电阻钎焊次数对牵引电机定子并头钎焊质量的影响

谢贵生，赵东超，时兴华，邵绒仙

（中车永济电机有限公司，山西永济044502）

电阻钎焊次数对牵引电机定子并头钎焊质量的影响

谢贵生，赵东超，时兴华，邵绒仙

（中车永济电机有限公司，山西永济044502）

针对某型机车牵引电机定子吊挂部位钎焊并头热影响区烧损情况，进行软铜扁线搭接接头电阻钎焊拉力试验、金相晶粒度级数测定和热影响区导电性能降低机理分析，结果表明随着返焊次数的增加，靠近搭接钎缝根部的母材热影响区力学性能依次下降，晶粒尺寸依次增大。返焊两次时靠近搭接钎缝根部处晶粒度级数达到可接受的极限晶粒度5级，距钎缝8mm处母材晶粒度级数无明显变化，钎焊接头热影响区局部导电性能降低。

电机制造；定子电阻钎焊；返焊次数；失效

0 前言

机车、高铁、动车牵引电机定子联线电阻钎焊质量的好坏，直接关系到车辆行驶安全。针对近期某型机车牵引电机靠近吊挂部位的个别定子联线钎焊接头热影响区断裂烧损问题，从母材、钎料、钎剂、联线成型工艺、电阻钎焊工艺等多方面进行分析。限于篇幅，在此仅从电阻钎焊工艺角度出发，分析电阻钎焊返焊次数对搭接接头母材热影响区力学性能、晶粒度和局部导电性能的影响。

1 钎焊材料与设备

母材采用TBR 8.5×5×200软铜扁线，经测试，其抗拉强度小于等于245 MPa，正弯90°表面无裂纹，电阻率小于等于0.017 241 Ω·mm2/m，符合GB/ T5584.2-2009：电工用铜、铝及其合金扁线第2部分：铜扁线。钎料采用CP102 φ2.0 mm，符合EN1044-1999：硬钎焊填充金属，助焊剂用庄信液态JMNO.25，钎焊设备采用QS-80TW电机线圈专用钎焊机。

2 试验方案

按照原电阻钎焊工艺守则规定，允许返焊一次，在本试验中，设计三种试验方案，按钎焊三次（即返焊两次）进行试验，一：按照原钎焊工艺守则钎焊一次，试样编号为1-1、1-2、1-3；二：钎焊两次，按原钎焊工艺守则完成第一次钎焊并完全冷却至室温后，再按原钎焊工艺守则完成第二次钎焊，试样编号为2-1、2-2、2-3；三：钎焊三次，即按原钎焊工艺守则分别完成完第一、二次钎焊并完全冷却至室温后，再按原钎焊工艺守则完成第三次钎焊，试样编号为3-1、3-2、3-3。

上述三种试验方案搭接长度L=10±1 mm，对编号1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2试样，比较不同钎焊方案下钎焊接头抗拉强度、断裂位置；对编号1-3、2-3、3-3试样，比较其搭接钎缝根部和距钎缝根部8 mm处母材热影响区的晶粒度级数。

3 试验结果

3.1 拉力试验

采用CMT微机控制电子拉力试验机进行拉力试验，结果见表1。

表1 拉力试验

3.2 断后接头宏观照片

拉伸试验宏观照片见图1a和图1b（编号1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2）。

图1 拉伸试验后宏观照片

3.3 热影响区母材晶粒度级数测定

采用DMI 300M金相显微镜检测1-3、2-3、3-3试样的晶粒度，根据YB27-77《钢的晶粒度测定法》测定晶粒度，测定环境温度27℃，相对湿度65.2％，腐蚀剂为三氯化铁盐酸水溶液，其溶液组成为:三氯化铁（5 g）+盐酸（25 ml）+蒸馏水（100 ml）。钎焊热影响区晶粒度级数见表2。

表2 热影响区晶粒度级数

金相晶粒度照片如图2所示。

由表1可知，按方案一、二、三所测抗拉强度平均值依次降低2.4％和10.1％，说明钎焊搭接接头母材热影响区的抗拉强度随着钎焊次数的增加而降低，返焊一次对搭接接头母材热影响区的强度影响不大，不足以因强度降低造成电机联线断裂烧损。由图1和表1可知，钎缝圆滑过渡、无气孔和裂纹等可见缺陷；所测拉力试样均断裂在靠近搭接接头母材热影响区，说明钎焊搭接钎缝质量合格[1]。

由表2和图2可知，（1）靠近钎缝区根部的母材晶粒度级数比远离焊缝区8 mm处母材热影响区晶粒度级数低，说明热影响区因受钎焊热循环影响，晶粒长大较远离热影响区的母材晶粒长大程度高[2]；（2）随着钎焊次数的增加（达3次时），靠近搭接钎缝根部的母材晶粒度级数依次为9级、7级和5级，呈递减趋势，而远离钎缝根部8 mm处母材热影响区的晶粒度级数保持10级不变。参照同材质的导条晶粒尺寸小于等于100 μm可以接受的原则，即晶粒度级数大于等于5级可以接受，说明经过一次、二次电阻钎焊加热，对母材晶粒尺寸及晶粒度级数影响不大，即返焊一次对接头热影响区质量影响不大，返焊二次（即钎焊3次）时，晶粒度级数降低到5级，达到允许接受的最低要求。出于安全考虑，为了有效保证钎焊质量，不允许返焊二次（即钎焊3次），有效验证了原牵引电机定子并头联线电阻钎焊工艺守则允许返焊一次符合实际生产和质量控制要求。

钎料CP102最低钎焊温度为700℃（钎料熔化温度为640℃～815℃）[3]，决定了钎焊温度大于等于700℃，而铜母材经过三次高温钎焊加热，晶粒由基本完整致密变得粗化，晶粒度减小，晶界相增大，从而增大了自由载流子迁移散射率，导致热影响区局部电阻率升高，电子迁移率减小，导电性降低[4]。另一方面，冷作硬化的纯铜扁线在230℃～850℃温度下会发生软化，与钎焊温度重叠，导致钎焊热影响区母材的抗拉强度降低（CP102钎料抗拉强度为499.8 MPa）。因此，牵引电机定子并头联线经过多次钎焊，可能导致软铜扁线局部导电性降低，使得铜扁线钎焊热影响区局部发热严重软化，在车辆运行过程中，局部振动大，导致靠近振动大部位的联线搭接接头的钎焊热影响区铜母材热疲劳断裂烧损。

5 结论

（1）随着在大于等于700℃高温下返焊次数的增加，靠近搭接钎缝根部母材热影响区力学性能依次下降，晶粒尺寸依次增大，返焊两次时靠近搭接钎缝根部处晶粒度级数达到可接受的极限晶粒度5级，而距钎缝8 mm处母材晶粒度级数保持10级不变。

（2）经过三次高温钎焊，容易导致热影响区局部导电率降低，电阻升高，在机车运行过程中，铜扁线钎焊接头热影响区局部发热软化，强度降低，在振动载荷的共同作用下易发生热疲劳断裂烧损。

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第1卷）焊接方法及设备（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]美国金属学会.金属手册（第6卷）焊接硬钎焊软钎焊（第一版）[M].包芳涵，等译.北京：机械工业出版社，1994.

[3]张启运，庄鸿寿.钎焊手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]肖琪，王瑞，徐磊，等.薄膜厚度对玻璃纤维表面SnO2薄膜透光导电性能的影响[J].云南大学学报（自然科学版），2012，34（6）：679-683.

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阻焊，根据影响压力电阻焊的质量原因可知，影响端塞焊接质量的主要因素为：焊接参数匹配、焊接设备稳定性以及焊接母材表面状况等。要获得优质的电阻焊焊接接头，除了严格执行焊接管理程序，还必须在这几个方面加强控制。

3.1 焊接参数的选择

压力电阻焊是压力与电流两个重要因素共同作用的结果，因此，压力与电流的适当匹配是形成合格焊缝的必要条件。焊接材料确定的情况下，只有在一定的压力和温度条件下，才能完成焊接。

焊接压力主要根据端塞的压入位移量来设定，由于采用恒压焊接，所以比较容易确定压力。而在压力确定后，影响压力电阻焊最重要的是确定焊接电流。实践证明，对于辐照监督管的堵孔焊，应采用恒压、大电流（先升后降）、短焊接时间（20～50 ms）的焊接工艺参数。

3.2 端塞焊接表面准备严格要求

焊接前工件表面准备是保证焊接质量的基本条件。工件表面有氧化物或其他杂质等不均匀覆层时，因接触电阻的不一致，各个焊点产生的热量大小会不一致，从而引起焊接质量的波动。所以堵孔焊焊接前，应彻底清理待焊表面，必须严格检查焊接表面，严格控制端塞焊接表面质量，保证焊接过程中接触电阻均匀一致。

3.3 提高焊接设备的稳定性

对于辐照监督管的堵孔焊为电阻焊，焊接的质量好坏受焊接设备的稳定性影响较大，焊工的操作技能水平和质量意识是保证焊接质量的基础。因此除在上岗前对焊工的操作技能进行培训和提高外，还应加强培养其良好的习惯，焊工的工作技能、职业习惯、质量意识问题，以及定期对设备进行保养都会对焊接质量造成影响。在日常焊接管理过程中，要增强焊工质保意识，同时按照要求对设备进行定期保养。

4 结论

焊接质量控制是辐照样品监督管质量控制的关键和重点，辐照样品监督管的焊接过程实质上是一个合格产品的质量形成过程，因此应特别重视焊接质量控制。焊接质量控制的影响因素较多，焊接质量控制的任务艰巨，作为监造人员，应不断地学习和研究出现的各种问题，控制焊接质量。从最细微处着手，严格按照质保大纲要求，严格执行焊接WPS，在实践中优化焊接参数，严格控制过程，为保障设备制造质量奠定基础。

参考文献：

[1]陈方泉，梁国伟，林祖伟，等.核电用燃料棒上端塞压力电阻焊的焊接[J].焊接技术，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

献

谢贵生，赵东超，时兴华，等.电阻钎焊次数对牵引电机定子并头钎焊质量的影响[J].电焊机，2017，47（1）：109-112.

2015-01-11；

2016-11-28

谢贵生（1991—），男，山西汾西人，国际焊接工程师（IWE），硕士，主要从事高铁、动车、电力机车、地铁、油田、电铲车、风电、煤机、船舶等电机焊接研究工作。