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交交变频同步电动机钢板焊接主轴的成形及焊接工艺
《东方电机)2olo年第5期
交交变频同步电动机钢板焊接主轴的成形及焊接工艺
望振红李洪军蒲军李延娜
摘要本文介绍了交交变频同步电动机钢板焊接主轴的成形及焊接工艺.
关键词交交变频同步电动机主轴成形窄间隙埋弧自动焊
1引言
交交变频同步电动机主轴长7300mm,轴外
圆最大直径为2090mm,如果全部采用锻件,不
仅交货周期长,而且锻件价格比较昂贵,因此我
们通过认真分析,将主轴更改为锻焊结构,轴两
端仍采用锻件,法兰为钢板,轴身圆筒分为两段
钢板卷制,再用窄间隙埋弧自动焊将轴组焊成整
体.因此钢板的卷制和窄间隙埋弧自动焊成为交
交变频同步电动机主轴制造的关键.
2主轴结构设计方案
交交变频同步电动机主轴以往设计为整体锻
件,两端为实心,中问为空心,其缺点是价格昂
贵,交货周期长.我们更改结构时,首先结构满
足设计要求,然后以降低制造成本为原则,尽量
减少锻件重量,将主轴更改为锻焊结构(如图l
所示).其中1和3为锻焊件,即轴头为锻件,法
兰为钢板,2为两个钢板卷制的圆筒.1,2,3之
间的焊缝通过窄间隙埋弧自动焊焊接.
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图1主轴结构简图
3钢板成形方案
来稿时间:2010-08-10
3.1圆筒结构特点
圆筒外圆为~2090,内圆为~1690;内外圆加
工完后外圆为02070,内圆为~1710;钢板厚度为
200mm.由于钢板比较厚,成型R小,圆筒成型
难度比较大.
3.2圆筒成形方案
钢板成形主要有两种方法:压制(冷压和热
压)和卷制(冷卷和热卷).
3.2.1冷压成形
我公司油压机最大能力是3000t;最大滚板机
是70滚;现场无加热设备.根据圆筒结构特点及
我公司设备能力,我们决定采用冷压.下面我们
以7000kW交交变频同步电动机为例介绍冷压时
的情况.
根据冷压成形压力公式:
P=-m.K-L??o-,/1
=1.2×1.3XlOlOx200x23.5/800
=l851t
式中卜压力,
卜—一支点间距,mm
L——板长,Illm
K——系数
f一板厚,ITlm
M——安全率,1.1～1.2
广一材料屈服点
计算出钢板冷压所需的压力为185It,设备能
力是能满足要求的.
钢板成形不仅要考虑设备能力,而且还要考
虑钢板的延伸率,以防止钢板卷裂.我们根据钢
板延伸率公式e--t/(2R+t)xlO0%计算出我们成
形钢板的延伸率为10.6%.由于现场无加热设备,
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因此根据表l,钢板成形之前需要先退火,然后
采取冷压.
表1
延伸率成形方法
e≤5%冷压(钢板不退火)
5%<e≤9%冷压(钢板退火态)
9%<e<35%热卷
E≥35%不可操作
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上模图
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(a)上摸图
下模圈
(b)一F模图
图2压制模具结构简图
根据图2制作冷压模具进行压制,但是成形
后主要存在以下问题:压痕至少15mm;钢板圆
度不好,内外圆均需要长焊才能满足要求.
3.2.2热卷成形
根据冷压成形的结果由于不能很好的满足设
计要求,我们考虑采取热卷(成型外委),热卷也
就是将钢板加热到一定温度后,在滚板机上进行
成形.其好处主要有以下几个方面:
(1)热卷的压力只有冷压的0.3倍;
(2)成形的圆筒圆度比较好;
(3)无压痕;
(4)无需考虑回弹量,直接根据展开长进行
下料.
但是热压时应注意以下几个问题:
(1)清理卷板设备,应清除锈皮及其它硬性
颗粒;
(2)清理钢板卷制表面;
(3)打磨气割面,防止由于应力集中而使钢
板卷裂;
(4)下料时注意轧制方向,尽量使板料钎维
方向与弯曲线垂直.
最后圆筒按照上述方案热卷后,经检验所有
尺寸均能满足加工要求.因此我们确定热卷作为
以后主轴圆筒成形的方案.
4焊接方法
我们根据主轴的结构特点,焊接方法采取气体
保护焊,手工电弧焊和窄间隙埋弧自动焊相结合的
方式.轴头和法兰的焊接采取气体保护焊和手工电
弧焊,中间两段圆筒的焊接采取窄间隙埋弧自动
焊,焊接采用窄间隙埋弧自动焊图1).以下我
们将针对窄间隙埋弧自动焊进行详细的介绍.
4.1窄间隙埋弧自动焊优点
(1)焊接效率高:其焊接的效率是半自动气
体保护焊的3～4倍,是手工电弧焊的5～6倍.
(2)焊接质量稳定:由于其焊接过程基本上
属于全自动焊接,只要前期的技术准备包括焊接
材料的选择,焊接规范的确定,焊接接头坡口的
设计及焊工培训工作做好.在实际焊接中注意观
察,其质量的稳定性大大高于其它焊接手段.经
验比较成熟,窄间隙埋弧自动焊已经大量使用在
水轮发电机主轴上.
(3)节省焊接材料:由于采用窄间隙坡口设
计,其坡口的金属熔敷量只是常规坡口的1/2.因
此,对于交交变频主轴采用窄间隙埋弧自动焊,
是最为可行的一种焊接方法.
4.2窄间隙焊接接头设计
焊接接头的设计,尤其是坡口的尺寸确定非
常重要.其关系到整个焊缝的焊接工艺性能.和
坡口尺寸有关的除常规的电流,电压,速度外,
最重要的是焊头的规格形式和所采用的焊接材料.
目前国外通常采用的是直线型坡口(见图5a),这
种坡口形式的优点在于除第一焊道以外,其余焊
道的焊接规范比较一致,焊接过程中无需作调整.
但这种坡口焊接量大,由于收缩坡口越焊越窄,
控制不好易形成机械性夹渣,对焊剂脱渣要求很
严.我们采用的坡口为带角度坡口(见图5b).
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图5焊接接头示意图
我们设计带坡口的角度基于两个因素,第一
我公司目前的窄间隙焊头厚度为12mm属于超薄
型,焊接坡口跟部的圆弧无须太大,这样可以减
少焊接量.在此基础上坡口加3.角并不增大太多
焊接量,而采用角度坡口有利于脱渣,防止产生
夹渣缺陷.并且坡口形式在水轮发电机主轴上有
效的进行了实施.
4.3焊接材料的选择
法兰和圆筒均采用Q235B,其化学成分及机
械性能见表2和表3.从表中的化学成分和力学
性能可以看出,这种材料的碳当量不高,并具有
很好的塑性和韧性,焊接性能比较好.
表2Q235一B金属化学成分(%)
表3Q235.B金属力学成分(%)
(1)焊接母材厚度大,引起焊接的刚度较大,
要求焊接材料具有很好的抗裂性能.
(2)坡口较深又采用的窄间隙坡口,因此要
求焊剂具有很好的脱渣性.
我们对三种不同类型和牌号的焊剂进行了工
艺评定(三种类型焊接材料的化学成分和机械性
能见表4,5,6.
表4HJ431焊剂化学成分
牌号lMnOJSiO2IP—IS—JCaF2JMgOlCaOlAI203FeO
HJ431I34~38l4o~44l0.0810.06l3～7l5~8I4I31.8
表5SJ101$717焊剂化学成分
牌号SiO2+Ti()2CaO+MgOAL2O3+MnOCaF2
S儿0125302520
S71724302620
表6熔敷金属机械性能
牌号TsE5mmYSmi
$717+EMl2K500235O400
SJ101+H08MnA4102227330
HJ431+H08MnA4102227330
HJ43l属于熔炼型焊剂偏酸性,焊接成型好,
脱渣容易.但在小电流情况下易产生气孔,在刚
度较大的情况下抗裂性较差.不适合于主轴焊接.
SJ101和$717属于烧结焊剂,短渣型.在焊接规
范控制好的情况下,其焊缝成形,脱渣效果都比
较好.抗裂性好,出现气孔的概率很低.相对于
SJ101焊剂来讲,$717在脱渣和焊缝成型方面的
性能更好.最终确定$717+EM12K为交交变频
同步电动机主轴焊接材料.并针对此材料和规格
按照ASME标准进行手工电弧焊,熔化极混合气
体保护焊及窄间隙埋弧自动焊的工艺评定.
4.4焊接规范参数的确定
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对于自动焊接来讲,焊接参数的确定是一个很
重要的内容.我们采用的坡口是带角度的,这种坡
即打底层,中段和坡口上部.我们通过对焊接电
流,电压和焊接速度匹配曲线的认真分析,并通过
口收缩变形小,易于脱渣,但规范要作三次调整,大量的试验,制定出合理的焊接参数,见表7.
表7不同位置焊接规范参数表
位置电流(A)电压(v)焊接速度(mm/mm)
底层400～45030～32360～380
中问层50060032～34360～400
外层500～55036～38380～400
4.5制定装焊工艺
由于主轴外圆不一致,因此在制定工艺的时
候,主要考虑以下问题:
(1)采用怎样的焊接顺序,装配方式和测量
手段来保证同轴度.
(2)制作专用的工装和合理的工艺,保证滚
轮架放在主轴上能保持同心.自动焊装置布局示
意图见图6.
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图6自动焊装置布局示意图
5结论
主轴成形及焊接工艺已广泛用于我公司生产
图7焊接成形的主轴
的交交变频同步电动机生产制造中,通过对焊接
工艺的优化,提高了生产效率,缩短了生产周期,
降低了产品制造成本,并产生了良好的经济效益.
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信电?
中核集团2O台核电机组列入国家"十二五"规划
中国核工业集团公司是经国务院批准组建,中央直接管理的国有重要骨干企业,中国核工业集团
近期申请开工了6台核电机组,在建项目有10余台核电机组,列入国家"十二五,'规划的有20台核
电机组.近期开工的有福清,田湾两个项目共有6台核电机组;目前中核集团在建项目有秦山,福建
福清,方家山,海南昌江等10余台核电机组.列入国家'十二五'规划的有浙江三门,江苏田湾,湖
南桃花江,辽宁徐大堡,河南南阳,江西吉安,福建三明等20台核电机组.

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