南京聚航科技有限公司

超导电机转子超声波焊接应力消除工艺应用

新研制的超导电机中,其转子结构特殊,为内、外双层叠套的密闭容腔式转子。其外转子是外径Φ572mm、长1700mm、厚7mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢圆筒。其内转子在轴向由2个1Cr18Ni9Ti不锈钢端轴、轴向冷缩补偿装置、2个力矩管、液氖容器等多端不同材料的零部件组合、螺栓拼装而成;而在液氖容器上又装有超导磁极。其中,气隙管与液氖容器焊后在内转子内部形成一个密闭的液氖蒸发、回收环节。内转子套装外转子形成整体转子后,需将内、外转子两端法兰接口焊接,以在内、外转子之间形成另一个密闭空间。内、外转子两端的焊接采用钨极氩弧焊,Φ2mm焊丝H1Cr18Ni9Ti,用500A钨极氩弧焊机施焊。整个转子焊接在竖立状态下进行。

装配成型后,整个转子总长为2436mm,转子两端轴承档的同轴度高达Φ0.02mm。内转子和外转子焊接后,再对其外转子的外圆进行精车,以保证电机总装后,转子外径与定子内径的气隙均匀;同时对内转子两端的轴承位进行精车,以保证焊接后的整个转子的同轴度。

整个转子在焊后、车前,需对其焊缝进行焊接应力消除,以减免因焊接应力残存而造成的整个转子焊后精车变形,严重影响转子的同轴度,以致电机总装后无法正常运转。

常规的焊接应力消除方法有3种,自然时效、振动时效、热时效。经分析,因该电机的试制工期极短,所以无法采用长时间的自然时效进行焊接应力消除;转子已装配,且结构特殊、轴向由多段组装而成,内部各段采用螺栓、螺母连接。同时转子内部的超导磁极也不能承受如此大的振动。即整个转子装配、焊接后若采用振动时效去应力,将使整个转子失效,所以不可行;常规的热时效加热工件退火以消除应力的办法,因加热的高温将对内转子上已装配的超导磁极产生破坏,也不可行。因此,以上3种常规焊接应力消除方法,对该特殊结构的转子均不能使用。而若转子的焊接应力无法消除,将直接影响到下工序转子精车后因焊接应力释放而变形。最终厂家选择采用超声冲击消除焊接应力。

焊接应力消除方法

采用JH-Q50超声波冲击消除应力设备,设备由控制器、冲击抢、连接电缆三部分组成。具体操作是采用超声冲击消除应力设备的冲击头直接对转子两端的焊缝焊趾进行高频冲击。

通过对比超导电机转子在超声冲击处理前、后焊接残余应力数值,了解超声冲击处理对焊缝表面应力消除的效果,并为下工序转子的精车工艺提供依据。

采用盲孔法对超声去应力前后的效果进行检测,仪器采用JHYC静态应变仪,JHZK打孔装置。测点布置为:超导电机转子两端端部的环形角焊缝熔合线附近。

 

超声波冲击处理前、后残余应力值

通过焊接残余应力检测数据对比可知,经超声冲击处理后各点的残余应力均有明显下降。由于该超导电机的内、外转子之间的焊缝有密封要求,故不允许在焊缝上钻孔,所以只得将应变片紧贴熔合线布置。尽管孔钻在与熔合线相连的热影响区处,仍然可以看出,焊缝和熔合线处消除应力的结果是令人满意的。

目前该超导电机已进行了总装和测试,在常温、低温、超低温等状态下电机的电气、机械性能均完全合格。由此也最终确认;采用超声冲击法对该特殊结构的超导转子焊接后去应力,是完全满足电机电气机械性能。


南京聚航科技有限公司

2021-04-21

提交成功