超導電機轉(zhuǎn)子超聲波焊接應力消除工藝應用

2021年04月21日 13:43:36人氣：264來源：南京聚航科技有限公司

　　新研制的超導電機中，其轉(zhuǎn)子結構特殊，為內(nèi)、外雙層疊套的密閉容腔式轉(zhuǎn)子。其外轉(zhuǎn)子是外徑Φ572mm、長1700mm、厚7mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼圓筒。其內(nèi)轉(zhuǎn)子在軸向由2個1Cr18Ni9Ti不銹鋼端軸、軸向冷縮補償裝置、2個力矩管、液氖容器等多端不同材料的零部件組合、螺栓拼裝而成；而在液氖容器上又裝有超導磁極。其中，氣隙管與液氖容器焊后在內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成一個密閉的液氖蒸發(fā)、回收環(huán)節(jié)。內(nèi)轉(zhuǎn)子套裝外轉(zhuǎn)子形成整體轉(zhuǎn)子后，需將內(nèi)、外轉(zhuǎn)子兩端法蘭接口焊接，以在內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間形成另一個密閉空間。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子兩端的焊接采用鎢極氬弧焊，Φ2mm焊絲H1Cr18Ni9Ti，用500A鎢極氬弧焊機施焊。整個轉(zhuǎn)子焊接在豎立狀態(tài)下進行。

　　裝配成型后，整個轉(zhuǎn)子總長為2436mm，轉(zhuǎn)子兩端軸承檔的同軸度高達Φ0.02mm。內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子焊接后，再對其外轉(zhuǎn)子的外圓進行精車，以保證電機總裝后，轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑的氣隙均勻；同時對內(nèi)轉(zhuǎn)子兩端的軸承位進行精車，以保證焊接后的整個轉(zhuǎn)子的同軸度。

　　整個轉(zhuǎn)子在焊后、車前，需對其焊縫進行焊接應力消除，以減免因焊接應力殘存而造成的整個轉(zhuǎn)子焊后精車變形，嚴重影響轉(zhuǎn)子的同軸度，以致電機總裝后無法正常運轉(zhuǎn)。

　　常規(guī)的焊接應力消除方法有3種，自然時效、振動時效、熱時效。經(jīng)分析，因該電機的試制工期極短，所以無法采用長時間的自然時效進行焊接應力消除；轉(zhuǎn)子已裝配，且結構特殊、軸向由多段組裝而成，內(nèi)部各段采用螺栓、螺母連接。同時轉(zhuǎn)子內(nèi)部的超導磁極也不能承受如此大的振動。即整個轉(zhuǎn)子裝配、焊接后若采用振動時效去應力，將使整個轉(zhuǎn)子失效，所以不可行；常規(guī)的熱時效加熱工件退火以消除應力的辦法，因加熱的高溫將對內(nèi)轉(zhuǎn)子上已裝配的超導磁極產(chǎn)生破壞，也不可行。因此，以上3種常規(guī)焊接應力消除方法，對該特殊結構的轉(zhuǎn)子均不能使用。而若轉(zhuǎn)子的焊接應力無法消除，將直接影響到下工序轉(zhuǎn)子精車后因焊接應力釋放而變形。最終廠家選擇采用超聲沖擊消除焊接應力。

　　焊接應力消除方法

　　采用JH-Q50超聲波沖擊消除應力設備，設備由控制器、沖擊搶、連接電纜三部分組成。具體操作是采用超聲沖擊消除應力設備的沖擊頭直接對轉(zhuǎn)子兩端的焊縫焊趾進行高頻沖擊。

　　通過對比超導電機轉(zhuǎn)子在超聲沖擊處理前、后焊接殘余應力數(shù)值，了解超聲沖擊處理對焊縫表面應力消除的效果，并為下工序轉(zhuǎn)子的精車工藝提供依據(jù)。

　　采用盲孔法對超聲去應力前后的效果進行檢測，儀器采用JHYC靜態(tài)應變儀，JHZK打孔裝置。測點布置為：超導電機轉(zhuǎn)子兩端端部的環(huán)形角焊縫熔合線附近。

超聲波沖擊處理前、后殘余應力值

　　通過焊接殘余應力檢測數(shù)據(jù)對比可知，經(jīng)超聲沖擊處理后各點的殘余應力均有明顯下降。由于該超導電機的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間的焊縫有密封要求，故不允許在焊縫上鉆孔，所以只得將應變片緊貼熔合線布置。盡管孔鉆在與熔合線相連的熱影響區(qū)處，仍然可以看出，焊縫和熔合線處消除應力的結果是令人滿意的。

　　目前該超導電機已進行了總裝和測試，在常溫、低溫、超低溫等狀態(tài)下電機的電氣、機械性能均*合格。由此也最終確認；采用超聲沖擊法對該特殊結構的超導轉(zhuǎn)子焊接后去應力，是*電機電氣機械性能。

關鍵詞：控制器

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