機(jī)車(chē)牽引電機(jī)線(xiàn)圈焊接修復(fù)

王占群

摘 要：本文針對(duì)機(jī)車(chē)牽引電機(jī)線(xiàn)圈焊接修復(fù)進(jìn)行探討。企業(yè)機(jī)車(chē)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)電阻值超高、接地、匝間短路等故障，可通過(guò)更換線(xiàn)圈，采用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行線(xiàn)圈頭與換向器銅頭的焊接修復(fù)，只有焊接工藝編制合理才能保證焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)子? 紫銅? 線(xiàn)圈? 手工鎢極氬弧焊

一、基本概況

某大型機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司的機(jī)車(chē)，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或在機(jī)車(chē)大修過(guò)程中牽引電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)幾次廠(chǎng)修后，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不同程度的老化，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有電阻值超高、接地、匝間短路等故障。由于電動(dòng)機(jī)是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，電阻值大，壓降就大，再次使用容易造成絕緣擊穿、炸線(xiàn)，電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，影響列車(chē)的運(yùn)行，造成機(jī)破事故。出現(xiàn)類(lèi)似情況，就只能對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換，該車(chē)型的電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)子材質(zhì)為紫銅，修復(fù)工藝復(fù)雜，當(dāng)?shù)鼐S修企業(yè)尚無(wú)相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行修復(fù)，而轉(zhuǎn)子主要由鐵芯（硅鋼片）和線(xiàn)圈（紫銅）、換向器頭組成，電阻值超過(guò)或擊穿、匝間短路等故障大多數(shù)是由于線(xiàn)圈造成，而鐵芯、換向器銅頭部分還可繼續(xù)使用，全新電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子價(jià)格大約7萬(wàn)元，更換線(xiàn)圈只需1.7萬(wàn)元左右，采用更換線(xiàn)圈，線(xiàn)圈頭與換向器銅頭的連接用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接修復(fù)，就可以每臺(tái)車(chē)降低5.3萬(wàn)元修車(chē)成本。

二、紫銅的焊接性分析

紫銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.5%的工業(yè)純銅，具有很高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和良好的塑性，并具有很好的加工硬化性能。易于冷、熱壓力加工，因其特有的物理和化學(xué)性能，使銅在熱加工和焊接時(shí)產(chǎn)生較大困難，在焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。

1.易產(chǎn)生未焊透和未熔合缺陷

由于紫銅的導(dǎo)熱性較強(qiáng)，其熱導(dǎo)率比碳鋼大7～11倍，焊接時(shí)有大量的熱量被傳導(dǎo)損失，由于焊件母材獲得焊接熱輸入的不足，填充金屬和焊件母材之間，不能很好地熔合，容易出現(xiàn)未焊透和未熔合缺陷。另外，銅容易被氧化，焊接過(guò)程如果保護(hù)不好，銅的氧化物覆蓋在熔池表面，會(huì)阻礙填充金屬與母材熔液熔合。

2.焊縫及熔合區(qū)易產(chǎn)生氣孔

紫銅焊接時(shí)，比低碳鋼要更加容易產(chǎn)生氣孔，所形成的氣孔會(huì)分布在焊縫的各個(gè)部位。由于銅在液態(tài)能溶解大量的氫，而在凝固時(shí)氫的溶解度急劇減小，大量的氫要向外逸出;加上銅的導(dǎo)熱性強(qiáng)，熔池凝固特別快，氫氣來(lái)不及逸出，就在焊縫中形成氣孔。

3.焊縫及熔合區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋

（1）銅及銅合金的線(xiàn)膨脹系數(shù)比低碳鋼大50%，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時(shí)的收縮率也較大，對(duì)于剛度大的焊件，焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。

（2）熔池結(jié)晶時(shí)，過(guò)飽和氫向金屬的顯微缺陷中擴(kuò)散，或者它們與偏析物反應(yīng)生成的水蒸氣，在金屬中造成很大的壓力。

（3）熔池結(jié)晶時(shí)，在晶界易形成低熔點(diǎn)的氧化亞銅與銅的共晶物（Cu +Cu2O），以及焊件中的鉍（Bi）、鉛（Pb）等低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界形成偏析，導(dǎo)致焊縫裂紋的產(chǎn)生。

為防止熱裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)采用熱源集中的焊接方法，嚴(yán)格控制母材和焊接材料中的鉍（Bi）、鉛（Pb）等雜質(zhì)的含量，并采用焊后緩慢冷卻的方法控制裂紋的產(chǎn)生。

4.焊接接頭性能低

紫銅在焊接時(shí)，由于焊縫晶粒受熱嚴(yán)重而長(zhǎng)大，合金元素的蒸發(fā)和氧化，焊接過(guò)程的雜質(zhì)及合金元素的滲入等，都能使焊接接頭的性能產(chǎn)生很大的變化，主要有以下幾點(diǎn)。

一是導(dǎo)電性下降。紫銅焊后，由于焊縫受雜質(zhì)的污染、合金元素的滲入、焊縫不致密等因素的影響，其導(dǎo)電性能低于基本金屬，雜質(zhì)和合金元素越多，導(dǎo)電性就越差。二是力學(xué)性能下降。由于焊縫與熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，各種脆性的易熔共晶在晶界上出現(xiàn)，使焊接接頭的力學(xué)性能有所下降，尤其是塑性和韌性降低更為顯著。三是耐腐蝕性能下降。由于焊接過(guò)程合金元素的蒸發(fā)和氧化焊接接頭存在的各種焊接缺陷、晶界上存在的脆性共晶體等，都會(huì)不同程度地降低焊接接頭的耐腐蝕性。

三、焊接工藝的確定及實(shí)施

1.焊接工藝的確定

經(jīng)過(guò)對(duì)紫銅的焊接性分析，焊接方法采用熱源集中的手工鎢極氬弧焊，確定對(duì)線(xiàn)圈不添加任何金屬，采用大電流熔化線(xiàn)圈本身，從而形成焊縫。

原因：由于每批次線(xiàn)圈材質(zhì)有所差異，不同的材質(zhì)會(huì)直接影響到電阻值的高低。使用填充焊條或金屬時(shí)，導(dǎo)致與原線(xiàn)圈的材質(zhì)有差異，影響電阻值;如果使用H1AgCu34-16HL304銀銅焊條成本高，電阻值超高，達(dá)不到要求。如用線(xiàn)圈自身材質(zhì)，浪費(fèi)線(xiàn)圈，且操作較難，成本也較高。

2.焊接準(zhǔn)備

（1）焊接前首先把升高片車(chē)削平整，然后將工件吊裝到焊房工位進(jìn)行固定，使工件焊接部位利于焊接操作。將待焊工件表面的油脂、水、氧化物及其他雜物清除干凈，用銅鋼絲輪打磨，直至工件露出金屬光澤，再用丙酮清洗被焊面。

（2）采用浸水后石棉布包扎在升高片下方，防止焊接溫度過(guò)高（圖1）。

經(jīng)反復(fù)多次實(shí)測(cè)結(jié)果為：焊接完畢待冷卻20min后，自然冷卻到60～70℃再進(jìn)行第二圈焊接，這樣有效地防止燒損線(xiàn)圈包扎的絕緣層形成的碳化，以免再次造成匝間短路（圖2）。

3.焊接實(shí)施過(guò)程

焊接方法采用（TIG）手工鎢極氬弧焊，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)下表。

（1）焊接方向采用從外到里，焊槍與工件之間的夾角750°～850°。

（2）焊接順序：焊一道，隔三道。隔三道的原因：每把線(xiàn)圈是四組，不間隔三道就會(huì)是一把線(xiàn)圈焊了二道（圖3），從而使線(xiàn)圈溫度過(guò)高，燒損絕緣層。第一圈焊接完成后，自然冷卻;然后依次焊完。

（3）每一升高片上的焊點(diǎn)應(yīng)為條狀焊縫（圖4）。

（4）焊后清理焊接處，用鋼鋸條清理升高片上的焊渣及片間絕緣，除去銅瘤、灰塵，要使片間露出云母本色，防止匝間短路。

（5）焊接表面不應(yīng)有氣孔或夾鎢等缺陷，如有缺陷，應(yīng)及時(shí)鏟出返修。

（6）清理干凈焊縫后去除石棉，交下工序檢測(cè)。

4.焊后檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采用對(duì)地工頻耐壓試驗(yàn)。焊接后的耐壓試驗(yàn)。匝間：480V;對(duì)地工頻耐壓試驗(yàn)：4150V，1min無(wú)閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象;測(cè)電阻1～57片，0.01242±10%Ω。

四、小結(jié)

采用鎢極氬弧焊不添加金屬材料的焊接技術(shù)方法后，對(duì)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈進(jìn)行有效的焊接修復(fù)，保證了410千瓦機(jī)車(chē)牽引電機(jī)線(xiàn)圈良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，經(jīng)過(guò)檢測(cè)焊接質(zhì)量滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)要求，并且能正常使用，效果良好，說(shuō)明上述焊接工藝可行。并且大大降低了成本，為企業(yè)節(jié)約了資金，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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（作者單位：柳州市技工學(xué)校）