電阻釬焊次數(shù)對牽引電機定子并頭釬焊質(zhì)量的影響

謝貴生，趙東超，時興華，邵絨仙

（中車永濟電機有限公司，山西永濟044502）

電阻釬焊次數(shù)對牽引電機定子并頭釬焊質(zhì)量的影響

謝貴生，趙東超，時興華，邵絨仙

（中車永濟電機有限公司，山西永濟044502）

針對某型機車牽引電機定子吊掛部位釬焊并頭熱影響區(qū)燒損情況，進行軟銅扁線搭接接頭電阻釬焊拉力試驗、金相晶粒度級數(shù)測定和熱影響區(qū)導電性能降低機理分析，結(jié)果表明隨著返焊次數(shù)的增加，靠近搭接釬縫根部的母材熱影響區(qū)力學性能依次下降，晶粒尺寸依次增大。返焊兩次時靠近搭接釬縫根部處晶粒度級數(shù)達到可接受的極限晶粒度5級，距釬縫8mm處母材晶粒度級數(shù)無明顯變化，釬焊接頭熱影響區(qū)局部導電性能降低。

電機制造；定子電阻釬焊；返焊次數(shù)；失效

0 前言

機車、高鐵、動車牽引電機定子聯(lián)線電阻釬焊質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到車輛行駛安全。針對近期某型機車牽引電機靠近吊掛部位的個別定子聯(lián)線釬焊接頭熱影響區(qū)斷裂燒損問題，從母材、釬料、釬劑、聯(lián)線成型工藝、電阻釬焊工藝等多方面進行分析。限于篇幅，在此僅從電阻釬焊工藝角度出發(fā)，分析電阻釬焊返焊次數(shù)對搭接接頭母材熱影響區(qū)力學性能、晶粒度和局部導電性能的影響。

1 釬焊材料與設(shè)備

母材采用TBR 8.5×5×200軟銅扁線，經(jīng)測試，其抗拉強度小于等于245 MPa，正彎90°表面無裂紋，電阻率小于等于0.017 241 Ω·mm2/m，符合GB/ T5584.2-2009：電工用銅、鋁及其合金扁線第2部分：銅扁線。釬料采用CP102 φ2.0 mm，符合EN1044-1999：硬釬焊填充金屬，助焊劑用莊信液態(tài)JMNO.25，釬焊設(shè)備采用QS-80TW電機線圈專用釬焊機。

2 試驗方案

按照原電阻釬焊工藝守則規(guī)定，允許返焊一次，在本試驗中，設(shè)計三種試驗方案，按釬焊三次（即返焊兩次）進行試驗，一：按照原釬焊工藝守則釬焊一次，試樣編號為1-1、1-2、1-3；二：釬焊兩次，按原釬焊工藝守則完成第一次釬焊并完全冷卻至室溫后，再按原釬焊工藝守則完成第二次釬焊，試樣編號為2-1、2-2、2-3；三：釬焊三次，即按原釬焊工藝守則分別完成完第一、二次釬焊并完全冷卻至室溫后，再按原釬焊工藝守則完成第三次釬焊，試樣編號為3-1、3-2、3-3。

上述三種試驗方案搭接長度L=10±1 mm，對編號1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2試樣，比較不同釬焊方案下釬焊接頭抗拉強度、斷裂位置；對編號1-3、2-3、3-3試樣，比較其搭接釬縫根部和距釬縫根部8 mm處母材熱影響區(qū)的晶粒度級數(shù)。

3 試驗結(jié)果

3.1 拉力試驗

采用CMT微機控制電子拉力試驗機進行拉力試驗，結(jié)果見表1。

表1 拉力試驗

3.2 斷后接頭宏觀照片

拉伸試驗宏觀照片見圖1a和圖1b（編號1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2）。

圖1 拉伸試驗后宏觀照片

3.3 熱影響區(qū)母材晶粒度級數(shù)測定

采用DMI 300M金相顯微鏡檢測1-3、2-3、3-3試樣的晶粒度，根據(jù)YB27-77《鋼的晶粒度測定法》測定晶粒度，測定環(huán)境溫度27℃，相對濕度65.2％，腐蝕劑為三氯化鐵鹽酸水溶液，其溶液組成為:三氯化鐵（5 g）+鹽酸（25 ml）+蒸餾水（100 ml）。釬焊熱影響區(qū)晶粒度級數(shù)見表2。

表2 熱影響區(qū)晶粒度級數(shù)

金相晶粒度照片如圖2所示。

由表1可知，按方案一、二、三所測抗拉強度平均值依次降低2.4％和10.1％，說明釬焊搭接接頭母材熱影響區(qū)的抗拉強度隨著釬焊次數(shù)的增加而降低，返焊一次對搭接接頭母材熱影響區(qū)的強度影響不大，不足以因強度降低造成電機聯(lián)線斷裂燒損。由圖1和表1可知，釬縫圓滑過渡、無氣孔和裂紋等可見缺陷；所測拉力試樣均斷裂在靠近搭接接頭母材熱影響區(qū)，說明釬焊搭接釬縫質(zhì)量合格[1]。

由表2和圖2可知，（1）靠近釬縫區(qū)根部的母材晶粒度級數(shù)比遠離焊縫區(qū)8 mm處母材熱影響區(qū)晶粒度級數(shù)低，說明熱影響區(qū)因受釬焊熱循環(huán)影響，晶粒長大較遠離熱影響區(qū)的母材晶粒長大程度高[2]；（2）隨著釬焊次數(shù)的增加（達3次時），靠近搭接釬縫根部的母材晶粒度級數(shù)依次為9級、7級和5級，呈遞減趨勢，而遠離釬縫根部8 mm處母材熱影響區(qū)的晶粒度級數(shù)保持10級不變。參照同材質(zhì)的導條晶粒尺寸小于等于100 μm可以接受的原則，即晶粒度級數(shù)大于等于5級可以接受，說明經(jīng)過一次、二次電阻釬焊加熱，對母材晶粒尺寸及晶粒度級數(shù)影響不大，即返焊一次對接頭熱影響區(qū)質(zhì)量影響不大，返焊二次（即釬焊3次）時，晶粒度級數(shù)降低到5級，達到允許接受的最低要求。出于安全考慮，為了有效保證釬焊質(zhì)量，不允許返焊二次（即釬焊3次），有效驗證了原牽引電機定子并頭聯(lián)線電阻釬焊工藝守則允許返焊一次符合實際生產(chǎn)和質(zhì)量控制要求。

釬料CP102最低釬焊溫度為700℃（釬料熔化溫度為640℃～815℃）[3]，決定了釬焊溫度大于等于700℃，而銅母材經(jīng)過三次高溫釬焊加熱，晶粒由基本完整致密變得粗化，晶粒度減小，晶界相增大，從而增大了自由載流子遷移散射率，導致熱影響區(qū)局部電阻率升高，電子遷移率減小，導電性降低[4]。另一方面，冷作硬化的純銅扁線在230℃～850℃溫度下會發(fā)生軟化，與釬焊溫度重疊，導致釬焊熱影響區(qū)母材的抗拉強度降低（CP102釬料抗拉強度為499.8 MPa）。因此，牽引電機定子并頭聯(lián)線經(jīng)過多次釬焊，可能導致軟銅扁線局部導電性降低，使得銅扁線釬焊熱影響區(qū)局部發(fā)熱嚴重軟化，在車輛運行過程中，局部振動大，導致靠近振動大部位的聯(lián)線搭接接頭的釬焊熱影響區(qū)銅母材熱疲勞斷裂燒損。

5 結(jié)論

（1）隨著在大于等于700℃高溫下返焊次數(shù)的增加，靠近搭接釬縫根部母材熱影響區(qū)力學性能依次下降，晶粒尺寸依次增大，返焊兩次時靠近搭接釬縫根部處晶粒度級數(shù)達到可接受的極限晶粒度5級，而距釬縫8 mm處母材晶粒度級數(shù)保持10級不變。

（2）經(jīng)過三次高溫釬焊，容易導致熱影響區(qū)局部導電率降低，電阻升高，在機車運行過程中，銅扁線釬焊接頭熱影響區(qū)局部發(fā)熱軟化，強度降低，在振動載荷的共同作用下易發(fā)生熱疲勞斷裂燒損。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第1卷）焊接方法及設(shè)備（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]美國金屬學會.金屬手冊（第6卷）焊接硬釬焊軟釬焊（第一版）[M].包芳涵，等譯.北京：機械工業(yè)出版社，1994.

[3]張啟運，莊鴻壽.釬焊手冊（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4]肖琪，王瑞，徐磊，等.薄膜厚度對玻璃纖維表面SnO2薄膜透光導電性能的影響[J].云南大學學報（自然科學版），2012，34（6）：679-683.

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阻焊，根據(jù)影響壓力電阻焊的質(zhì)量原因可知，影響端塞焊接質(zhì)量的主要因素為：焊接參數(shù)匹配、焊接設(shè)備穩(wěn)定性以及焊接母材表面狀況等。要獲得優(yōu)質(zhì)的電阻焊焊接接頭，除了嚴格執(zhí)行焊接管理程序，還必須在這幾個方面加強控制。

3.1 焊接參數(shù)的選擇

壓力電阻焊是壓力與電流兩個重要因素共同作用的結(jié)果，因此，壓力與電流的適當匹配是形成合格焊縫的必要條件。焊接材料確定的情況下，只有在一定的壓力和溫度條件下，才能完成焊接。

焊接壓力主要根據(jù)端塞的壓入位移量來設(shè)定，由于采用恒壓焊接，所以比較容易確定壓力。而在壓力確定后，影響壓力電阻焊最重要的是確定焊接電流。實踐證明，對于輻照監(jiān)督管的堵孔焊，應采用恒壓、大電流（先升后降）、短焊接時間（20～50 ms）的焊接工藝參數(shù)。

3.2 端塞焊接表面準備嚴格要求

焊接前工件表面準備是保證焊接質(zhì)量的基本條件。工件表面有氧化物或其他雜質(zhì)等不均勻覆層時，因接觸電阻的不一致，各個焊點產(chǎn)生的熱量大小會不一致，從而引起焊接質(zhì)量的波動。所以堵孔焊焊接前，應徹底清理待焊表面，必須嚴格檢查焊接表面，嚴格控制端塞焊接表面質(zhì)量，保證焊接過程中接觸電阻均勻一致。

3.3 提高焊接設(shè)備的穩(wěn)定性

對于輻照監(jiān)督管的堵孔焊為電阻焊，焊接的質(zhì)量好壞受焊接設(shè)備的穩(wěn)定性影響較大，焊工的操作技能水平和質(zhì)量意識是保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。因此除在上崗前對焊工的操作技能進行培訓和提高外，還應加強培養(yǎng)其良好的習慣，焊工的工作技能、職業(yè)習慣、質(zhì)量意識問題，以及定期對設(shè)備進行保養(yǎng)都會對焊接質(zhì)量造成影響。在日常焊接管理過程中，要增強焊工質(zhì)保意識，同時按照要求對設(shè)備進行定期保養(yǎng)。

4 結(jié)論

焊接質(zhì)量控制是輻照樣品監(jiān)督管質(zhì)量控制的關(guān)鍵和重點，輻照樣品監(jiān)督管的焊接過程實質(zhì)上是一個合格產(chǎn)品的質(zhì)量形成過程，因此應特別重視焊接質(zhì)量控制。焊接質(zhì)量控制的影響因素較多，焊接質(zhì)量控制的任務(wù)艱巨，作為監(jiān)造人員，應不斷地學習和研究出現(xiàn)的各種問題，控制焊接質(zhì)量。從最細微處著手，嚴格按照質(zhì)保大綱要求，嚴格執(zhí)行焊接WPS，在實踐中優(yōu)化焊接參數(shù)，嚴格控制過程，為保障設(shè)備制造質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]陳方泉，梁國偉，林祖?zhèn)ィ?核電用燃料棒上端塞壓力電阻焊的焊接[J].焊接技術(shù)，2001，39（1）：16-19.

Study on the influence of resistance brazing number to stator resistance brazing joints quality of traction motor

XIE Guisheng，ZHAO Dongchao，SHI Xinghua，SHAO Rongxian
（CRRC Yongji Electric Co.，Ltd.，Yongji 044502，China）

For the burning loss situation of the heat affected zone of the stator resistance brazing joints near hang parts of the certain type traction motor，conducted tensile test，metallographic grain size measurement and heat affected zone conductive performance degradation mechanism analysis of the resistance brazing overlap joints using pure copper flat wire.The results showed that the mechanical properties decreased in turn of the parent metal near the overlap brazing seam root with the increase of back brazing number，and the grain size increased in turn.When back twice，the grain size series reached the acceptable limit value 5 near the overlap brazing seam root，and parent metal grain size had no obvious change distance of brazing seam 8 mm，and the conductive performance of the local heat affected zone of the brazing joints reduced.

motor manufacture；stator resistance brazing；back brazing number；lose efficacy

TG454

A

1001－2303（2017）01－0109-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.01.21

獻

謝貴生，趙東超，時興華，等.電阻釬焊次數(shù)對牽引電機定子并頭釬焊質(zhì)量的影響[J].電焊機，2017，47（1）：109-112.

2015-01-11；

2016-11-28

謝貴生（1991—），男，山西汾西人，國際焊接工程師（IWE），碩士，主要從事高鐵、動車、電力機車、地鐵、油田、電鏟車、風電、煤機、船舶等電機焊接研究工作。