分瓣式端盖焊接工艺优化

嵇明辉

(上海电气集团上海电机厂有限公司，上海 200240)

0 引言

感应电动机采用分瓣式端盖结构(见图1)，以保证线圈及提升整体电机的冷却效果。由于制造难度大，目前国内只有一家企业经过几年的研究与试验，获取了一定成果，解决了整体电机的密封性问题。密封防水功效，提升了转子运转效率。

图1 分瓣式端盖

实际制造过程中，密封性能差，磁钢磁场分布不均匀，尺寸精度要求高，材料耐腐蚀性能差问题，需专业技术人员采取一定工艺优化措施。

制造工艺一般采用焊接或铸件结构。端盖采用铸造结构，影响因素多，内筒#20钢与0Cr18Ni9材料浇铸时，温度特别难以控制，易产生未完全融合，并且质量不稳定[1]。端盖采用焊接结构，具有焊缝成型好(匹配焊材)，适用范围广，工序简单，材料利用率高，成本较低，设备费用较低等特点。

1 工艺优化方案

1．1 不锈钢材与碳钢异种钢材焊接

该端盖结构主要由0Cr18Ni9和20#钢装配焊接而成。0Cr18Ni9钢属于奥氏体不锈钢，20#钢属于优质低碳钢。20#钢焊接性能良好，但与不锈钢焊接过程中容易产生焊接应力腐蚀开裂和热裂纹。焊接材料选择遵循的一般原则是：

(1) 采用过渡段，其热膨胀系数介于两种母材之间的，且具有满意的力学性能；

(2) 在碳钢一面堆上过渡层；

(3) 采用镍基焊接材料[2]。

鉴于上述原则，我们焊接材料选用ER309和ER437，焊接方法选用手工电弧焊和氩弧焊，ER437焊接时磁偏吹现象比较明显，而ER309不存在磁偏吹现象。采用手工电弧焊时，产生焊接飞溅并且焊缝成形较差，容易在靠近不锈钢板一侧形成焊瘤。氩弧焊通过氩气进行保护的熔化焊接，焊接过程中，没有焊缝飞溅且焊缝质量稳定。经过施焊对比，确定选择ER309-L焊接材料的氩弧焊焊接方法，按CCS(中国船级社)标准进行焊接工艺评定。焊接母材采用尺寸为300 mm×150 mm×10 mm的0Cr18Ni9和20#钢对接坡口焊接(见图2)[3]。

图2 工艺评定试板

1．2 焊接变形大，尺寸变形如何控制

由于0Cr18Ni9钢属于奥氏体不锈钢，与普通碳钢比较，热膨胀系数大而导热系数小。现利用搭压板固定幅板外圆，保证其平面度(见图3)。利用工艺撑筋定位焊在幅板与哈夫筋板处，保证垂直度(见图4)。利用工艺撑筋防止内圆尺寸变化(见图5)。

图3 工艺撑筋保证平面度

图4 工艺撑筋保证垂直度

图5 工艺撑筋保证内圆尺寸

1．3 制造过程如何保证其内部腔体的密封性

此结构特殊，对于密封性要求极高。因单件问题，造成整体端盖密封性不合格，直接造成产品端盖报废，损失极大。单件与单件配合处焊缝，需要加强焊缝的熔透，从而保证焊缝对配合面的密封性[4]。

(1) 原材料#20钢和0Cr18Ni9(304)全部超声波无损探伤，超声波探伤按NB/T 47013．3 B1级要求验收，保证材料的无缺陷(见图6)。

(2) 所有连接焊缝着色无损探伤，着色探伤按NB/T 47013．5Ⅰ级要求验收，保证焊缝的无缺陷(见图7)。

(3) 在单件与单件配合处需要改良。

坡口焊缝改进，原来单边V型坡口填充焊缝少，极易造成漏水，现改进为双边V型坡口，加大填充焊缝，焊缝更加熔透配合面根部，从而保证焊缝对配合面的密封性(见图8)。

图8 坡口改进

法兰处管路，法兰处管路通水使用，原来管路为单焊缝结构，现场管路装配连接时易产生漏水现场，现改进为双面焊缝，双重密封保障，降低漏水的概率，提升零部件的可靠性(见图9)。

图9 单面焊缝改进

1．4 工况恶劣，需提升材料的耐腐蚀性能

(1) 装外路冷却腔体的外罩板前，喷涂耐高温(耐600 ℃)油漆，防止内筒#20钢材料的高温氧化和工况时的水腐蚀。

(2) 热处理工艺为了防止不锈钢晶间腐蚀，控制在敏化温度下420 ℃，保温12 h，进行消除内应力。

(3) 磁密封端盖热处理完成后，进行喷砂处理，利用高速砂流的冲击使工件表层的拉应力转变成压应力，进一步提高工件的抗疲劳性能，防止SCC应力腐蚀(见图10)。

图10 喷砂后端盖

1．5 测试独立腔体的气密性

(1) 利用solidworks软件，分析内筒腔体和外部冷却腔体的回路(见图11)。

图11 内部腔体回路

(2) 打气压进入外部冷却腔体，外部腔体出水口堵住，再放置于水槽。

2 结论

分瓣式端盖是感应电动机的核心部件，起到整机密封防水作用和提升转子运转效率的作用。我厂通过工艺优化，解决了异种钢难以焊接，焊接变形大，腔体密封等问题，最终使分瓣式端盖满足其高性能要求。密封性能好，尺寸精度高，磁钢磁场分布均匀，耐腐蚀性能好[5]。

工艺技术文件已汇总成册，可指导今后制造生产。