实心磁极同步电动机阻尼绕组焊接工艺

杨怀海，潘波，王栋梁

(1佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002；

2抚顺石化公司洗涤剂化工厂，辽宁抚顺113001)



实心磁极同步电动机阻尼绕组焊接工艺

杨怀海1，潘波1，王栋梁2

(1佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002；

2抚顺石化公司洗涤剂化工厂，辽宁抚顺113001)

摘要实心磁极同步电动机阻尼绕组钎焊面积大，焊接难度高，容易出现焊接缺陷，在电机起动过程中阻尼环产生电火花，长时间使用后会出现断裂现象。针对阻尼绕组的结构，采用火焰钎焊、感应钎焊工艺，控制加热位置及合理的加热顺序，在不损伤磁极线圈的前提下，保证钎焊接头的可靠性，提高电机产品质量。

关键词实心磁极；阻尼绕组；阻尼环；火焰钎焊；感应钎焊

0引言

同步电动机起动方式一般采用异步起动，其中实心磁极阻尼绕组与笼型绕组的阻尼绕组作用相类似，在同步电动机异步起动时，实心磁极极靴与阻尼环共同构成阻尼绕组，利用阻尼绕组中的感应电流与定子旋转磁场的相互作用产生异步起动转矩，使同步电动机起动起来。阻尼绕组的作用就是为同步电动机异步起动的，当其转速达到亚同步转速后，转子磁极线圈通以直流电，使转子磁场与定子旋转磁场同步，进入同步运行状态，阻尼绕组完成异步起动作用。电机在反复起动及运行过程中，阻尼绕组承受热变形、离心力反复作用，尤其是实心磁极结构的转子，受力更为苛刻，如果钎焊接头性能不可靠，会导致导电结合面松动从而接触不良，重新起动时就会产生“打火”现象。反复打火使绕组导电进入恶性循环，最终绕环定子绕组或螺栓熔断脱落打坏定子绕组，使定子线圈报废。

1阻尼绕组的结构

同步机磁极铁心大部分是叠片结构，阻尼条穿过铁心，分段阻尼环分别穿在各磁极阻尼条上，通过阻尼环与阻尼条、阻尼环与阻尼环焊接形成阻尼绕组。但钢厂用主抽风机类负载，由于负载GD2较大，起动困难且发热量很大，传统的结构不能满足，因此采用实心磁极结构。其铁心由实心的锻钢加工而成，实心磁极同步电动机具有结构简单、坚固、热容量大等特点，其阻尼绕组分为有阻尼环和无阻尼环两种结构，有阻尼环的结构通过阻尼环与极靴、阻尼环与阻尼环焊接形成阻尼绕组，极靴与磁轭用螺栓连接。极靴表面及一定深度形成的感应电流相当于叠片绕组的阻尼条。

常见实心磁极同步电动机为4p、6p，其阻尼绕组结构如图1、图2所示，极靴安装在磁轭上，阻尼环有弧形和槽形两种，分段焊接在极靴两侧，并用螺栓固定，分段阻尼环与连接片焊接在一起，并用螺栓加固。阻尼环与极靴的接触方式不同，连接片的接触方式也有所不同。磁极线圈与极靴装配到磁轭上，阻尼用连接片连接，为便于弯制，连接片用几片2～4mm的薄铜板弯成一定形状，与阻尼焊焊接并用螺栓加固。由于电机起动时阻尼环温度上升，膨胀后直径变大，但极靴部分阻止其膨胀，因此一部分变形就会施加到阻尼环接头部分，连接片由薄铜板变成弧形就能吸收一部分变形，减少接头所承受的应力，防止接头开裂打火。

图14p同步机阻尼绕组结构图

图26p同步机阻尼绕组结构图

2阻尼环与极靴焊接

极靴为中碳钢锻造加工而成，阻尼环由紫铜母线弯弧制成，阻尼环与极靴接触，碳钢的导电性差，要求阻尼环与极靴接触面积尽量大、接触电阻尽量小，其结构见图3。左侧4p同步机阻尼环为弧形，其接触位置为外弧面及一侧平面，右侧6p同步机阻尼环为平板形，其接触位置为一侧平面及板厚一侧，极靴两端焊接尺寸相同。由于转子高速旋转，为提高强度阻尼环与极靴用螺紧固，采用以下几个方法。

图3阻尼环与极靴结构图

2.1焊接方法选择

紫铜与阻尼环常用的焊接方法有氩弧焊及钎焊两种方法，但阻尼环与极靴用氩弧焊接不能全部焊透，且是不可拆卸连接，不便以后维修，选用硬钎焊焊接比较合适，钎焊不必开坡口能焊透大部分接触面，阻尼绕组出现故障能够拆下维修。银铜锌钎料适于钎焊钢碳钢，熔点较低便于操作，同时也易于钎焊紫铜，因此选用常用的银铜锌钎料BAg45CuZn作为焊料。

2.2焊接工艺过程

2.2.1焊前准备

银焊料选用0.2mm片状钎料和φ4mm的棒状钎料，片状钎料剪成弧状或条状，形状刚好能填满阻尼环与极靴的两个接触面，片状钎料需要按阻尼环螺栓孔的位置配钻工艺孔，便于装配时螺栓穿过。

将极靴待焊面用砂纸打磨，并用白布蘸酒精擦净打磨面，阻尼环待焊面也按此办法处理，QJ102钎剂用水调成糊状，用刷子将糊状钎剂均匀涂到极靴及阻尼环接触面上。片状钎料分别置于极靴每一处待焊处，装配阻尼环，用螺钉或螺栓拧紧。

2.2.2焊接

极靴与阻尼环为异种金属，且形状不规则，用火焰钎焊操作比较方便，由于工件较大需用两把H01-20焊枪加热，火焰选用中性或稍带还原性的火焰。

极靴体积大，热量多，用两把焊枪对极靴待焊处附近加热，4p极靴应立放， 6p极靴卧放，按图4所示在弧面和平面同时加热。

图4阻尼环与极靴钎焊加热示意图

加热时应从一端开始，由于碳钢导热较差，焊枪应小幅摆动，以免碳钢熔化，待加热区域变为红色后，加热平面的焊枪开始加热阻尼环侧，加热弧面的焊枪依然加热原位置，阻尼环变红后，用棒状钎料端部蘸钎剂接触红热部分的钎缝，钎料棒熔化，补充片装钎料熔化后未填满的接触面缝隙，这时两把焊枪应适当控制加热温度，防止过热导致钎料流出。钎料刚好浸满待焊区后，焊枪移至下一相邻加热位，重复上述加热填料过程，直至焊接到另一端结束。4p极靴焊接完毕后，趁热用风动搬手将螺栓卸下，安装止动垫片及新螺栓。6p螺钉为铜材质，焊接时直接与阻尼环焊接成一体，不必拆卸。

2.2.3清理

焊接后残留的钎剂有较强的腐蚀性，必需除掉。方法是用温水加入10%的柠檬酸，喷酒在残留的钎剂上，并用钢丝刷刷洗，钎剂刷掉后，再用清水冲洗。碳钢表面的黑色氧化物用抛光片磨掉既可。

2.2.4焊接易出现的问题

焊接最容易出现的问题是由于极靴加热的温度不足或不均匀，导致片状钎料没有全部熔化，只是外围熔化将阻尼环与极靴焊接到一起，极靴与阻尼环的线膨胀系数相差较大，内部没有焊透，阻尼环起动时膨胀，很容易与极靴开焊，因此极靴侧加热时要均匀，加热整体变红，使焊料能吸入到钎缝中。焊接冷却后仔细检查钎缝处，发现有裂纹重新加热补焊。

3阻尼环与连接片焊接

连接片由数片薄铜板弯制而成，片间有间隙，加热时导热性不如实心结构，输入热量过大易造成连接片烧损，输入热量小，则接头温度上升较慢，阻尼环散热速度快，温度上升慢，钎焊温度不足，导致接头不能焊透。钎焊时阻尼环温度过高，会造成阻尼环与板靴钎焊接头强度降低，容易产生裂纹。因此连接片焊接时热输入量的控制难度较大，容易产生缺陷。目前的焊接方法主要有火焰钎焊及感应钎焊两种方法。

钎料可选用银铜锌钎料BAg45CuZn或铜磷钎焊BCu80AgP,装配时连接片之间预置0.2mm的片状钎料,如果用BAg45CuZn片状钎料预置,需将QJ102钎剂用水调成糊状，均匀涂抹在连接接触面，但焊接后需用柠檬酸水溶液清洗。BCu80AgP为自钎剂钎料，不必再填加钎剂。

3.1火焰钎焊

连接片距离磁极线圈很近，火焰加热范围较大，会破坏磁极线圈绝缘，因此焊接防护是火焰钎焊过程中重要的一环。常用的办法是用水浸湿石棉绳或石棉布，揉成泥团紧贴在待焊连接片附近磁极线圈外围，再用5mm石棉板剪成适当形状挡在连接片与磁极线圈之间，然后用湿石棉绳塞在石棉板与磁极线圈边缘的缝隙，防止火焰进入到磁极线圈。

用紧固螺栓夹紧连接片与阻尼环，两把焊枪同时对待焊处对连接片及阻尼环均匀加热，不要加热紧固螺栓，火焰热量适中，待接头变为红色后片状钎料熔化浸润到接头间隙中，然后用棒状钎料补充钎缝，不断调整焊枪加热距离及加热位置，保持接头温度适当，使钎料既能浸润到母材中又不至于流失。

防护时线圈被浸湿，绝缘电阻下降，因此连接片焊接完毕后，整个转子放到炉中进行烘干处理，以达到要求的绝缘电阻。

3.2感应钎焊

3.2.1感应钎焊特点及加热原理

感应钎焊时,电磁能量通过感应器感应到焊接接头中,在接头中由感应电流直接产生热量,加热效率高，速度快，不会在磁极线圈中产生热量,因此不影响磁极线圈的绝缘,更不必用石棉绳的进行防护。目前感应钎焊已广泛使用在电机钎焊的制造中。

图5是连接片与阻尼环感应钎焊图示，感应器由紫铜管按要求弯成适当形状，并安装导磁块，感应圈式作时铜管通以高频电流后，磁能通过导磁块藕合到工件，同时铜管中通以冷却水，用于冷却铜管自身和工件产生的热量，防止铜管温度过高而烧损。

图5感应钎焊示意图

3.2.2加热过程

由于紧固螺栓妨碍感应器装夹，另一方面碳钢螺栓为导磁物质，感应加热时易烧损，因此感应加热时，不安装紧固螺栓。

感应加热时工件表面有较大的电流，如果感应器与工件直接接触，工件电流流过感应器产生打火，会破坏感应器铜管。工件温度达到700℃左右，感应器也会产生损环，因此感应器与工件间夹一层或几层石棉纸起到绝缘、隔热的作用。感应器及工件堵流过较大的电流,使二者之间产生排斥力,导致感应器与工件间距离增大,影响加热效率,需在感应器外侧设置夹具约束变形。

感应器装配好后，启动感应设备，感应器通过电流对连接片两个面同时加热。由于连接片较薄，片间有间隙，影响热量向内部传导，因此外侧连接片迅速变红，这时立刻采取断续加热的方式，避免连接片熔化，在断续加热过程中钎焊片逐层熔化浸润，熔化的钎料提高了连接片之间的导热速度，这时加热方式改为连续加热，直至阻尼环变红，用棒装钎焊补充未焊满的钎缝。

4结语

焊接本身就是一个特殊工序，无法用肉眼直接判断其焊接质量的好坏，所以必须有好的焊接方法和严格的焊接工艺，才能保证焊接质量。实心磁极同步电动机阻尼绕组焊接难度大，是此类电机制造的一个难点，更是一个关键技术，其焊接质量对电机起动及运行至关重要。

(1) 阻尼绕组的焊接接触面需用0.2mm片状钎料预置，阻尼环与极靴需用银铜锌钎料焊接。

(2) 阻尼环与极靴为异种材料，线胀系数不一致,钎料与极靴浸润不好，电机运行时膨胀不致容易开裂打火。焊接时极靴温度是保证焊接质量的关键。

(3) 连接片之间导热性不好，焊接操作位置狭小与线圈距离近,电机运行时受力条件比较恶劣，在条件允许的情况下优先使用感应钎焊。

参考文献

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Welding Technology for Damping Windings of Solid Magnetic Pole Synchronous Motor

YangHuaihai，PanboandWangdongliang

(1.Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002,China；2.Petrachina fushun Petrochemical compang Detergent chemical Plant, Fushun 113001,China)

AbstractThe damping windings of solid magnetic pole synchronous motor has the disadvantages of large welding area, difficult welding technology, easily-encountered welding defect, easily-produced electric spark on damping ring at starting and easily-occurred breakage during long-time operation. Aiming to the structure of damping windings, flame brazing and induction brazing technologies were used to control the heating positions and reasonable heating sequence. On the premise of not damaging the magnetic pole coils, they have ensured reliability of brazing joints and improved quality of motor.

Key wordsSolid magnetic pole；damping windings；damping ring；flame brazing；induction brazing

收稿日期：2015-11-01

作者简介：杨怀海男1980年生；毕业于佳木斯大学电机专业，现从事电机研发和制造工艺工作.

中图分类号：TM305.1

文献标识码：B

文章编号：1008-7281(2016)02-0038-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.11