楊懷海，潘波，王棟梁

(1佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002；

2撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧撫順113001)

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實(shí)心磁極同步電動(dòng)機(jī)阻尼繞組焊接工藝

楊懷海1，潘波1，王棟梁2

(1佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002；

2撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧撫順113001)

摘要實(shí)心磁極同步電動(dòng)機(jī)阻尼繞組釬焊面積大，焊接難度高，容易出現(xiàn)焊接缺陷，在電機(jī)起動(dòng)過程中阻尼環(huán)產(chǎn)生電火花，長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。針對(duì)阻尼繞組的結(jié)構(gòu)，采用火焰釬焊、感應(yīng)釬焊工藝，控制加熱位置及合理的加熱順序，在不損傷磁極線圈的前提下，保證釬焊接頭的可靠性，提高電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞實(shí)心磁極；阻尼繞組；阻尼環(huán)；火焰釬焊；感應(yīng)釬焊

0引言

同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式一般采用異步起動(dòng)，其中實(shí)心磁極阻尼繞組與籠型繞組的阻尼繞組作用相類似，在同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)時(shí)，實(shí)心磁極極靴與阻尼環(huán)共同構(gòu)成阻尼繞組，利用阻尼繞組中的感應(yīng)電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)起來。阻尼繞組的作用就是為同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子磁極線圈通以直流電，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，阻尼繞組完成異步起動(dòng)作用。電機(jī)在反復(fù)起動(dòng)及運(yùn)行過程中，阻尼繞組承受熱變形、離心力反復(fù)作用，尤其是實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，受力更為苛刻，如果釬焊接頭性能不可靠，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電結(jié)合面松動(dòng)從而接觸不良，重新起動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生“打火”現(xiàn)象。反復(fù)打火使繞組導(dǎo)電進(jìn)入惡性循環(huán)，最終繞環(huán)定子繞組或螺栓熔斷脫落打壞定子繞組，使定子線圈報(bào)廢。

1阻尼繞組的結(jié)構(gòu)

同步機(jī)磁極鐵心大部分是疊片結(jié)構(gòu)，阻尼條穿過鐵心，分段阻尼環(huán)分別穿在各磁極阻尼條上，通過阻尼環(huán)與阻尼條、阻尼環(huán)與阻尼環(huán)焊接形成阻尼繞組。但鋼廠用主抽風(fēng)機(jī)類負(fù)載，由于負(fù)載GD2較大，起動(dòng)困難且發(fā)熱量很大，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不能滿足，因此采用實(shí)心磁極結(jié)構(gòu)。其鐵心由實(shí)心的鍛鋼加工而成，實(shí)心磁極同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、熱容量大等特點(diǎn)，其阻尼繞組分為有阻尼環(huán)和無阻尼環(huán)兩種結(jié)構(gòu)，有阻尼環(huán)的結(jié)構(gòu)通過阻尼環(huán)與極靴、阻尼環(huán)與阻尼環(huán)焊接形成阻尼繞組，極靴與磁軛用螺栓連接。極靴表面及一定深度形成的感應(yīng)電流相當(dāng)于疊片繞組的阻尼條。

常見實(shí)心磁極同步電動(dòng)機(jī)為4p、6p，其阻尼繞組結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，極靴安裝在磁軛上，阻尼環(huán)有弧形和槽形兩種，分段焊接在極靴兩側(cè)，并用螺栓固定，分段阻尼環(huán)與連接片焊接在一起，并用螺栓加固。阻尼環(huán)與極靴的接觸方式不同，連接片的接觸方式也有所不同。磁極線圈與極靴裝配到磁軛上，阻尼用連接片連接，為便于彎制，連接片用幾片2～4mm的薄銅板彎成一定形狀，與阻尼焊焊接并用螺栓加固。由于電機(jī)起動(dòng)時(shí)阻尼環(huán)溫度上升，膨脹后直徑變大，但極靴部分阻止其膨脹，因此一部分變形就會(huì)施加到阻尼環(huán)接頭部分，連接片由薄銅板變成弧形就能吸收一部分變形，減少接頭所承受的應(yīng)力，防止接頭開裂打火。

圖14p同步機(jī)阻尼繞組結(jié)構(gòu)圖

圖26p同步機(jī)阻尼繞組結(jié)構(gòu)圖

2阻尼環(huán)與極靴焊接

極靴為中碳鋼鍛造加工而成，阻尼環(huán)由紫銅母線彎弧制成，阻尼環(huán)與極靴接觸，碳鋼的導(dǎo)電性差，要求阻尼環(huán)與極靴接觸面積盡量大、接觸電阻盡量小，其結(jié)構(gòu)見圖3。左側(cè)4p同步機(jī)阻尼環(huán)為弧形，其接觸位置為外弧面及一側(cè)平面，右側(cè)6p同步機(jī)阻尼環(huán)為平板形，其接觸位置為一側(cè)平面及板厚一側(cè)，極靴兩端焊接尺寸相同。由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，為提高強(qiáng)度阻尼環(huán)與極靴用螺緊固，采用以下幾個(gè)方法。

圖3阻尼環(huán)與極靴結(jié)構(gòu)圖

2.1焊接方法選擇

紫銅與阻尼環(huán)常用的焊接方法有氬弧焊及釬焊兩種方法，但阻尼環(huán)與極靴用氬弧焊接不能全部焊透，且是不可拆卸連接，不便以后維修，選用硬釬焊焊接比較合適，釬焊不必開坡口能焊透大部分接觸面，阻尼繞組出現(xiàn)故障能夠拆下維修。銀銅鋅釬料適于釬焊鋼碳鋼，熔點(diǎn)較低便于操作，同時(shí)也易于釬焊紫銅，因此選用常用的銀銅鋅釬料BAg45CuZn作為焊料。

2.2焊接工藝過程

2.2.1焊前準(zhǔn)備

銀焊料選用0.2mm片狀釬料和φ4mm的棒狀釬料，片狀釬料剪成弧狀或條狀，形狀剛好能填滿阻尼環(huán)與極靴的兩個(gè)接觸面，片狀釬料需要按阻尼環(huán)螺栓孔的位置配鉆工藝孔，便于裝配時(shí)螺栓穿過。

將極靴待焊面用砂紙打磨，并用白布蘸酒精擦凈打磨面，阻尼環(huán)待焊面也按此辦法處理，QJ102釬劑用水調(diào)成糊狀，用刷子將糊狀釬劑均勻涂到極靴及阻尼環(huán)接觸面上。片狀釬料分別置于極靴每一處待焊處，裝配阻尼環(huán)，用螺釘或螺栓擰緊。

2.2.2焊接

極靴與阻尼環(huán)為異種金屬，且形狀不規(guī)則，用火焰釬焊操作比較方便，由于工件較大需用兩把H01-20焊槍加熱，火焰選用中性或稍帶還原性的火焰。

極靴體積大，熱量多，用兩把焊槍對(duì)極靴待焊處附近加熱，4p極靴應(yīng)立放， 6p極靴臥放，按圖4所示在弧面和平面同時(shí)加熱。

圖4阻尼環(huán)與極靴釬焊加熱示意圖

加熱時(shí)應(yīng)從一端開始，由于碳鋼導(dǎo)熱較差，焊槍應(yīng)小幅擺動(dòng)，以免碳鋼熔化，待加熱區(qū)域變?yōu)榧t色后，加熱平面的焊槍開始加熱阻尼環(huán)側(cè)，加熱弧面的焊槍依然加熱原位置，阻尼環(huán)變紅后，用棒狀釬料端部蘸釬劑接觸紅熱部分的釬縫，釬料棒熔化，補(bǔ)充片裝釬料熔化后未填滿的接觸面縫隙，這時(shí)兩把焊槍應(yīng)適當(dāng)控制加熱溫度，防止過熱導(dǎo)致釬料流出。釬料剛好浸滿待焊區(qū)后，焊槍移至下一相鄰加熱位，重復(fù)上述加熱填料過程，直至焊接到另一端結(jié)束。4p極靴焊接完畢后，趁熱用風(fēng)動(dòng)搬手將螺栓卸下，安裝止動(dòng)墊片及新螺栓。6p螺釘為銅材質(zhì)，焊接時(shí)直接與阻尼環(huán)焊接成一體，不必拆卸。

2.2.3清理

焊接后殘留的釬劑有較強(qiáng)的腐蝕性，必需除掉。方法是用溫水加入10%的檸檬酸，噴酒在殘留的釬劑上，并用鋼絲刷刷洗，釬劑刷掉后，再用清水沖洗。碳鋼表面的黑色氧化物用拋光片磨掉既可。

2.2.4焊接易出現(xiàn)的問題

焊接最容易出現(xiàn)的問題是由于極靴加熱的溫度不足或不均勻，導(dǎo)致片狀釬料沒有全部熔化，只是外圍熔化將阻尼環(huán)與極靴焊接到一起，極靴與阻尼環(huán)的線膨脹系數(shù)相差較大，內(nèi)部沒有焊透，阻尼環(huán)起動(dòng)時(shí)膨脹，很容易與極靴開焊，因此極靴側(cè)加熱時(shí)要均勻，加熱整體變紅，使焊料能吸入到釬縫中。焊接冷卻后仔細(xì)檢查釬縫處，發(fā)現(xiàn)有裂紋重新加熱補(bǔ)焊。

3阻尼環(huán)與連接片焊接

連接片由數(shù)片薄銅板彎制而成，片間有間隙，加熱時(shí)導(dǎo)熱性不如實(shí)心結(jié)構(gòu)，輸入熱量過大易造成連接片燒損，輸入熱量小，則接頭溫度上升較慢，阻尼環(huán)散熱速度快，溫度上升慢，釬焊溫度不足，導(dǎo)致接頭不能焊透。釬焊時(shí)阻尼環(huán)溫度過高，會(huì)造成阻尼環(huán)與板靴釬焊接頭強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生裂紋。因此連接片焊接時(shí)熱輸入量的控制難度較大，容易產(chǎn)生缺陷。目前的焊接方法主要有火焰釬焊及感應(yīng)釬焊兩種方法。

釬料可選用銀銅鋅釬料BAg45CuZn或銅磷釬焊BCu80AgP,裝配時(shí)連接片之間預(yù)置0.2mm的片狀釬料,如果用BAg45CuZn片狀釬料預(yù)置,需將QJ102釬劑用水調(diào)成糊狀，均勻涂抹在連接接觸面，但焊接后需用檸檬酸水溶液清洗。BCu80AgP為自釬劑釬料，不必再填加釬劑。

3.1火焰釬焊

連接片距離磁極線圈很近，火焰加熱范圍較大，會(huì)破壞磁極線圈絕緣，因此焊接防護(hù)是火焰釬焊過程中重要的一環(huán)。常用的辦法是用水浸濕石棉繩或石棉布，揉成泥團(tuán)緊貼在待焊連接片附近磁極線圈外圍，再用5mm石棉板剪成適當(dāng)形狀擋在連接片與磁極線圈之間，然后用濕石棉繩塞在石棉板與磁極線圈邊緣的縫隙，防止火焰進(jìn)入到磁極線圈。

用緊固螺栓夾緊連接片與阻尼環(huán)，兩把焊槍同時(shí)對(duì)待焊處對(duì)連接片及阻尼環(huán)均勻加熱，不要加熱緊固螺栓，火焰熱量適中，待接頭變?yōu)榧t色后片狀釬料熔化浸潤(rùn)到接頭間隙中，然后用棒狀釬料補(bǔ)充釬縫，不斷調(diào)整焊槍加熱距離及加熱位置，保持接頭溫度適當(dāng)，使釬料既能浸潤(rùn)到母材中又不至于流失。

防護(hù)時(shí)線圈被浸濕，絕緣電阻下降，因此連接片焊接完畢后，整個(gè)轉(zhuǎn)子放到爐中進(jìn)行烘干處理，以達(dá)到要求的絕緣電阻。

3.2感應(yīng)釬焊

3.2.1感應(yīng)釬焊特點(diǎn)及加熱原理

感應(yīng)釬焊時(shí),電磁能量通過感應(yīng)器感應(yīng)到焊接接頭中,在接頭中由感應(yīng)電流直接產(chǎn)生熱量,加熱效率高，速度快，不會(huì)在磁極線圈中產(chǎn)生熱量,因此不影響磁極線圈的絕緣,更不必用石棉繩的進(jìn)行防護(hù)。目前感應(yīng)釬焊已廣泛使用在電機(jī)釬焊的制造中。

圖5是連接片與阻尼環(huán)感應(yīng)釬焊圖示，感應(yīng)器由紫銅管按要求彎成適當(dāng)形狀，并安裝導(dǎo)磁塊，感應(yīng)圈式作時(shí)銅管通以高頻電流后，磁能通過導(dǎo)磁塊藕合到工件，同時(shí)銅管中通以冷卻水，用于冷卻銅管自身和工件產(chǎn)生的熱量，防止銅管溫度過高而燒損。

圖5感應(yīng)釬焊示意圖

3.2.2加熱過程

由于緊固螺栓妨礙感應(yīng)器裝夾，另一方面碳鋼螺栓為導(dǎo)磁物質(zhì)，感應(yīng)加熱時(shí)易燒損，因此感應(yīng)加熱時(shí)，不安裝緊固螺栓。

感應(yīng)加熱時(shí)工件表面有較大的電流，如果感應(yīng)器與工件直接接觸，工件電流流過感應(yīng)器產(chǎn)生打火，會(huì)破壞感應(yīng)器銅管。工件溫度達(dá)到700℃左右，感應(yīng)器也會(huì)產(chǎn)生損環(huán)，因此感應(yīng)器與工件間夾一層或幾層石棉紙起到絕緣、隔熱的作用。感應(yīng)器及工件堵流過較大的電流,使二者之間產(chǎn)生排斥力,導(dǎo)致感應(yīng)器與工件間距離增大,影響加熱效率,需在感應(yīng)器外側(cè)設(shè)置夾具約束變形。

感應(yīng)器裝配好后，啟動(dòng)感應(yīng)設(shè)備，感應(yīng)器通過電流對(duì)連接片兩個(gè)面同時(shí)加熱。由于連接片較薄，片間有間隙，影響熱量向內(nèi)部傳導(dǎo)，因此外側(cè)連接片迅速變紅，這時(shí)立刻采取斷續(xù)加熱的方式，避免連接片熔化，在斷續(xù)加熱過程中釬焊片逐層熔化浸潤(rùn)，熔化的釬料提高了連接片之間的導(dǎo)熱速度，這時(shí)加熱方式改為連續(xù)加熱，直至阻尼環(huán)變紅，用棒裝釬焊補(bǔ)充未焊滿的釬縫。

4結(jié)語

焊接本身就是一個(gè)特殊工序，無法用肉眼直接判斷其焊接質(zhì)量的好壞，所以必須有好的焊接方法和嚴(yán)格的焊接工藝，才能保證焊接質(zhì)量。實(shí)心磁極同步電動(dòng)機(jī)阻尼繞組焊接難度大，是此類電機(jī)制造的一個(gè)難點(diǎn)，更是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其焊接質(zhì)量對(duì)電機(jī)起動(dòng)及運(yùn)行至關(guān)重要。

(1) 阻尼繞組的焊接接觸面需用0.2mm片狀釬料預(yù)置，阻尼環(huán)與極靴需用銀銅鋅釬料焊接。

(2) 阻尼環(huán)與極靴為異種材料，線脹系數(shù)不一致,釬料與極靴浸潤(rùn)不好，電機(jī)運(yùn)行時(shí)膨脹不致容易開裂打火。焊接時(shí)極靴溫度是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

(3) 連接片之間導(dǎo)熱性不好，焊接操作位置狹小與線圈距離近,電機(jī)運(yùn)行時(shí)受力條件比較惡劣，在條件允許的情況下優(yōu)先使用感應(yīng)釬焊。

參考文獻(xiàn)

[1]劉永法，劉玉祥. 同步電動(dòng)機(jī)阻尼環(huán)連接方式的研究 [J]. 大電機(jī)技術(shù)，1984,(3):17-20.

[2]機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編委會(huì).電機(jī)工程手冊(cè)(第二版)(3) 電機(jī)卷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊(cè)(第二版)第2卷(材料的焊接)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[4]陳鐵林.除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼繞組斷裂一例[J]. 電機(jī)技術(shù),2005,(1):33-34.

[5]周德富. 同步電動(dòng)機(jī)阻尼環(huán)連接板燒損原因分析[J]. 電機(jī)技術(shù),2009,(5):35-38.

Welding Technology for Damping Windings of Solid Magnetic Pole Synchronous Motor

YangHuaihai，PanboandWangdongliang

(1.Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002,China；2.Petrachina fushun Petrochemical compang Detergent chemical Plant, Fushun 113001,China)

AbstractThe damping windings of solid magnetic pole synchronous motor has the disadvantages of large welding area, difficult welding technology, easily-encountered welding defect, easily-produced electric spark on damping ring at starting and easily-occurred breakage during long-time operation. Aiming to the structure of damping windings, flame brazing and induction brazing technologies were used to control the heating positions and reasonable heating sequence. On the premise of not damaging the magnetic pole coils, they have ensured reliability of brazing joints and improved quality of motor.

Key wordsSolid magnetic pole；damping windings；damping ring；flame brazing；induction brazing

收稿日期：2015-11-01

作者簡(jiǎn)介：楊懷海男1980年生；畢業(yè)于佳木斯大學(xué)電機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)研發(fā)和制造工藝工作.

中圖分類號(hào)：TM305.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-7281(2016)02-0038-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.11