硅青銅轉(zhuǎn)子導(dǎo)條釬焊中低銀釬料的應(yīng)用

紀(jì)玫紅，王岳元

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

端環(huán)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的釬焊是鼠籠型異步電機(jī)生產(chǎn)中的一個(gè)重要工序。釬焊質(zhì)量的好壞直接影響到電機(jī)的性能及質(zhì)量。釬焊時(shí)，工件是依靠熔化的釬料凝固后形成牢固的接頭，因此釬焊的質(zhì)量在很大程度上取決于釬料。為了保證焊接質(zhì)量，國(guó)外多家公司在純銅端環(huán)與銅合金導(dǎo)條釬焊時(shí)均選用高銀(50%銀)釬料。我公司在池槽式純銅端環(huán)與銅合金導(dǎo)條釬焊結(jié)構(gòu)中，選用的是含銀量45%銀釬料。為了降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，從2005年開始，我公司通過(guò)更新焊接設(shè)備、改進(jìn)焊接工藝方法來(lái)逐步開發(fā)和使用低銀釬料。釬料的含銀量從45%降到40%，又降至34%。但是白銀價(jià)格持續(xù)上漲，尤其是2011年還突破了萬(wàn)元大關(guān)。如何進(jìn)一步降低銀釬料的含銀量是擺在我們面前迫切需要解決的一個(gè)課題。

1 低銀釬料的選定

2010年我公司將轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料整合為紫銅、硅青銅兩大類。其中硅青銅導(dǎo)條按含硅量從低到高，又分為一號(hào)硅、二號(hào)硅、三號(hào)硅、四號(hào)硅;取消了黃銅、鋁青銅轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的分類。這為進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)條釬焊用釬料的銀含量帶來(lái)了契機(jī)。

但是由于釬焊結(jié)構(gòu)和母材材質(zhì)所限，如材質(zhì)為硅青銅的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條具有熱脆性及在熔融釬料下的自裂傾向，釬焊時(shí)應(yīng)選用熔點(diǎn)較低的釬料和加熱比較均勻的釬焊方法，銀釬料的含銀量下降空間也有限。在兩次工藝攻關(guān)的基礎(chǔ)上，擬開發(fā)與目前使用的銀釬料同屬銀銅鋅錫系的釬料:BAg30CuZnSn來(lái)代替BAg34CuZnSn，釬料化學(xué)成分見表1。

表1 釬料化學(xué)成分

2 釬焊接頭的強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn)方法參照GB/T 11363—2008)

2.1 拉伸試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選用紫銅、硅青銅為母材，釬劑為FB112(見圖1)。試驗(yàn)時(shí)拉棒一端均為紫銅(T2)，另一端分別是紫銅(T2)、2號(hào)硅青銅(THYD2)、3號(hào)硅青銅(THYD3)、4號(hào)硅青銅(THYD4)，見圖2。釬焊接頭的平均抗拉強(qiáng)度見表2。

表2 釬焊接頭的平均抗拉強(qiáng)度 MPa

試驗(yàn)結(jié)果表明:釬料BAg34CuZnSn與BAg30CuZnSn相同母材的釬焊接頭抗拉強(qiáng)度數(shù)值相近。

2.2 剪切試驗(yàn)

試樣一端均為紫銅(T2)，另一端分別是紫銅(T2)、2號(hào)硅青銅(THMD2)、4 號(hào)硅青銅(THMD4)。釬料為BAg30CuZnSn，釬劑為FBll2。試樣均采用搭接接頭，均斷于母材(見圖3)。釬焊接頭的剪切力見表3。

圖3 剪切試樣

表3 釬焊接頭的剪切力 kN

3 釬焊接頭的彎曲試驗(yàn)(試驗(yàn)方法參照ASME標(biāo)準(zhǔn)IX卷QB—160)

試樣一端均為紫銅(T2)，另一端分別是紫銅(T2)、1號(hào)硅青銅(THMDl)、2號(hào)硅青銅(THMD2)、3號(hào)硅青銅(THMD3)、4號(hào)硅青銅(THMD4)。釬料為BAg30CuZnSn，釬劑為FBll2。試樣均采用對(duì)接接頭。彎曲試驗(yàn)時(shí)壓頭直徑為40 mm，彎曲角度為60°(見圖4)。

圖4 彎曲試樣

彎曲后，紫銅與紫銅釬焊試樣的拉伸面上釬縫區(qū)域內(nèi)，沿任何方向均無(wú)缺陷。個(gè)別紫銅與硅青銅釬焊試樣發(fā)現(xiàn)有缺陷，但缺陷長(zhǎng)度均小于3 mm，符合ASME標(biāo)準(zhǔn)IX卷中相關(guān)規(guī)定(彎曲后，在導(dǎo)向彎曲試樣凸面任意方向上測(cè)量，均不得有大于3 mm的開口缺陷，彎曲試驗(yàn)過(guò)程中在試樣棱角處產(chǎn)生的裂紋除外)。

4 工藝試件接頭切片試驗(yàn)(試驗(yàn)方法參照ASME標(biāo)準(zhǔn)IX卷QB—180)

工藝試件的尺寸和形狀按照產(chǎn)品實(shí)際情況，并模擬產(chǎn)品實(shí)際釬焊過(guò)程。攻關(guān)小組分別在大型電機(jī)分廠和高速電機(jī)分廠采用火焰釬焊和中頻感應(yīng)釬焊工藝試件(見圖5、圖6)。

在電機(jī)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，更多需要考慮的是導(dǎo)電性能方面的要求，即如何保證轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與端環(huán)之間要有可靠的接觸。接頭處面積足夠大，使其焊縫處接觸電阻值盡量小，從而不影響電機(jī)的性能參數(shù)。為此我們通過(guò)解剖釬焊接頭，來(lái)檢查釬縫致密件(見圖7、圖 8)。

在對(duì)釬縫進(jìn)行了著色檢查后發(fā)現(xiàn)硅青銅導(dǎo)條焊縫區(qū)域有小氣孔，且氣孔數(shù)量多于紫銅導(dǎo)條焊縫區(qū)域(見圖9、圖10)。但試樣的每個(gè)側(cè)面缺陷率均未超過(guò)20%，優(yōu)于ASME標(biāo)準(zhǔn)Ⅸ卷中相關(guān)規(guī)定(未釬接區(qū)的總長(zhǎng)度不得超過(guò)接頭搭接長(zhǎng)度的20%)。

5 結(jié)語(yǔ)

釬料BAg30CuZnSn與BAg34CuZnSn在釬焊性能上相近;在使用操作上與釬料BAg34CuZnSn無(wú)異，不需改變工藝或增加設(shè)備，可以替代釬料BAg34CuZnSn使用。

目前釬料BAg30CuZnSn已在我公司全面推廣使用，且使用情況良好，釬焊質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

[1]張啟運(yùn)，莊鴻壽.釬焊手冊(cè)，2版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]鄒僖.釬焊2版[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[3]ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)焊接分委員會(huì).ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅸ卷1版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.