电阻钎焊在永磁直驱风力发电机定子并头中的应用

王庆伟

(东方电气集团东方电机有限公司，四川618000)

电阻钎焊在永磁直驱风力发电机定子并头中的应用

王庆伟

(东方电气集团东方电机有限公司，四川618000)

风力发电机定子并头过去主要采用火焰钎焊，生产效率低且质量不可靠。为满足永磁直驱电机批量化生产的需求，通过工艺试验开发了一种电阻钎焊工艺。试验表明，电阻钎焊接头结合率优良，在实际生产中投入使用，生产效率和产品质量均得到大幅提高，降低了生产成本。

电阻钎焊；宏观金相检测；结合率；定子

永磁直驱风力发电机的定子要经过装压、下线、VPI真空浸漆及绝缘耐压试验等一系列复杂的制造工艺，其中下线后定子线圈的钎焊并头是整个制造过程的关键工序，其焊接质量的优劣关系到电机的稳定运行和使用寿命。

目前主要采用火焰钎焊进行定子并头，该方式存在以下问题：

(1)焊接效率低。全手工操作，每个接头钎焊时间约80 s，劳动强度大。

(2)焊接质量不稳定，对焊工的操作技能要求较高。

(3)为防止氧-乙炔焰损伤线圈绝缘部分，焊前需使用湿的石棉布进行保护，影响绝缘且增加后期烘焙时间。

公司生产的大型永磁直驱风力发电机定子体积大，并头数量多，操作空间受限，采用传统的火焰钎焊已经无法满足生产需求。电阻钎焊机体积小，移动灵活。与火焰钎焊相比，电阻钎焊具有焊接效率高、钎焊温度便于控制、接头质量高等优点。因此，为满足批量化生产的需求，探索电阻钎焊在风力发电机产品的定子并头中的应用具有重要意义。

1 电阻钎焊设备工作原理及结构特点

1.1 工作原理

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将母材与钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。按所用钎料的性质，钎焊分为软钎焊和硬钎焊，软钎焊使用的钎料的熔点在450℃以下，硬钎焊使用的钎料的熔点在450℃以上。按加热方法钎焊又分为火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊等。

电阻钎焊是将焊件放在通电的加热板上，利用电阻热进行钎焊，钎焊电流不通过焊件，而是通过另外一块石墨板，焊件置于该板上，全部靠该板的电阻热传导到焊件来实现钎焊。电阻钎焊最适用于采用箔状钎料，钎焊面加热到钎焊温度后，再把丝状钎料末端送到钎缝间隙旁，以填满缝隙。

1.2 结构特点

与国内某公司合作定制的电阻钎焊装置如图1所示，型号QS-50TW，功率为55kVA。该电阻钎焊设备由焊接电源、循环水冷装置、带水冷电缆的专用气动焊枪、移动小车、吊臂、平衡器等组成。焊接程序控制采用PC控制，控制器置于焊接电源中。由于采用移动式焊接电源和便携式焊枪，焊接可达性好。该设备的用途及结构特点如下：

1—焊接电源 2—循环水冷系统 3—移动小车 4—可拆立柱 5—压缩空气气管及控制电缆 6—水冷电缆 7—吊臂 8—滑轮组 9—平衡器 10—气动焊钳图1 电阻钎焊机结构Figure 1 Structure of resistance brazing machine

(1)焊接电源及焊枪采用强制水冷，故设备体积小，重量轻，节约电能。焊钳通过平衡器吊于吊臂端，焊接操作方便。

(2)焊机设有初调档，能在电网变化的情况下适应不同截面铜线的焊接。焊机具有故障报警及延时停机保护功能，特别适用于重要产品的焊接。

(3)焊机可实现脉冲焊接。由于采用PC控制，通电时间、休止时间、焊接电流等规范均可预置和精确控制，因此接头焊接质量可靠。

(4)焊机加热时间短、热量集中，使钎焊接头的热影响区小，不但不会损坏绝缘，还提高了钎料的浸润性，使接头光滑、美观，提高了产品的质量。

2 电阻钎焊工艺试验

2.1 试验材料和设备

试验母材为与线圈引线相同的纯铜扁线，规格为4 mm×16 mm，共6组；焊料为0.2铜基焊片BCu80AgP和∅3 mm铜基焊丝BCu80AgP。

钎焊设备使用QS-50TW微电脑控制脉冲钎焊机。

2.2 钎焊接头型式

钎焊接头型式如图2所示，焊前用锉刀、细砂纸和酒精等清除待焊区域的油污和氧化物，使之露出金属光泽。引线搭接长度为30 mm，接头处放置3～4片0.2铜基焊片BCu80AgP，焊片两侧宽于铜线2 mm。

图2 钎焊接头示意图Figure 2 Schematic sketch of brazing joint

2.3 施焊过程及工艺参数

将钎焊机焊钳放在准备焊接的工作位置上，使钳口碳精块对准并头片的焊接部位，点动开关开始焊接。当焊接部位呈现橘红色时，银焊片开始熔化，用焊丝填补焊接部位的周边焊缝，使其光滑饱满，焊接结束后断开电源。继续让钳口保持夹紧状态，待焊缝冷却至500℃后松开钳口。

电阻钎焊的工艺参数主要是焊接电流、焊接周期、休止周期，为验证钎焊接头的结合质量，拟采用的工艺参数如表1所示，每种工艺参数焊接两个试件。

2.4 外观检查和宏观金相检测

将试样为标记1#～6#，对试样进行外观检查后解剖，将试样断面抛光后在显微镜下观察钎焊缝结合情况及内部质量，见表2。

从表2可知，随着焊接电流的增大，结合率越来越高。采用65 A电流时，结合率最低，金相检查发现结合面存在气孔和未熔合，说明焊接电流偏小；当焊接电流增大到80 A时，结合率最高，但母材表面存在轻微的压变形，说明焊接电流偏大。

表1 电阻钎焊工艺参数Table 1 Process parameters of resistance brazing

表2 宏观金相检测和外观检查结果Table 2 Macro metallographic detection and visual inspection results

综上所述，采用焊接电流为72 A，焊接周期为30 s，休止周期为10 s的工艺参数时，钎焊缝结合率优良，母材表面无压痕，焊缝表面无裂纹、气孔，焊缝成型良好，焊缝内部无气孔、未熔合。

3 电阻钎焊工艺应用实践

根据钎焊工艺试验，选择经评定合格的工艺参数，将电阻钎焊工艺推广应用在批量产品永磁直驱风力发电机的定子并头上，在实际生产中，该工艺具有高效、优质、节能、可靠的特点。

定子线圈引线电阻钎焊工艺流程如下：

定子下线→引线弯型→接头整形→焊前准备→开启循环水冷装置电源→预置焊接规范→接通电源→焊钳焊接位置→按下“气动”按钮→断续加热维持钎焊温度→关闭电源→焊缝冷却后松开钳口→焊后处理→质量检查。

3.1 引线弯型及接头整形

定子下线后利用弯型工具对引线进行弯型及接头整形，要求接头排列整齐，且搭接间隙及错位控制在1 mm左右，同时保证间隙均匀，引线弯型图如图3所示，弯型及整形后的接头如图4所示。

图3 引线弯型Figure 3 Leads bending shape

图4 弯型及整形后的接头Figure 4 Joints after bending and forming

(a)引出线电阻钎焊(b)已完成的钎焊接头(c)焊后处理图5 钎焊过程Figure 5 Brazing process

合格后，在引出线之间加垫3～4片0.2 mm银焊片。

3.2 焊前准备

在定子线圈及铁心表面用白布和绝缘纸做好防护，避免将钎焊操作过程的铜屑及焊渣等掉入定子槽内或线圈之间。使用锉刀将定子线圈引出线正反面的绝缘胶清理干净，用0#砂纸去除表面氧化物，直至呈现金属光泽。

3.3 钎焊过程

(1)开启循环水冷装置电源，水压应大于0.3 MPa。预置焊接电流为72 A，焊接周期为30 s，休止周期为10 s。

(2)手扶焊钳使其置于定子线圈引出线需搭焊部位的中心处，按下焊钳上的“气动”按钮，焊钳受压夹紧两端定子线圈引出线，使搭焊处引出线接触良好，将“电源”开关置于接通位置进行焊接操作。焊接区应有目的反复接通和关闭电源，以便使热量充分传递到接头区。如果碳精块烧损接触面小于20 mm2或发生开裂必须更换。

(3)当引出线呈橘红色时，仔细检查搭接处引出线间隙处焊料是否饱满，若有缺陷应及时添加焊料，用∅3 mm的焊丝沿引出线间隙涂抹，直至缺陷处饱满后停止加热。

(4)停止加热后，焊枪应继续保持气压，压在被焊引出线上，待引出线温度降到500℃(呈黑灰色)左右再移开。

(5)使用锉刀将钎焊接头表面的氧化物清理干净，注意防止异物落入线圈内部。

(6)钎焊接头外观应光滑饱满，无未熔合，无裂纹，端面无过烧疏松物。对于缺陷超标的接头应重新加热至钎焊温度，用焊丝进行填补至焊缝饱满并清理。钎焊过程见图5。

3.4 电阻钎焊的优点

(1)通过大量的电阻钎焊并头的应用实践得出，每个引线接头使用电阻钎焊完成的时间约为45 s，而使用传统的火焰钎焊完成时间约为80 s，焊接效率增加近一倍，每台定子引线并头节约时间6 h。

(2)火焰钎焊质量受操作工人技能的影响较大，钎焊温度不易控制，大量钎焊接头由于温度过高而严重氧化，焊后处理周期长；采用电阻钎焊进行定子引线并头焊接，接头外观质量好且内部结合率高，焊后处理周期短，接头质量稳定且使用寿命高。

(3)使用电阻钎焊能源消耗低且安全环保，减小了操作工人的劳动强度，降低了生产成本。

4 结论

随着工业制造向高端化、智能化的方向发展，传统的手工作业已逐渐被淘汰。通过与专业焊接设备研发机构合作定制电阻钎焊专机，在产品上正式应用前进行工艺验证，确定的工艺方案切实可行，最后逐步推广使用电阻钎焊工艺进行定子并头。

通过电阻钎焊的工艺试验及应用实践可知：

(1)使用QS-50TW微电脑控制脉冲钎焊机，采用焊接电流为72 A，焊接周期为30 s，休止周期为10 s等工艺参数进行工艺试验，钎焊缝结合率优良，焊缝表面无裂纹、气孔，焊缝成型良好，焊缝内部无气孔、未熔合现象。

(2)使用电阻钎焊进行永磁直驱风力发电机的定子并头，操作方便，焊接效率提高近一倍，焊后处理周期短，接头质量稳定可控，能源消耗低且安全环保，减轻操作工人的劳动强度，降低了生产成本。

编辑 陈秀娟

Application of Resistance Brazing to Stator Joint of Permanent Magnetic Direct Drive Wind Generator

WangQingwei

Flame brazing was mainly carried out to wind generator stator joint at past, the method resulted in lower production efficiency and unreliable quality. To accomplish lot production of permanent magnetic direct drive generator, a kind of resistance brazing process has been developed by process tests, and the tests showed that binding rate of joint by resistance brazing was sound, furthermore both of production efficiency and products quality have been improved evidently to decrease production costs after put into practice.

resistance brazing; macro metallographic detection; binding rate; stator

2017—03—21

王庆伟(1983—)，男，硕士研究生，工程师，主要从事压力容器、风电产品的焊接工艺和质量控制相关工作。

TG454

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