交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝東方電機(jī))2olo年第5期交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝望振紅李洪軍蒲軍李延娜摘要本文介紹了交交變頻同步電動機(jī)鋼板焊接主軸的成形及焊接工藝.關(guān)鍵詞交交變頻同步電動機(jī)主軸成形窄間隙埋弧自動焊1引言交交變頻同步電動機(jī)主軸長7300mm,軸外圓最大直徑為2090mm,如果全部采用鍛件,不僅交貨周期長,而且鍛件價格比較昂貴,因此我們通過認(rèn)真分析,將主軸更改為鍛

2、焊結(jié)構(gòu),軸兩端仍采用鍛件,法蘭為鋼板,軸身圓筒分為兩段鋼板卷制,再用窄間隙埋弧自動焊將軸組焊成整體.因此鋼板的卷制和窄間隙埋弧自動焊成為交交變頻同步電動機(jī)主軸制造的關(guān)鍵.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計方案交交變頻同步電動機(jī)主軸以往設(shè)計為整體鍛件,兩端為實心,中問為空心,其缺點是價格昂貴,交貨周期長.我們更改結(jié)構(gòu)時,首先結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求,然后以降低制造成本為原則,盡量減少鍛件重量,將主軸更改為鍛焊結(jié)構(gòu)(如圖l所示).其中1和3為鍛焊件,即軸頭為鍛件,法蘭為鋼板,2為兩個鋼板卷制的圓筒.1,2,3之間的焊縫通過窄間隙埋弧自動焊焊接.Hj.-.i-0jIi一一0一i:-.0一I,tIl圖1主軸結(jié)構(gòu)簡圖3鋼板成形方案

3、來稿時間:2010-08-103.1圓筒結(jié)構(gòu)特點圓筒外圓為2090,內(nèi)圓為1690;內(nèi)外圓加工完后外圓為02070,內(nèi)圓為1710;鋼板厚度為200mm.由于鋼板比較厚,成型R小,圓筒成型難度比較大.3.2圓筒成形方案鋼板成形主要有兩種方法:壓制(冷壓和熱壓)和卷制(冷卷和熱卷).3.2.1冷壓成形我公司油壓機(jī)最大能力是3000t;最大滾板機(jī)是70滾;現(xiàn)場無加熱設(shè)備.根據(jù)圓筒結(jié)構(gòu)特點及我公司設(shè)備能力,我們決定采用冷壓.下面我們以7000kW交交變頻同步電動機(jī)為例介紹冷壓時的情況.根據(jù)冷壓成形壓力公式:P=-m.K-L?o-,/1=1.21.3XlOlOx200x23.5/800=l851t式中

4、卜壓力,卜一支點間距,mmL板長,IllmK系數(shù)f一板厚,ITlmM安全率,1.11.2廣一材料屈服點計算出鋼板冷壓所需的壓力為185It,設(shè)備能力是能滿足要求的.鋼板成形不僅要考慮設(shè)備能力,而且還要考慮鋼板的延伸率,以防止鋼板卷裂.我們根據(jù)鋼板延伸率公式e-t/(2R+t)xlO0%計算出我們成形鋼板的延伸率為10.6%.由于現(xiàn)場無加熱設(shè)備,東方電機(jī)2010年第5期49因此根據(jù)表l,鋼板成形之前需要先退火,然后采取冷壓.表1延伸率成形方法e5%冷壓(鋼板不退火)5%<e9%冷壓(鋼板退火態(tài))9%<e<35%熱卷E35%不可操作一一,.一,/,上模圖I!Ij,(a)上摸圖下模

5、圈(b)一F模圖圖2壓制模具結(jié)構(gòu)簡圖根據(jù)圖2制作冷壓模具進(jìn)行壓制,但是成形后主要存在以下問題:壓痕至少15mm;鋼板圓度不好,內(nèi)外圓均需要長焊才能滿足要求.3.2.2熱卷成形根據(jù)冷壓成形的結(jié)果由于不能很好的滿足設(shè)計要求,我們考慮采取熱卷(成型外委),熱卷也就是將鋼板加熱到一定溫度后,在滾板機(jī)上進(jìn)行成形.其好處主要有以下幾個方面:(1)熱卷的壓力只有冷壓的0.3倍;(2)成形的圓筒圓度比較好;(3)無壓痕;(4)無需考慮回彈量,直接根據(jù)展開長進(jìn)行下料.但是熱壓時應(yīng)注意以下幾個問題:(1)清理卷板設(shè)備,應(yīng)清除銹皮及其它硬性顆粒;(2)清理鋼板卷制表面;(3)打磨氣割面,防止由于應(yīng)力集中而使鋼板卷裂

6、;(4)下料時注意軋制方向,盡量使板料釬維方向與彎曲線垂直.最后圓筒按照上述方案熱卷后,經(jīng)檢驗所有尺寸均能滿足加工要求.因此我們確定熱卷作為以后主軸圓筒成形的方案.4焊接方法我們根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)特點,焊接方法采取氣體保護(hù)焊,手工電弧焊和窄間隙埋弧自動焊相結(jié)合的方式.軸頭和法蘭的焊接采取氣體保護(hù)焊和手工電弧焊,中間兩段圓筒的焊接采取窄間隙埋弧自動焊,焊接采用窄間隙埋弧自動焊圖1).以下我們將針對窄間隙埋弧自動焊進(jìn)行詳細(xì)的介紹.4.1窄間隙埋弧自動焊優(yōu)點(1)焊接效率高:其焊接的效率是半自動氣體保護(hù)焊的34倍,是手工電弧焊的56倍.(2)焊接質(zhì)量穩(wěn)定:由于其焊接過程基本上屬于全自動焊接,只要前期的技

7、術(shù)準(zhǔn)備包括焊接材料的選擇,焊接規(guī)范的確定,焊接接頭坡口的設(shè)計及焊工培訓(xùn)工作做好.在實際焊接中注意觀察,其質(zhì)量的穩(wěn)定性大大高于其它焊接手段.經(jīng)驗比較成熟,窄間隙埋弧自動焊已經(jīng)大量使用在水輪發(fā)電機(jī)主軸上.(3)節(jié)省焊接材料:由于采用窄間隙坡口設(shè)計,其坡口的金屬熔敷量只是常規(guī)坡口的1/2.因此,對于交交變頻主軸采用窄間隙埋弧自動焊,是最為可行的一種焊接方法.4.2窄間隙焊接接頭設(shè)計焊接接頭的設(shè)計,尤其是坡口的尺寸確定非常重要.其關(guān)系到整個焊縫的焊接工藝性能.和坡口尺寸有關(guān)的除常規(guī)的電流,電壓,速度外,最重要的是焊頭的規(guī)格形式和所采用的焊接材料.目前國外通常采用的是直線型坡口(見圖5a),這種坡口形式

8、的優(yōu)點在于除第一焊道以外,其余焊道的焊接規(guī)范比較一致,焊接過程中無需作調(diào)整.但這種坡口焊接量大,由于收縮坡口越焊越窄,控制不好易形成機(jī)械性夾渣,對焊劑脫渣要求很嚴(yán).我們采用的坡口為帶角度坡口(見圖5b).50東方電機(jī))2010年第5期圖5焊接接頭示意圖我們設(shè)計帶坡口的角度基于兩個因素,第一我公司目前的窄間隙焊頭厚度為12mm屬于超薄型,焊接坡口跟部的圓弧無須太大,這樣可以減少焊接量.在此基礎(chǔ)上坡口加3.角并不增大太多焊接量,而采用角度坡口有利于脫渣,防止產(chǎn)生夾渣缺陷.并且坡口形式在水輪發(fā)電機(jī)主軸上有效的進(jìn)行了實施.4.3焊接材料的選擇法蘭和圓筒均采用Q235B,其化學(xué)成分及機(jī)械性能見表2和表3

9、.從表中的化學(xué)成分和力學(xué)性能可以看出,這種材料的碳當(dāng)量不高,并具有很好的塑性和韌性,焊接性能比較好.表2Q235一B金屬化學(xué)成分(%)表3Q235.B金屬力學(xué)成分(%)(1)焊接母材厚度大,引起焊接的剛度較大,要求焊接材料具有很好的抗裂性能.(2)坡口較深又采用的窄間隙坡口,因此要求焊劑具有很好的脫渣性.我們對三種不同類型和牌號的焊劑進(jìn)行了工藝評定(三種類型焊接材料的化學(xué)成分和機(jī)械性能見表4,5,6.表4HJ431焊劑化學(xué)成分牌號lMnOJSiO2IPISJCaF2JMgOlCaOlAI203FeOHJ431I3438l4o44l0.0810.06l37l58I4I31.8表5SJ101$71

10、7焊劑化學(xué)成分牌號SiO2+Ti()2CaO+MgOAL2O3+MnOCaF2S兒0125302520S71724302620表6熔敷金屬機(jī)械性能牌號TsE5mmYSmi$717+EMl2K500235O400SJ101+H08MnA4102227330HJ431+H08MnA4102227330HJ43l屬于熔煉型焊劑偏酸性,焊接成型好,脫渣容易.但在小電流情況下易產(chǎn)生氣孔,在剛度較大的情況下抗裂性較差.不適合于主軸焊接.SJ101和$717屬于燒結(jié)焊劑,短渣型.在焊接規(guī)范控制好的情況下,其焊縫成形,脫渣效果都比較好.抗裂性好,出現(xiàn)氣孔的概率很低.相對于SJ101焊劑來講,$717在脫渣和焊

11、縫成型方面的性能更好.最終確定$717+EM12K為交交變頻同步電動機(jī)主軸焊接材料.并針對此材料和規(guī)格按照ASME標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行手工電弧焊,熔化極混合氣體保護(hù)焊及窄間隙埋弧自動焊的工藝評定.4.4焊接規(guī)范參數(shù)的確定l_.,.一,.j_,.(.,一東方電機(jī)2010年第5期51對于自動焊接來講,焊接參數(shù)的確定是一個很重要的內(nèi)容.我們采用的坡口是帶角度的,這種坡即打底層,中段和坡口上部.我們通過對焊接電流,電壓和焊接速度匹配曲線的認(rèn)真分析,并通過口收縮變形小,易于脫渣,但規(guī)范要作三次調(diào)整,大量的試驗,制定出合理的焊接參數(shù),見表7.表7不同位置焊接規(guī)范參數(shù)表位置電流(A)電壓(v)焊接速度(mm/mm)底層

12、4004503032360380中問層5006003234360400外層50055036383804004.5制定裝焊工藝由于主軸外圓不一致,因此在制定工藝的時候,主要考慮以下問題:(1)采用怎樣的焊接順序,裝配方式和測量手段來保證同軸度.(2)制作專用的工裝和合理的工藝,保證滾輪架放在主軸上能保持同心.自動焊裝置布局示意圖見圖6.ll圖6自動焊裝置布局示意圖5結(jié)論主軸成形及焊接工藝已廣泛用于我公司生產(chǎn)圖7焊接成形的主軸的交交變頻同步電動機(jī)生產(chǎn)制造中,通過對焊接工藝的優(yōu)化,提高了生產(chǎn)效率,縮短了生產(chǎn)周期,降低了產(chǎn)品制造成本,并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益.?信電?中核集團(tuán)2O臺核電機(jī)組列入國家十二五規(guī)劃中國核工業(yè)集團(tuán)公司是經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)組建,