機車牽引電機線圈焊接修復

翟朋飛

摘要：近年來，隨著車輛運行速度的不斷提高，有許多零部件在復雜和苛刻的條件下長期工作會出現裂紋、磨損或損壞，嚴重時甚至導致報廢，因此在許多情況下需要進行焊接修復。焊接修復機車磨損件的作業呈現堆焊的數量大、時間長及堆焊材料各異的特點，需要不同的焊接修復方法對其進行堆焊修復。

關鍵詞：電機轉子;紫銅;線圈

本文針對機車牽引電機線圈焊接修復進行探討。企業機車牽引電動機轉子出現電阻值超高、接地、匝問短路等故障，可通過更換線圈，采用手工鎢極氬弧焊進行線圈頭與換向器銅頭的焊接修復，只有焊接工藝編制合理才能保證焊接質量。

一、手工電弧焊

手工電弧焊是最常用的焊接修復方法，其設備簡單、操作靈活、方便，無論是現場修復還是在生產單位修復均可以采用。但由于手工電弧焊堆焊效率低、稀釋率高、勞動強度大的特點，使得手工電弧焊對很多零件的堆焊受限。采用直流反接，利用手工電弧焊對轍叉心軌進行單層和多層堆焊，并且堆焊前不用預熱，焊后不用熱處理，結果發現單層堆焊的母材軟化程度比較大，多層堆焊的性能比單層堆焊的性能好。在單層和多層堆焊的熔合區的熔合情況都比較好，無馬氏體生成;焊縫區組織比較細小，分布比較均勻，以粒狀貝氏體為主。與單層堆焊對比，多層焊焊縫組織比單層焊焊縫組織更細小，以粒狀貝氏體為主。通過在手工電弧焊外加能量（如振動）等，增加手工電弧焊在堆焊的應用范圍。

二、紫銅的焊接性分析

1.易產生未焊透和未熔合缺陷

由于紫銅的導熱性較強，其熱導率比碳鋼大7～11倍，焊接時有大量的熱量被傳導損失，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，容易出現未焊透和未熔合缺陷。

2.焊縫及熔合區易產生氣孔

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

3.焊縫及熔合區易產生熱裂紋

（1）銅及銅合金的線膨脹系數比低碳鋼大50%，由液態轉變成固態時的收縮率也較大，對于剛度大的焊件，焊接時會產生較大的內應力。（2）熔池結晶時，過飽和氫向金屬的顯微缺陷中擴散，或者它們與偏析物反應生成的水蒸氣，在金屬中造成很大的壓力。（3）熔池結晶時，在晶界易形成低熔點的氧化亞銅與銅的共晶物（Cu+Cu20），以及焊件中的鉍（Bi）、鉛（Pb）等低熔點雜質在晶界形成偏析，導致焊縫裂紋的產生。為防止熱裂紋的產生，應采用熱源集中的焊接方法，嚴格控制母材和焊接材料中的鉍（Bi）、鉛（Pb）等雜質的含量，并采用焊后緩慢冷卻的方法控制裂紋的產生。

4.焊接接頭性能低

紫銅在焊接時，由于焊縫晶粒受熱嚴重而長大，合金元素的蒸發和氧化，焊接過程的雜質及合金元素的滲入等，都能使焊接接頭的性能產生很大的變化，主要有以下幾點。一是導電性下降。紫銅焊后，由于焊縫受雜質的污染、合金元素的滲入、焊縫不致密等因素的影響，其導電性能低于基本金屬，雜質和合金元素越多，導電性就越差。二是力學性能下降。由于焊縫與熱影響區的晶粒長大，各種脆性的易熔共晶在晶界上出現，使焊接接頭的力學性能有所下降，尤其是塑性和韌性降低更為顯著。三是耐腐蝕性能下降。由于焊接過程合金元素的蒸發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施

1.焊接工藝的確定

經過對紫銅的焊接性分析，焊接方法采用熱源集中的手工鎢極氬弧焊，確定對線圈不添加任何金屬，采用大電流熔化線圈本身，從而形成焊縫。原因：由于每批次線圈材質有所差異，不同的材質會直接影響到電阻值的高低。使用填充焊條或金屬時，導致與原線圈的材質有差異，影響電阻值;如果使用H1AgCu34 16HL304銀銅焊條成本高，電阻值超高，達不到要求。

2.焊接準備

（1）焊接前首先把升高片車削平整，然后將工件吊裝到焊房工位進行固定，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，防止焊接溫度過高。焊接完畢待冷卻20min后，自然冷卻到60～70℃再進行第二圈焊接，這樣有效地防止燒損線圈包扎的絕緣層形成的碳化。

3.焊接實施過程

（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：每把線圈是四組，不問隔三道就會是一把線圈焊了二道，從而使線圈溫度過高，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應為條狀焊縫。（4）焊后清理焊接處，用鋼鋸條清理升高片上的焊渣及片問絕緣，除去銅瘤、灰塵，要使片問露出云母本色，防止匝間短路。（5）焊接表面不應有氣孔或夾鎢等缺陷，如有缺陷，應及時鏟出返修。（6）清理干凈焊縫后去除石棉，交下工序檢測。

4.焊后檢測

根據現場實際情況，決定采用對地工頻耐壓試驗。焊接后的耐壓試驗。匝間：480V;對地工頻耐壓試驗：4150V，lmin無閃絡擊穿現象;測電阻1～57片，0.01242±10%0。

四、結論

隨著社會的發展及生產效率的不斷提高，在堆焊修復機車零件的焊接方法，設備及工裝上要求能夠堆焊不同磨損程度的零件，同時再保證堆焊質量，能夠進一步提高生產效率。