交流电机转子铜端环与导条整体感应钎焊加热器研制

孙雨帆  ,赵宣 ,白锦洋 ,王倩 ,王帆

中车永济电机有限公司    山西   永济        044502 

摘要：利用感应加热器对端环上的导条进行感应加热，使端环与导条产生感应加热，实现感应焊接；为了保证电机转子铜端环和导条的顺利焊接，采用了一种新型的异步加热炉。通过对转子端环、导条焊接感应加热器的结构、感应加热器与端环的装配方式以及感应加热器的使用效果等方面的研究，开发出一种能有效解决转子端环和导条焊接的非同步加热装置。

关键词：电机转子铜端环与导条钎焊；感应加热器；研制

引言：

大型交流电动机转子铜端环及导条通常为整体式感应钎焊，感应式加热炉采用整体感应式焊接，转子端环导条与感应式加热元件配合使用。导条置于端环的凹槽中，构成 T形连接，感应加热器连接到电源装置，端环与感应加热器上表面对称，接通电源后，电流经过感应加热器铜管，产生感应磁场，端环产生涡流，加热端环和导向棒，从而达到焊接目的。这种方法不仅可以确保焊接质量，而且可以大大减少电动机的生产成本。电感加热器的尺寸要按工件尺寸来决定，端环中部装有感应式加热器，可快速增加加热功率，缩短焊接时间。为此，开发一种专用加热设备，是确保端环焊接质量的关键。

一、感应加热器组成和设计原则

感应线圈是感应式电源，感应加热线圈，绝缘板，基板，绝缘环，硅片，隔离层，水管等，感应线圈是一种感应线圈，它是一种线圈，线圈呈螺旋状，线圈和线圈之间用绝缘材料隔开，中间嵌有0.2 毫米厚度的硅片，以确保焊接温度[1]。

二、交流电机转子铜端环与导条钎焊工艺研究

（一）焊接结构分析

大型交流电机转子由前、后压圈、转子冲片、多个导条、端环等构成，转子导条嵌入端环的焊槽内，导条的两端嵌入端环的沟槽，从而构成平行 T型焊接。在国外，普遍采用的是中频感应式整体加热，这种一体化加热方式可以避免因铜的高导热性而使残余待焊部分在热影响区被严重氧化，大大降低了钎料的可塑性和润湿性，并大大提高了生产效率。目前国内尚属首次应用于大型结构的中频感应钎焊，其技术难点包括：功率、达到钎焊时间、感应圈设计、钎焊工艺参数选择、填料及轴与芯模的保护等[2]。

（二）钎焊设备

交流牵引电动机端环的焊接要求一次性将近百条导线的两端焊在端环上，焊接的位置必须具有优良的导电性和良好的力学性能。在交流牵引电动机工作中，由于转速过快、刹车次数多、电负载大，端环焊接处会不断地受到扭曲力、电磁力、离心力、热应力的影响，极易出现故障。为了确保焊接位置的均匀性，必须采用严格的工艺方法，以确保百个导条在端环上同时进行焊接。由于上百个接头在同一时间进行焊接，其受热状况受多种因素的影响，不如导条和端环的间距，电感器和端环的安装是否均匀，都会导致端环焊接过程中各个导条的受热不同。由于受热不同，导条长度的热膨胀差会造成焊缝间的不同，但由于接头间隙的不一致，会造成导条的受热不均，从而形成一个恶性循环。解决上述问题，要求焊接设备具备高强度、高速度、高精度、的温度控制；为了防止热熔对转子铁芯冲头造成灼伤，同时为了确保焊接质量，一次焊接一定要一次成功。例如，第一代电弧焊机，铜端环被放置在感应线圈中，由工装驱动转子转动，以确保电感热，但是，由于感应线圈和端环之间的间隙不均匀，导致端环产生不均匀的温度，这主要是因为铜端环在焊接时，焊料的熔融速率不一致，从而导致了基体的熔融，因此，在较低温度下，必须采用火焰钎焊。熔化、夹渣等是由于焊接工艺温度不均匀所致。第二代异步焊是在引进国外的工艺技术的基础上，通过在感应线圈上放置端环，使其加热均匀，从而消除焊接缺陷。第三代异步焊接设备，采用了国外先进的感应加热设备，解决了一、二代焊接设备安装间隙不均，焊接时没有保温。根据大型交流电动机转子端环整体焊接特性，分析了其工艺，选用了一台中频异步焊机。本装置可通过调整变压器和自调整频率，使电感器和变电所和供电线路达到最优的平衡或共振，从而减少端环的发热[3]。在整个加热和保温期间，端环可以根据预定的温度、时间特性曲线加热、保温工件，并可迅速加热工件，使工件表面平滑，工作时不产生任何变形，确保整个焊接过程中工件的各个部分得到均匀的加热[4]。

三、感应加热器效果评估

（一）外观检查

表面检查主要是对焊缝表面进行检测，主要有裂缝、空洞、夹渣、表面成型以及基体的侵蚀等。转子端环焊接完成后，用肉眼观察端环的外端面。经过该焊接工艺，焊接质量达到了设计要求，未发现裂纹、气孔、夹渣等缺陷。焊缝表面光滑，焊缝的角度符合设计要求。

（二）渗透检查

渗流检查是对焊接接头的表面进行检测，包括裂纹，气孔，夹渣，以及母材的腐蚀。转子端环焊接后，端环和导向条的圆角不经过任何处理，仅用渗流检验即可判定其是否合格，在规定的时间内，没有任何红色显影液体从显影溶液中渗出，没有发现任何焊接缺陷[5]。

六、结语

综上所述，从感应加热器端环结构，感应加热器与端环的装配方式，感应加热器的应用情况等几个方面进行了研究，并开发出感应加热端环感应加热器。该产品已成功地用于转子端环和导杆的批量制造。

参考文献：

[1] 曾美扬. 交流电机转子铜端环感应钎焊研究[D]. 湖南大学, 2006.

[2] 肖时峰, 曾美扬, 邓苹,等. 交流电机转子铜端环与导条整体感应钎焊加热器研制[J]. 电焊机, 2018, 48(1):2.

[3] 杜雷, 刘大为, 李雅范. 电动机转子铬锆铜导条与端环中频感应钎焊工艺研究[J]. 机械制造文摘：焊接分册, 2013(5):4.

[4] 谢贵生, 时兴华, 赵东超,等. 一种电机转子端环导条中频感应钎焊验证工装及验证方法:, CN104022605A[P]. 2014.

[5] 连军, 赵佳宁, 姜云波,等. 一种电机转子铜风扇叶钎焊用感应器:, 2019.