發電廠一次風機電機轉子鼠籠條焊縫裂紋解決秘笈

1 背景

某電廠#3機組在2017年11月份C修結束準備啟動時，發現一次風機無法正常運行，導致#3機組工期需要延期對該問題進行處理。3-2一次風機電機在運行中存在異音，尤其是在1400轉的時候，

異音特別大，電流波動也較大，在8～10A左右，經解體檢查發現鼠籠條與端環連接焊縫存在裂紋（如圖1）需要進行補焊。該電動機生產廠家為上海電氣，類型為非同步電動機，電動機型號：STMBKKD450-4S，鼠籠條與端環材質均為紫銅，我公司無處理同類設備缺陷經驗，所以外委東營渤海電機製造有限公司對該缺陷進行處理，斷裂原因分析為焊縫存在焊接缺陷導致有效承載面積減小及應力集中導致。

圖1

2 純銅的化學成分及力學性能

紫銅屬於工業純銅，它的熔點為1083℃，紫銅線膨脹係數16.5（×10-6/℃），導熱率365[W/（m·℃）]，相對密度為8.9（g/cm³），比同體積的普通鋼重約15%，無同素異構轉變，所以不能通過熱處理來改變其性能，焊接時的預熱也僅是為了降低其散熱速度而採取的措施。

紫銅的導電性較好，僅次於銀，塑性好，但強度、硬度較差一些。紫銅具有優良的導熱性、延展性和耐蝕性。

表1 純銅的化學成分及力學性能

3 紫銅的焊接性

難熔合 紫銅的導熱性比鋼好的多，銅的導熱係數是鋼的7倍，隨著溫度的升高差距還要大。大量的熱被傳導出去，母材難以局部融化，必須採用功率大、熱量集中的熱源，工件較大時必須要預熱，熱影響區很寬。

氧化 在常溫時不易被氧化，

但是隨著溫度的升高，當超過300℃時氧化能力很快增大，當溫度接近熔點時，其氧化能力最強。紫銅氧化形成氧化亞銅焊縫金屬結晶時，氧化亞銅和銅形成低熔點共晶，分佈在銅的晶界上，大大降低了焊接接頭的機械性能，所以，銅的焊接接頭的性能一般低於母材。

氣孔 銅產生氣孔的傾向遠比鋼嚴重。其中一個原因是銅導熱性好，焊接熔池凝固速度快，液態熔池中氣體上浮的時間短來不及逸出，

易造成氣孔。但根本原因是氣體溶解度隨溫度下降及化學反應產生的氣體所致。銅的氣孔分兩種類型，即氫造成的擴散氣孔和水蒸汽造成的反應氣孔。

防止產生氣孔及氧化的主要措施：焊件表面在焊前應去油污、水分等，焊劑要烘乾使用，焊絲表面不得有水分。對焊縫加強去氧，加入矽、鋁、鈦、錳等去氧元素。

4 本次缺陷具體修復工藝

焊材選用：焊絲303銀銅焊絲，

Φ3mm ，優點：流動性好，工藝性能優良；具有不高的熔點，良好的濕潤性和填滿間隙的能力；接頭強度高，塑性好，導電性能和耐蝕性優良。焊劑為QJ101銀釺焊熔劑，特點:熔點約500℃，能有效清除各種金屬氧化物，促進釺料漫流。

開坡口：由於鼠籠條較厚，為保證焊接時有足夠的接觸面積需要對焊接位置開坡口，現場使用工具鋼磨頭在鼠籠條與端環連接處打磨出深約3mm的U型坡口，並將坡口兩側15mm處清理乾淨，露出金屬光澤。將鼠籠條與端環連接處用5mm鑽頭雙向各打5mm深孔兩個，增大焊接接觸面積，該步驟很重要（本次風機電機轉子前兩次返廠補焊均未開坡口，致使焊縫存在嚴重未焊透，焊縫強度不夠，最終開裂）。（如圖2）

圖2

預熱：進入電加熱爐加熱到200℃（由於廠家設備限制只能加熱到200℃，若條件允許應加熱到400～700℃更有利於焊接的順利進行），恒溫7小時左右，保證加熱均勻。完成加熱後不要將轉子移出爐外，在爐內使用重熔炬將需要進行焊接的部位局部加熱到700℃左右，重熔炬的火焰要調到中性焰。（如圖3）

今後我們自己進行補焊修復工作時，不具備維修廠家這樣使用整體加熱爐，經查閱相關資料和標準，履帶式陶瓷加熱片（適用於各種金屬，包括鋼、銅、鋁、鎂、鈦等金屬及合金的加熱）可以滿足要求對電機轉子進行整體加熱，外層用保溫棉進行整體包裹，控制熱電偶均勻分佈，確保轉子整體均衡的升溫。加熱片的功率選擇和升降溫速度的控制經查閱無相關標準，需要借鑒廠家的經驗和參數在以後的實踐中進行驗證和調整。

焊接：使用氧-乙炔焰進行焊接，焊接時火焰調到微氧化焰，起焊時用焊槍火焰加熱被焊處至亮紅色，待加熱部位表面呈現“出汗”狀態，即表面上處於似熔非熔化狀態時，立即用蘸有銅釺劑的焊絲在其表面摩擦，掌握好焊接溫度，如溫度過高，易造成焊接熔池沸騰。完成焊接後最好對焊縫表面進行錘擊，消除其應力。注意：補焊過程的難點就在於紫銅散熱快，要保證焊接品質除按要求開坡口外，整個焊接過程重熔炬局部加熱不能停止且在爐內進行（如圖4）。焊接完成後在電加熱爐內隨爐自然冷卻8～10小時，溫度降至室溫。

圖3

圖4

5.檢測：冷卻至室溫後，對表面進行打磨，做表面滲透檢測確認無裂紋後，轉子的補焊修復完成。（如圖5）

圖5

五、結束語：

同類問題外出維修工期長、費用高，易導致檢修工作的被動，通過本次到維修廠家現場觀摩、學習及總結，今後可自行處理一次風機電機轉子鼠籠條與端環焊縫開裂的問題。我們對現場條件進行對比，焊工、焊材、焊接設備、打孔打磨設備、測溫設備我們均可具備，整體加熱設備也可通過熱處理設備來解決，後期需要在實踐中總結完善我們的補焊修復工藝，進一步提高設備的健康水準。

並將坡口兩側15mm處清理乾淨，露出金屬光澤。將鼠籠條與端環連接處用5mm鑽頭雙向各打5mm深孔兩個，增大焊接接觸面積，該步驟很重要（本次風機電機轉子前兩次返廠補焊均未開坡口，致使焊縫存在嚴重未焊透，焊縫強度不夠，最終開裂）。（如圖2）

圖2

預熱：進入電加熱爐加熱到200℃（由於廠家設備限制只能加熱到200℃，若條件允許應加熱到400～700℃更有利於焊接的順利進行），恒溫7小時左右，保證加熱均勻。完成加熱後不要將轉子移出爐外，在爐內使用重熔炬將需要進行焊接的部位局部加熱到700℃左右，重熔炬的火焰要調到中性焰。（如圖3）

今後我們自己進行補焊修復工作時，不具備維修廠家這樣使用整體加熱爐，經查閱相關資料和標準，履帶式陶瓷加熱片（適用於各種金屬，包括鋼、銅、鋁、鎂、鈦等金屬及合金的加熱）可以滿足要求對電機轉子進行整體加熱，外層用保溫棉進行整體包裹，控制熱電偶均勻分佈，確保轉子整體均衡的升溫。加熱片的功率選擇和升降溫速度的控制經查閱無相關標準，需要借鑒廠家的經驗和參數在以後的實踐中進行驗證和調整。

焊接：使用氧-乙炔焰進行焊接，焊接時火焰調到微氧化焰，起焊時用焊槍火焰加熱被焊處至亮紅色，待加熱部位表面呈現“出汗”狀態，即表面上處於似熔非熔化狀態時，立即用蘸有銅釺劑的焊絲在其表面摩擦，掌握好焊接溫度，如溫度過高，易造成焊接熔池沸騰。完成焊接後最好對焊縫表面進行錘擊，消除其應力。注意：補焊過程的難點就在於紫銅散熱快，要保證焊接品質除按要求開坡口外，整個焊接過程重熔炬局部加熱不能停止且在爐內進行（如圖4）。焊接完成後在電加熱爐內隨爐自然冷卻8～10小時，溫度降至室溫。

圖3

圖4

5.檢測：冷卻至室溫後，對表面進行打磨，做表面滲透檢測確認無裂紋後，轉子的補焊修復完成。（如圖5）

圖5

五、結束語：

同類問題外出維修工期長、費用高，易導致檢修工作的被動，通過本次到維修廠家現場觀摩、學習及總結，今後可自行處理一次風機電機轉子鼠籠條與端環焊縫開裂的問題。我們對現場條件進行對比，焊工、焊材、焊接設備、打孔打磨設備、測溫設備我們均可具備，整體加熱設備也可通過熱處理設備來解決，後期需要在實踐中總結完善我們的補焊修復工藝，進一步提高設備的健康水準。