)圈里面,與接線螺栓外圓的間隙在4 mm左右,高度30 mm,感應(yīng)圈包上耐高溫的絕緣帶,具體結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖2。
圖2 感應(yīng)圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
感應(yīng)釬焊工藝過(guò)程:工藝準(zhǔn)備與火焰釬焊相同,完成準(zhǔn)備后將感應(yīng)圈套入接線螺栓中并保證兩者同心后,才可加熱工件。感應(yīng)釬焊工藝參數(shù):功率4~12 kW,接線螺栓的加熱溫度釬料HL204 為780~820 ℃,釬料HL312 為580~620 ℃,并用紅外線測(cè)溫槍實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)釬焊溫度使釬料處于液態(tài)即可,以免溫度過(guò)高損傷接線電纜,待釬料溶液不溢出氣泡再保溫約1.5 min。
為了減少熱量對(duì)電纜的不利影響,本方案改進(jìn)了冷卻方式,用壓縮空氣(風(fēng)冷)取代濕石棉繩冷卻,濕石棉繩在加熱時(shí)隨著表層水蒸氣,冷卻效果迅速下降,而風(fēng)冷可以對(duì)電纜表面大面積不間斷冷卻。引線螺栓硬釬焊各種性能試驗(yàn)結(jié)果,見(jiàn)表1
表1 引線螺栓硬釬焊后各種性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)
按GB/ T1032《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》[2]和GB 50150《電器裝置安裝工程電器設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[3],對(duì)直流電阻不平衡率進(jìn)行測(cè)試,二路Y接線直流電阻不平衡率實(shí)測(cè)值0.130 7 %,一路Y 接線實(shí)測(cè)值0.175 7%,都低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值小于2%的要求[3]。
結(jié)論:感應(yīng)釬焊加熱溫度易控制,熱影響區(qū)較小,接線螺栓內(nèi)孔與電纜間隙的釬焊填充率能達(dá)97%以上,從試驗(yàn)結(jié)果可知,釬料HL312 和HL204 的焊接都合格。但從加熱溫度、電機(jī)產(chǎn)品性能及穩(wěn)定性等多種因素考慮,釬料HL312更適合于產(chǎn)品。
通過(guò)工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)和電機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用,電機(jī)引線螺栓采用感應(yīng)釬焊(釬料HL312、釬劑Q102)的產(chǎn)品,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,各項(xiàng)性能指標(biāo)合格,三相電阻不平衡率控制在小于2%。
[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
[2] 全國(guó)旋轉(zhuǎn)由機(jī)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì).GB/T 1032—2005,三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)出版社,2005:63.
[3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006:30-32.