交流電機轉(zhuǎn)子銅端環(huán)與導(dǎo)條整體感應(yīng)釬焊加熱器研制

（中車株洲電機有限公司，湖南株洲412000）

0 前言

通常采用整體感應(yīng)釬焊焊接大型交流電機轉(zhuǎn)子銅端環(huán)與導(dǎo)條，通過感應(yīng)加熱器獲得整體感應(yīng)釬焊加熱，轉(zhuǎn)子端環(huán)導(dǎo)條與感應(yīng)加熱器的裝配形式如圖1所示。導(dǎo)條擱置在端環(huán)槽內(nèi)，形成T型接頭，感應(yīng)加熱器與供電設(shè)備連接后，將端環(huán)對稱地放置在感應(yīng)加熱器上表面，接通電源后，電流通過感應(yīng)加熱器銅管形成感應(yīng)磁場，使得端環(huán)產(chǎn)生渦流發(fā)熱來加熱端環(huán)和導(dǎo)條接頭，實現(xiàn)焊接。該工藝顯著降低了電機制造成本，同時保證了焊接質(zhì)量。

為充分利用電源能量，必須根據(jù)工件大小來設(shè)計感應(yīng)加熱器的尺寸，盡量使感應(yīng)加熱器加熱部分位于端環(huán)中間位置，并且具有大功率的快速加熱能力，使得焊接過程在較短時間內(nèi)完成。因此，感應(yīng)加熱器的成功研制是保證端環(huán)焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

1 感應(yīng)加熱器組成和設(shè)計原則

感應(yīng)器加熱器由連接感應(yīng)電源的連接架、感應(yīng)加熱線圈（空心銅管）、絕緣板、底板、絕緣環(huán)、硅鋼片、絕緣隔板、水管接頭等組成，通過感應(yīng)器對電機的端環(huán)進行感應(yīng)加熱，感應(yīng)線圈是由空心銅管繞制而成的螺旋結(jié)構(gòu)，匝與匝之間用絕緣材料隔開，將0.2 mm厚的硅鋼片相嵌在銅管兩邊，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，保證了對工件焊接位置進行均勻加熱。

圖1 轉(zhuǎn)子端環(huán)導(dǎo)條與感應(yīng)加熱器的裝配形式

圖2 感應(yīng)加熱器

感應(yīng)加熱器設(shè)計原則首先是考慮釬焊組件的尺寸和外形，其次是加熱效率，使工件在盡量短的時間內(nèi)完成加熱，實現(xiàn)金屬變色和氧化程度最輕的加熱時間。為了得到最高加熱速度，將感應(yīng)器設(shè)計成能通過最大電流，同時還應(yīng)考慮熱分布、工件裝卸特點和感應(yīng)器匝與匝之間或感應(yīng)器與工件之間的高壓跳火問題，使感應(yīng)器與工件之間盡量達到最緊耦合。實際上，感應(yīng)器設(shè)計可變程度很大，在適用于感應(yīng)釬焊的頻率范圍內(nèi)均可。感應(yīng)加熱器由電導(dǎo)率高的銅材制成，管壁導(dǎo)電，管內(nèi)腔通冷卻水，其尺寸必須足夠大以使它能與輸入的電流相適應(yīng)，并能夠通過足量的冷卻水，一般設(shè)計壁厚約2 mm，為增加導(dǎo)磁性，在銅管的兩邊增加了0.2mm厚的硅鋼片。

2 感應(yīng)加熱器效果評估

2.1 外觀檢查

外觀檢查主要是檢查焊接接頭加工面的焊縫質(zhì)量，包括裂紋、氣孔、夾渣、表面成形及母材熔蝕情況。轉(zhuǎn)子端環(huán)焊接完成后，加工端環(huán)外端面，經(jīng)加工的釬焊焊縫可以目測觀察焊縫質(zhì)量，用5倍放大鏡進行檢查。采用該釬焊工藝，所得焊接接頭質(zhì)量完全達到結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷。焊縫表面成形光滑，焊角尺寸符合設(shè)計要求。

2.2 滲透檢查

滲透檢查主要是檢查焊接接頭非加工面的焊縫質(zhì)量，包括裂紋、氣孔、夾渣及母材熔蝕情況。轉(zhuǎn)子端環(huán)焊接完成后，端環(huán)與導(dǎo)條的圓角面不進行加工，只有通過滲透檢查來判斷焊縫質(zhì)量的好壞，在規(guī)定時間內(nèi)，顯影液白色的表面未見紅色的顯影液透出，未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。

2.3 微電阻測量

微電阻測量是端環(huán)焊接完成后，檢測焊接接頭內(nèi)在質(zhì)量的重要手段。通過導(dǎo)條與端環(huán)接頭之間的微電阻檢測來檢驗內(nèi)在焊接質(zhì)量的好壞。轉(zhuǎn)子焊接完成后，測量7臺電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的微電阻，每臺多根導(dǎo)條的微電阻測量數(shù)據(jù)如表1所示。通過對所有焊接接頭的微電阻逐條測量檢查，可以看出釬焊接頭的導(dǎo)電性能與母材是接近的，滿足設(shè)計的使用要求。

表1 交流電機端環(huán)焊接電阻測量數(shù)據(jù) μ Ω

3 結(jié)論

從轉(zhuǎn)子端環(huán)導(dǎo)條焊接感應(yīng)加熱器的設(shè)計原則、感應(yīng)加熱器的組成、感應(yīng)加熱器與端環(huán)的裝配形式、感應(yīng)加熱器應(yīng)用效果評估等方面著手，研制了一種可靠的感應(yīng)加熱器，解決了交流電機轉(zhuǎn)子銅端環(huán)導(dǎo)條焊接整體感應(yīng)加熱問題，并通過工作試件的驗證形式，檢驗感應(yīng)加熱器的研制效果，保證電機轉(zhuǎn)子端環(huán)與導(dǎo)條焊接質(zhì)量。該感應(yīng)加熱器已投入電機轉(zhuǎn)子端環(huán)與導(dǎo)條的批量焊接生產(chǎn)。

[1] 方洪淵.簡明釬焊工手冊（第1版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2] 美國金屬學(xué)會.金屬手冊第六卷（第九版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991：1211-1383.