趙佳寧，連　軍

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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電機(jī)鋼板結(jié)構(gòu)件焊接退火后變形量分析

趙佳寧，連軍

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

摘要根據(jù)電機(jī)鋼板結(jié)構(gòu)件焊接后，由于工藝裝配和焊接產(chǎn)生的應(yīng)力原因，鋼板結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生變形，經(jīng)過(guò)退火處理后仍會(huì)變形的情況，用實(shí)測(cè)的方法來(lái)確定變形量，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)介紹實(shí)測(cè)焊接后、焊接完進(jìn)行退火、粗車后退火、精車后退火等各環(huán)節(jié)的變形量及測(cè)量方法。

關(guān)鍵詞電機(jī)鋼板；焊接；殘余應(yīng)力；變形量；加工余量

0引言

大中型電機(jī)機(jī)座及底架基本是用鋼板焊接而成，由于焊量大而且是以角焊縫為主，造成焊接應(yīng)力較大，殘余應(yīng)力分布復(fù)雜，因此電機(jī)鋼板件焊接后及去應(yīng)力退火后，均會(huì)產(chǎn)生變形量，如采用計(jì)算的方法很難對(duì)這些變形量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

本文通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了鋼板結(jié)構(gòu)件在焊接后、焊接完退火、粗車后退火、精車后退火等幾種狀態(tài)下機(jī)座、底架、接線盒的變形量，為加工余量的預(yù)留及電機(jī)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

1鋼板結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力測(cè)試及變形原因

1.1殘余應(yīng)力測(cè)試

電機(jī)鋼板焊接件焊后的殘余應(yīng)力及退火后的殘余應(yīng)力值可以通過(guò)多種方法實(shí)測(cè)，比較常用的方法是鉆孔應(yīng)變釋放法。為便于測(cè)量，選擇箱式結(jié)構(gòu)電機(jī)機(jī)座作為測(cè)量對(duì)象，機(jī)座鋼板材質(zhì)為Q235，具有測(cè)試代表性，測(cè)試點(diǎn)選在機(jī)座板最厚的端板、底腳板部位。這是由于因?yàn)榘宀脑胶?，拘束越大，焊接殘余?yīng)力越大，具體位置見(jiàn)圖1所示，測(cè)試點(diǎn)在端板與側(cè)板焊縫、端板與底腳板焊縫熱影響區(qū)附近。

圖1箱式電機(jī)機(jī)座殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)

焊接后殘余應(yīng)力值見(jiàn)表1所示，退火后殘余應(yīng)力值見(jiàn)表2所示，退火保溫溫度600℃～650℃，保溫2h(后續(xù)測(cè)試試驗(yàn)采用同樣的退火參數(shù))。通過(guò)退火前后應(yīng)力測(cè)試，可以算出各點(diǎn)殘余應(yīng)力的平均消除率分別為-96.8%、-99%、-80.1%,三點(diǎn)均消除率為-92%。其它結(jié)構(gòu)的鋼板結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力值會(huì)有所不同，但退火后殘余應(yīng)力消除率基本能達(dá)到這個(gè)數(shù)值。

表1　焊接后殘余應(yīng)力測(cè)量值

表2　退火后殘余應(yīng)力測(cè)量值

1.2變形原因

由于工件焊接加熱的不均勻性，產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，有的位置峰值應(yīng)力接近或超過(guò)母材標(biāo)準(zhǔn)值，從表1熱影響區(qū)測(cè)試值可以得到驗(yàn)證。有內(nèi)應(yīng)力必然產(chǎn)生應(yīng)變，超過(guò)板材屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力通過(guò)工件變形釋放，直至達(dá)到內(nèi)應(yīng)力平衡，工件不再變形，平衡后同時(shí)各部件通過(guò)焊縫約束在一起。退火時(shí)由于整體溫度升高，母材屈服強(qiáng)度降低，焊接應(yīng)力整體釋放，冷卻時(shí)溫度整體均勻的緩慢下降，局部殘余應(yīng)力很小，因此整體退火后變形很小。

2鋼板結(jié)構(gòu)件焊接及退火前后各狀態(tài)尺寸變化實(shí)測(cè)分析

2.1圓筒機(jī)座焊接及退火前后尺寸測(cè)量分析

2.1.1圓筒機(jī)座結(jié)構(gòu)及測(cè)量試驗(yàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖2是一種圓筒結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)機(jī)座，機(jī)座筒壁厚20mm,機(jī)座筒與徑向分布的散熱片、通風(fēng)管及兩端圓環(huán)焊接后，再與底腳、接線盒座焊接，焊縫形式主要是角焊縫，焊縫密集，焊接量很大。選取兩個(gè)規(guī)格各3臺(tái)電機(jī)機(jī)座，進(jìn)行焊接前后、焊接退火后、粗車退火后試驗(yàn)，測(cè)量各狀態(tài)尺寸變化情況。

圖2圓筒結(jié)構(gòu)電機(jī)機(jī)座

2.1.2圓筒機(jī)座焊接前后、焊接退火后尺寸變化

機(jī)座焊接前先用卡尺測(cè)量圓環(huán)直徑，分水平、垂直、45°、135°四個(gè)方向測(cè)量，焊接完畢后，再測(cè)量相同位置的直徑，退完火后第三次測(cè)量相同位置的尺寸，圓環(huán)位于機(jī)座兩端，能夠反映機(jī)座內(nèi)孔的變化，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　機(jī)座焊接前后及退火后圓環(huán)尺寸變化

3臺(tái)機(jī)座圓環(huán)焊后尺寸最大變化量8mm，圓度分別變?yōu)?mm、2mm、3.5mm,退火后尺寸變化量小于1mm,圓度變化小于0.5mm。退火后尺寸變化小于焊接后尺寸變化。

2.1.3圓筒機(jī)座粗加工后退火尺寸變化

機(jī)座粗加工時(shí)會(huì)引起殘余應(yīng)力重新分布，因此有些尺寸控制嚴(yán)格的產(chǎn)品，采用兩次退火的辦法，就是焊接后退火一次；粗加工后再退火一次，使機(jī)座殘余應(yīng)力重新平衡。為全面了解變形情況，對(duì)試件進(jìn)行了粗加工后退火試驗(yàn)，測(cè)得機(jī)座軸伸端、鐵心、尾端(非軸伸端)三個(gè)位置的內(nèi)孔直徑尺寸，見(jiàn)表4。

表4　粗加工機(jī)座退火后尺寸變化

從數(shù)據(jù)分析，鐵心位置直徑變化最大，1號(hào)機(jī)座達(dá)到0.8mm；2號(hào)機(jī)座1.77mm；3號(hào)機(jī)座1.86mm,伸端、尾端變化較小，1號(hào)機(jī)座最大變化1.04mm,3號(hào)機(jī)座最大變化0.84mm。另一方面鐵心尺寸基本變小，而伸端、尾端圓環(huán)的尺寸基本變大。退火后圓度變化較小，其中1號(hào)、3號(hào)機(jī)座圓度值變小，2號(hào)機(jī)座圓度值稍微變大，如表5所示。但各尺寸變化量仍小于焊接后尺寸變化量。

表5　粗加工機(jī)座退火后圓度變化

2.2雙層圓筒機(jī)座退火后尺寸測(cè)量分析

2.2.1雙層圓筒機(jī)座結(jié)構(gòu)及測(cè)量試驗(yàn)

圖3是一種礦用電機(jī)鋼板機(jī)座，有雙層圓筒形成水套，一端有較厚的安裝板；另一端有較厚的圓環(huán)，整個(gè)機(jī)座具有較高的強(qiáng)度以適合礦用生產(chǎn)環(huán)境的需要。圖4選取一個(gè)規(guī)格2臺(tái)機(jī)座進(jìn)行接線盒座板精加工后焊接、退火及機(jī)座精車后退火試驗(yàn)，測(cè)量各狀態(tài)尺寸變化情況。

圖3雙層圓筒機(jī)座

圖4接線盒座板

2.2.2接線盒座板焊接后及退火后，接線盒座板孔尺寸變化

接線盒座板先精加工后，裝配到機(jī)座上焊接，再進(jìn)行退火，各階段直徑尺寸見(jiàn)表5。

表5　出線安裝孔焊接、退火后尺寸測(cè)量

1號(hào)座板焊后安裝孔圓度分別變化0.07mm、0.06mm,2號(hào)座板分別變化0.03mm、0.065mm。1號(hào)座板退火后安裝孔圓度分別變化0.005mm、0.01mm,2號(hào)座板分別變化0mm、0.01mm。說(shuō)明退火變形量小于焊接后變形量，同時(shí)驗(yàn)證出，針對(duì)相對(duì)較小的座板安裝孔(尺寸公差要求不是非常嚴(yán)格)，可精加工后再將座板焊接到機(jī)座上。

2.2.3雙層圓筒機(jī)座精加工后退火尺寸變化

2.3底架粗車后退火尺寸測(cè)量分析

2.3.1底架結(jié)構(gòu)及測(cè)量試驗(yàn)

底架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，外形尺寸為3000mm×3000mm×310mm,由36mm、16mm鋼板焊接而成。進(jìn)行焊接后不退火、粗車后退火試驗(yàn)，測(cè)量尺寸變化情況。

圖5底架結(jié)構(gòu)

2.3.2焊后不退火，粗車后退火尺寸變化情況

在立式車床上檢測(cè)焊接后底架不平度值為8～10mm,將底架上下平面粗加工平整，沒(méi)有黑皮后進(jìn)行退火處理，退火后再到立式車床上檢測(cè)不平度值為1mm，退火后變形量較小。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)典型電機(jī)機(jī)座焊接后及退火后殘余應(yīng)力的測(cè)試，及四種電機(jī)鋼板件焊后及退火后變形量的測(cè)試，得出如下結(jié)論，可作為加工余量及電機(jī)制造時(shí)的參考。

(1)電機(jī)鋼板件變形主要是焊接后導(dǎo)致，加工余量主要按焊接變形量預(yù)留。

(2)退火后焊接應(yīng)力能消除90%，焊后退火及粗加工后退火產(chǎn)生的變形量很小，變形量基本相同。

(3) 退火變形量與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)，鋼板結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度高則變形量越小。

(4) 接線盒座板先精加工，再進(jìn)行焊接、退火，退火后變形量很小，主要仍是焊接后的變形量。

參考文獻(xiàn)

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Analysis on Welding and Annealing Deformation Magnitude of Motor Steel-Plate Parts

ZhaoJianingandLianJun

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China )

AbstractBecause of the stress produced by assembly and welding, steel-plate parts of motor will deform after welding, and the deformation will still exist after annealing treatment. This paper presents a measured method to determine deformation magnitude, carries out statistics analysis, and introduces deformation magnitudes and measuring methods in various procedures such as annealings after measured welding, rough turning and finish turning.

Key wordsMotor steel-plate parts；welding；residual stress；deformation magnitude；machining allowance

收稿日期：2015-12-15

作者簡(jiǎn)介：趙佳寧 男1982年生；畢業(yè)于佳木斯大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)工藝制造及工藝管理工作.

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)02-0045-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.13