机车牵引电机线圈焊接修复

王占群

摘 要：本文针对机车牵引电机线圈焊接修复进行探讨。企业机车牵引电动机转子出现电阻值超高、接地、匝间短路等故障，可通过更换线圈，采用手工钨极氩弧焊进行线圈头与换向器铜头的焊接修复，只有焊接工艺编制合理才能保证焊接质量。

关键词：电机转子  紫铜  线圈  手工钨极氩弧焊

一、基本概况

某大型机车车辆有限公司的机车，由于长时间运行或在机车大修过程中牵引电动机经过几次厂修后，其电动机转子出现不同程度的老化，检测发现有电阻值超高、接地、匝间短路等故障。由于电动机是串励电动机，电阻值大，压降就大，再次使用容易造成绝缘击穿、炸线，电动机不能正常运转，影响列车的运行，造成机破事故。出现类似情况，就只能对转子进行更换，该车型的电动机线圈转子材质为紫铜，修复工艺复杂，当地维修企业尚无相应的技术手段进行修复，而转子主要由铁芯（硅钢片）和线圈（紫铜）、换向器头组成，电阻值超过或击穿、匝间短路等故障大多数是由于线圈造成，而铁芯、换向器铜头部分还可继续使用，全新电动机转子价格大约7万元，更换线圈只需1.7万元左右，采用更换线圈，线圈头与换向器铜头的连接用手工钨极氩弧焊进行焊接修复，就可以每台车降低5.3万元修车成本。

二、紫铜的焊接性分析

紫铜质量分数不低于99.5%的工业纯铜，具有很高的导电性、导热性、耐蚀性和良好的塑性，并具有很好的加工硬化性能。易于冷、热压力加工，因其特有的物理和化学性能，使铜在热加工和焊接时产生较大困难，在焊接时会出现以下问题。

1.易产生未焊透和未熔合缺陷

由于紫铜的导热性较强，其热导率比碳钢大7～11倍，焊接时有大量的热量被传导损失，由于焊件母材获得焊接热输入的不足，填充金属和焊件母材之间，不能很好地熔合，容易出现未焊透和未熔合缺陷。另外，铜容易被氧化，焊接过程如果保护不好，铜的氧化物覆盖在熔池表面，会阻碍填充金属与母材熔液熔合。

2.焊縫及熔合区易产生气孔

紫铜焊接时，比低碳钢要更加容易产生气孔，所形成的气孔会分布在焊缝的各个部位。由于铜在液态能溶解大量的氢，而在凝固时氢的溶解度急剧减小，大量的氢要向外逸出;加上铜的导热性强，熔池凝固特别快，氢气来不及逸出，就在焊缝中形成气孔。

3.焊缝及熔合区易产生热裂纹

（1）铜及铜合金的线膨胀系数比低碳钢大50%，由液态转变成固态时的收缩率也较大，对于刚度大的焊件，焊接时会产生较大的内应力。

（2）熔池结晶时，过饱和氢向金属的显微缺陷中扩散，或者它们与偏析物反应生成的水蒸气，在金属中造成很大的压力。

（3）熔池结晶时，在晶界易形成低熔点的氧化亚铜与铜的共晶物（Cu +Cu2O），以及焊件中的铋（Bi）、铅（Pb）等低熔点杂质在晶界形成偏析，导致焊缝裂纹的产生。

为防止热裂纹的产生，应采用热源集中的焊接方法，严格控制母材和焊接材料中的铋（Bi）、铅（Pb）等杂质的含量，并采用焊后缓慢冷却的方法控制裂纹的产生。

4.焊接接头性能低

紫铜在焊接时，由于焊缝晶粒受热严重而长大，合金元素的蒸发和氧化，焊接过程的杂质及合金元素的渗入等，都能使焊接接头的性能产生很大的变化，主要有以下几点。

一是导电性下降。紫铜焊后，由于焊缝受杂质的污染、合金元素的渗入、焊缝不致密等因素的影响，其导电性能低于基本金属，杂质和合金元素越多，导电性就越差。二是力学性能下降。由于焊缝与热影响区的晶粒长大，各种脆性的易熔共晶在晶界上出现，使焊接接头的力学性能有所下降，尤其是塑性和韧性降低更为显著。三是耐腐蚀性能下降。由于焊接过程合金元素的蒸发和氧化焊接接头存在的各种焊接缺陷、晶界上存在的脆性共晶体等，都会不同程度地降低焊接接头的耐腐蚀性。

三、焊接工艺的确定及实施

1.焊接工艺的确定

经过对紫铜的焊接性分析，焊接方法采用热源集中的手工钨极氩弧焊，确定对线圈不添加任何金属，采用大电流熔化线圈本身，从而形成焊缝。

原因：由于每批次线圈材质有所差异，不同的材质会直接影响到电阻值的高低。使用填充焊条或金属时，导致与原线圈的材质有差异，影响电阻值;如果使用H1AgCu34-16HL304银铜焊条成本高，电阻值超高，达不到要求。如用线圈自身材质，浪费线圈，且操作较难，成本也较高。

2.焊接准备

（1）焊接前首先把升高片车削平整，然后将工件吊装到焊房工位进行固定，使工件焊接部位利于焊接操作。将待焊工件表面的油脂、水、氧化物及其他杂物清除干净，用铜钢丝轮打磨，直至工件露出金属光泽，再用丙酮清洗被焊面。

（2）采用浸水后石棉布包扎在升高片下方，防止焊接温度过高（图1）。

经反复多次实测结果为：焊接完毕待冷却20min后，自然冷却到60～70℃再进行第二圈焊接，这样有效地防止烧损线圈包扎的绝缘层形成的碳化，以免再次造成匝间短路（图2）。

3.焊接实施过程

焊接方法采用（TIG）手工钨极氩弧焊，焊接工艺参数见下表。

（1）焊接方向采用从外到里，焊枪与工件之间的夹角750°～850°。

（2）焊接顺序：焊一道，隔三道。隔三道的原因：每把线圈是四组，不间隔三道就会是一把线圈焊了二道（图3），从而使线圈温度过高，烧损绝缘层。第一圈焊接完成后，自然冷却;然后依次焊完。

（3）每一升高片上的焊点应为条状焊缝（图4）。

（4）焊后清理焊接处，用钢锯条清理升高片上的焊渣及片间绝缘，除去铜瘤、灰尘，要使片间露出云母本色，防止匝间短路。

（5）焊接表面不应有气孔或夹钨等缺陷，如有缺陷，应及时铲出返修。

（6）清理干净焊缝后去除石棉，交下工序检测。

4.焊后检测

根据现场实际情况，决定采用对地工频耐压试验。焊接后的耐压试验。匝间：480V;对地工频耐压试验：4150V，1min无闪络击穿现象;测电阻1～57片，0.01242±10%Ω。

四、小结

采用钨极氩弧焊不添加金属材料的焊接技术方法后，对电动机线圈进行有效的焊接修复，保证了410千瓦机车牵引电机线圈良好的导电性和导热性，经过检测焊接质量满足实际生产要求，并且能正常使用，效果良好，说明上述焊接工艺可行。并且大大降低了成本，为企业节约了资金，经济效益显著。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊工手册.手工焊接与切割[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[2]刘云龙.焊工（高级）[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]邱葭菲.焊工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

（作者单位：柳州市技工学校）