電機鋼板結(jié)構(gòu)件焊接退火后變形量分析

趙佳寧，連　軍

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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電機鋼板結(jié)構(gòu)件焊接退火后變形量分析

趙佳寧，連軍

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

摘要根據(jù)電機鋼板結(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)過退火處理后仍會變形的情況，用實測的方法來確定變形量，進行統(tǒng)計分析，同時介紹實測焊接后、焊接完進行退火、粗車后退火、精車后退火等各環(huán)節(jié)的變形量及測量方法。

關(guān)鍵詞電機鋼板；焊接；殘余應(yīng)力；變形量；加工余量

0引言

大中型電機機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，因此電機鋼板件焊接后及去應(yīng)力退火后，均會產(chǎn)生變形量，如采用計算的方法很難對這些變形量進行預(yù)測。

本文通過實測數(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)下機座、底架、接線盒的變形量，為加工余量的預(yù)留及電機設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。

1鋼板結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力測試及變形原因

1.1殘余應(yīng)力測試

電機鋼板焊接件焊后的殘余應(yīng)力及退火后的殘余應(yīng)力值可以通過多種方法實測，比較常用的方法是鉆孔應(yīng)變釋放法。為便于測量，選擇箱式結(jié)構(gòu)電機機座作為測量對象，機座鋼板材質(zhì)為Q235，具有測試代表性，測試點選在機座板最厚的端板、底腳板部位。這是由于因為板材越厚，拘束越大，焊接殘余應(yīng)力越大，具體位置見圖1所示，測試點在端板與側(cè)板焊縫、端板與底腳板焊縫熱影響區(qū)附近。

圖1箱式電機機座殘余應(yīng)力測試點

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

表1　焊接后殘余應(yīng)力測量值

表2　退火后殘余應(yīng)力測量值

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)力接近或超過母材標(biāo)準(zhǔn)值，從表1熱影響區(qū)測試值可以得到驗證。有內(nèi)應(yīng)力必然產(chǎn)生應(yīng)變，超過板材屈服強度時，產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力通過工件變形釋放，直至達到內(nèi)應(yīng)力平衡，工件不再變形，平衡后同時各部件通過焊縫約束在一起。退火時由于整體溫度升高，母材屈服強度降低，焊接應(yīng)力整體釋放，冷卻時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)尺寸變化實測分析

2.1圓筒機座焊接及退火前后尺寸測量分析

2.1.1圓筒機座結(jié)構(gòu)及測量試驗簡要說明

圖2是一種圓筒結(jié)構(gòu)電動機機座，機座筒壁厚20mm,機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。選取兩個規(guī)格各3臺電機機座，進行焊接前后、焊接退火后、粗車退火后試驗，測量各狀態(tài)尺寸變化情況。

圖2圓筒結(jié)構(gòu)電機機座

2.1.2圓筒機座焊接前后、焊接退火后尺寸變化

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

表3　機座焊接前后及退火后圓環(huán)尺寸變化

3臺機座圓環(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圓筒機座粗加工后退火尺寸變化

機座粗加工時會引起殘余應(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，使機座殘余應(yīng)力重新平衡。為全面了解變形情況，對試件進行了粗加工后退火試驗，測得機座軸伸端、鐵心、尾端(非軸伸端)三個位置的內(nèi)孔直徑尺寸，見表4。

表4　粗加工機座退火后尺寸變化

從數(shù)據(jù)分析，鐵心位置直徑變化最大，1號機座達到0.8mm；2號機座1.77mm；3號機座1.86mm,伸端、尾端變化較小，1號機座最大變化1.04mm,3號機座最大變化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、3號機座圓度值變小，2號機座圓度值稍微變大，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　粗加工機座退火后圓度變化

2.2雙層圓筒機座退火后尺寸測量分析

2.2.1雙層圓筒機座結(jié)構(gòu)及測量試驗

圖3是一種礦用電機鋼板機座，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)，整個機座具有較高的強度以適合礦用生產(chǎn)環(huán)境的需要。圖4選取一個規(guī)格2臺機座進行接線盒座板精加工后焊接、退火及機座精車后退火試驗，測量各狀態(tài)尺寸變化情況。

圖3雙層圓筒機座

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，裝配到機座上焊接，再進行退火，各階段直徑尺寸見表5。

表5　出線安裝孔焊接、退火后尺寸測量

1號座板焊后安裝孔圓度分別變化0.07mm、0.06mm,2號座板分別變化0.03mm、0.065mm。1號座板退火后安裝孔圓度分別變化0.005mm、0.01mm,2號座板分別變化0mm、0.01mm。說明退火變形量小于焊接后變形量，同時驗證出，針對相對較小的座板安裝孔(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座上。

2.2.3雙層圓筒機座精加工后退火尺寸變化

2.3底架粗車后退火尺寸測量分析

2.3.1底架結(jié)構(gòu)及測量試驗

底架結(jié)構(gòu)見圖5，外形尺寸為3000mm×3000mm×310mm,由36mm、16mm鋼板焊接而成。進行焊接后不退火、粗車后退火試驗，測量尺寸變化情況。

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，沒有黑皮后進行退火處理，退火后再到立式車床上檢測不平度值為1mm，退火后變形量較小。

3結(jié)語

通過對典型電機機座焊接后及退火后殘余應(yīng)力的測試，及四種電機鋼板件焊后及退火后變形量的測試，得出如下結(jié)論，可作為加工余量及電機制造時的參考。

(1)電機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)件強度高則變形量越小。

(4) 接線盒座板先精加工，再進行焊接、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

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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

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

中圖分類號：TM305.1

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-7281(2016)02-0045-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.13