屏蔽電泵銅條轉(zhuǎn)子焊縫的X射線檢測應(yīng)用

韓國玉

(佳木斯電機股份有限公司,黑龍江佳木斯154002)

0 引言

屏蔽電泵是由屏蔽電動機和泵組成一體的無泄漏泵,主要由泵體、葉輪、定子、轉(zhuǎn)子、前后軸承及推力盤等零部件組成,其中定子和轉(zhuǎn)子用不銹鋼屏蔽套隔離起來。轉(zhuǎn)子作為電動機的核心部分,其質(zhì)量的好壞對電機的使用有直接的影響。電動機在起動過程中,短路環(huán)電流密度過大而造成溫度急劇上升,同時導(dǎo)條受高溫變形發(fā)軟,機械強度下降,在熱應(yīng)力、電磁力及離心力的反復(fù)作用下,首先是短路環(huán)焊接處疲勞而斷裂,少數(shù)焊接薄弱處則因接觸電阻過大而呈現(xiàn)局部高溫將導(dǎo)條燒斷和開焊,使電泵無法正常工作。我公司在銅條轉(zhuǎn)子最初研制階段,焊接方式為氬弧打底再結(jié)合火焰釬焊,加工后厚度為25mm,焊料為銀銅焊料,其牌號為312,焊劑為CJ401,呈白色粉末。焊接質(zhì)量很不穩(wěn)定,難以控制。進行滲透檢測時會出現(xiàn)大量缺陷顯示。在電泵試驗過程中發(fā)現(xiàn),不僅表面存在缺陷,內(nèi)部也有斷條的情況,無法按照工藝進行批量生產(chǎn)。

當(dāng)射線穿過工件時,如果工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù),將引起透射射線強度的變化,這種變化會通過底片上的影像顯示出來。故通過X射線探傷進一步檢測銅條轉(zhuǎn)子內(nèi)部缺陷對改進其焊接工藝顯得尤為重要。

1 某工程屏蔽泵銅條轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及滲透檢測結(jié)果

該轉(zhuǎn)子是鼠籠結(jié)構(gòu),在硅鋼片的槽中插入銅條,端頭露出的銅條固定在銅端環(huán)里,端環(huán)有坡口和銅條的接觸位置用氬弧焊焊接,每一側(cè)的20根銅條端面用釬焊焊接,將銀銅焊料熔化后使之連在一起。銅條含銅量在99.9%以上;添加的銀銅焊料的含銀量在15%左右。采用的焊接方式為氬弧打底再結(jié)合火焰釬焊,充分冷卻后對端環(huán)進行加工,厚度為25mm,長度20mm。銅條轉(zhuǎn)子滲透檢測結(jié)果如圖1所示,發(fā)現(xiàn)滲透檢測位置存在大量缺陷。

圖1 銅條轉(zhuǎn)子滲透檢測結(jié)果

2 X射線檢測銅條轉(zhuǎn)子的具體檢測方法

按照設(shè)計要求,在焊接的內(nèi)部層面,尤其是銅條的端頭和銀銅焊料的熔合面不能出現(xiàn)斷條或者大于三分之一銅條端面的缺陷。圖紙要求參考NB/T 47013.2《承壓設(shè)備無損檢測第2部分：射線檢測》(以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”)中,鋼、鎳、銅制承壓設(shè)備各級別熔化焊焊接接頭的評定標(biāo)準(zhǔn),焊接質(zhì)量保證Ⅱ級合格的情況下,按射線的檢測結(jié)果,進行總結(jié)經(jīng)驗,持續(xù)改進,將焊接質(zhì)量提高到Ⅰ級到或達接近Ⅰ級水平。此檢測任務(wù)沒有標(biāo)準(zhǔn)和透照工藝參考,且工件結(jié)構(gòu)和焊接的特殊性,對射線檢測工作也是考驗。

2.1 透照方法

按“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定該銅條轉(zhuǎn)子透照位置直徑95mm(壁厚25mm×2+內(nèi)徑45mm)屬于小徑管,因為檢測部位是銅條的端部,所以只能垂直透照,結(jié)合公司實際檢測能力(透照50mm是射線機的極限),銅的密度大于鐵的密度,機器照不透,只能采用單壁垂直透照,射線束中心盡量平行于銅條端面,有利于檢出斷條等關(guān)鍵性缺陷。

2.2 膠片尺寸和暗袋的選擇

工件內(nèi)徑只有45mm左右,沒有合適的膠片選用,也沒有如此小的暗袋可用。采用把膠片和增感屏裁成40mm×60mm大小,一次拍攝銅條轉(zhuǎn)子一側(cè)兩根銅條,剪裁的暗袋外邊用黑色塑料包裹。在實踐中,此方法雖然不錯,但塑料布很容易劃破造成膠片跑光,故外邊包裹換成了結(jié)實、柔軟、容易折疊的2000目金相砂紙,既不占空間,又很好的解決了膠片易跑光的問題。暗袋具體擺放方式如圖2所示。

圖2 銅條轉(zhuǎn)子射線暗袋擺放示意圖

在射線拍攝時,將膠片用金相砂紙包裹好,用膠帶粘牢,防止跑光,膠片緊貼銅條轉(zhuǎn)子內(nèi)壁,并用泡沫填充空隙,防止拍攝時脫落。由于拍攝部位狹小且在轉(zhuǎn)子端頭,必須進行散射線遮擋,現(xiàn)場采用5mm鉛皮遮擋,防止散射線從轉(zhuǎn)子兩側(cè)端部進入轉(zhuǎn)子內(nèi),影響底片質(zhì)量。

2.3 射線參數(shù)的選擇

我公司采用比利時ICM-C3005射線機進行射線拍攝,硅鋼片的密度7.7g/cm3,銅條的密度是8.9g/cm3,銀銅焊料的密度約是11g/cm3給射線檢測帶來了不小的難度。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn),膠片選用愛克發(fā)C4,射線參數(shù)選取270kV,3min,F=600mm,成像質(zhì)量相當(dāng)不錯,黑底2.5,像質(zhì)指數(shù)11,符合標(biāo)準(zhǔn)要求,射線底片如圖3所示。

圖3 銅條轉(zhuǎn)子射線底片示意圖

3 工藝改進前射線檢測結(jié)果

評級按圖紙規(guī)定參照《標(biāo)準(zhǔn)》中表13[2],其它應(yīng)符合相應(yīng)條款。

表13 鋼、鎳、銅制承壓設(shè)備各級別熔化焊焊接接頭允許的圓形缺陷點數(shù)

通過射線檢測,底片如圖4所示。發(fā)現(xiàn)在熔合面容易出現(xiàn)大量氣孔和夾渣缺陷,將缺陷部位用車床車開后觀察,在導(dǎo)條端面存在焊料未充滿或未完全熔化的現(xiàn)象,由于工件和透照參數(shù)沒有變化,在后續(xù)的拍攝中沒有放置像質(zhì)計。

圖4 火焰釬焊轉(zhuǎn)子射線檢測底片

銅條轉(zhuǎn)子的焊接質(zhì)量通過射線檢測達不到《標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ級規(guī)定,也不符合銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計圖紙的要求。

4 工藝改進方案及改進后檢測結(jié)果

插銅條轉(zhuǎn)子焊接是屏蔽泵制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),隨著一次次的射線檢測和工藝改進,使無損檢測的實施情況、結(jié)果的信息反饋,改進產(chǎn)品質(zhì)量的重要性得到了充分體現(xiàn)。最后焊接方式為氬弧打底結(jié)合感應(yīng)釬焊,感應(yīng)釬焊有加熱均勻;加熱速度快的優(yōu)點。在銅條轉(zhuǎn)子一端呈環(huán)形以整體加熱的方式,每次轉(zhuǎn)子一側(cè)的銅條一次焊接完成。

工藝改進后射線底片如圖5所示,銅條界限清晰分明,端頭熔合良好,沒有焊接缺陷顯示,完全符合《標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅰ級驗收標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

圖5 新工藝射線檢測底片

5 結(jié)語

本文基于對我公司生產(chǎn)的銅條轉(zhuǎn)子焊縫的X射線檢測應(yīng)用,證實了射線檢測不僅在生產(chǎn)時保障了產(chǎn)品質(zhì)量,也對設(shè)計和工藝改進起到至關(guān)重要的作用。對于非常規(guī)的零部件檢測時,在設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi),要開動腦筯,結(jié)合實際情況找到可行的檢測方法,提高缺陷檢出率。開展本次銅條轉(zhuǎn)子焊縫質(zhì)量射線檢測應(yīng)用及工藝改進工作,為類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的檢測提供了參考。