姜文軍，譚國良，林 松

(山東齊魯電機(jī)制造有限公司，山東濟(jì)南 250100)

0 引言

空內(nèi)冷60 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒的焊接采用銀基釬料中頻釬焊，相對于傳統(tǒng)電阻焊中頻焊，具有加熱均勻，溫控精度高、工作效率高的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子線棒下線后同組線棒之間采用搭頭對接結(jié)構(gòu)，釬焊部位處于轉(zhuǎn)子本體之外的平面上，預(yù)放銀焊片，焊接過程中可能產(chǎn)生的不平整焊縫表面對匝間絕緣產(chǎn)生損傷[1]。由于轉(zhuǎn)子線圈焊接處在強(qiáng)振動載荷下容易開裂，所以在焊接時(shí)需要用外力對釬焊處進(jìn)行壓緊，保證釬焊縫隙，以確保接頭處的高強(qiáng)度。我公司原有焊接裝置為十幾年前設(shè)計(jì)的專用裝置，采用的是電阻焊焊接，大電流低電壓，為此配備了一套變壓器和電氣控制系統(tǒng)，非常笨重，設(shè)計(jì)有球形接頭冷卻器，進(jìn)行水冷，易發(fā)生故障。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的原因，變壓器、冷卻器、增壓缸等都在焊接接頭的上方，通過懸掛裝置以及垂直滑道、托架、夾緊塊、后支撐來對準(zhǔn)焊點(diǎn)，每焊一個(gè)接頭調(diào)整起來相當(dāng)麻煩。對焊點(diǎn)施壓采用的是油氣增壓，油缸有漏油現(xiàn)象，污染了工件，影響轉(zhuǎn)子的使用性能。在這種情況下，我們設(shè)計(jì)了這種新型的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒釬焊壓緊裝置。

1 設(shè)計(jì)方案確定

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒釬焊壓緊裝置要求整體簡潔緊湊，質(zhì)量輕，集釬焊與壓緊功能于一體，采用壓縮空氣作為動力源，操作方便。首先，裝置中要有固定部分來保證工作時(shí)裝置不會出現(xiàn)松動和位移，夾緊固定時(shí)角度可調(diào)整。其次，釬焊壓緊裝置需要有壓緊部分和焊接部分，這兩部分的功能直接影響到線圈的焊接質(zhì)量。另外，需要工作部位能夠在軸向、水平及垂直方向進(jìn)行移動以及微調(diào)，來滿足不同組不同層發(fā)電機(jī)線棒的焊接。該釬焊壓緊裝置主要技術(shù)指標(biāo)：外形尺寸為1 290 mm×500 mm×465 mm；氣壓力為0.5～0.8 MPa；氣缸行程為200 mm；中頻焊機(jī)加熱頻率在10 000 Hz左右；釬焊溫度為720±30 ℃；釬焊保持時(shí)間為≤30 s；升溫時(shí)間為≤60 s；釬焊壓力為≥200 kg。該60 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒釬焊壓緊裝置，根據(jù)功能的不同分五個(gè)部分，見圖1。

圖1 60 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒釬焊壓緊裝置1.夾緊固定機(jī)構(gòu)；2.支架和鋁型材滑動梁；3.水平、垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)；4.氣缸；5.中頻感應(yīng)器

工作時(shí)，在最底層一組的線棒下放置專用墊塊，剪好的銀焊料放置于線棒與連接片之間，調(diào)整釬焊壓緊裝置中軸向直線導(dǎo)軌與水平直線導(dǎo)軌的位置，使中頻感應(yīng)器的感應(yīng)圈位于線圈焊接處的正上方。通過操作氣動裝置中的手動換向閥，使感應(yīng)器沿垂直方向的直線導(dǎo)軌移動，來壓緊線棒焊接處。啟動腳踏開關(guān)，通勵(lì)磁電流，感應(yīng)器對線圈進(jìn)行焊接。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 夾緊固定機(jī)構(gòu)

夾緊固定機(jī)構(gòu)(圖2)的作用是把整個(gè)釬焊壓緊裝置固定在轉(zhuǎn)子軸上，要求安裝靈活方便且有足夠的夾緊力。轉(zhuǎn)子軸上開出的槽沿圓周徑向分布，通過可移動調(diào)整的鉸支塊來適應(yīng)槽間距，通過可旋轉(zhuǎn)的U型支承和軸來適合槽徑向的角度。

2.2 支架和鋁型材滑動梁

支架和鋁型材滑動梁除了承受較大的力矩，支撐整個(gè)裝置外，還要求能前后移動，能夠快速順利地從第一組線圈移動到最后一組線圈，從而保證整體轉(zhuǎn)子線圈的焊接。支架和鋁型材滑動梁主要由鋁型材(圖3)和硬鋁材質(zhì)的支架組成，具有質(zhì)量輕的特點(diǎn)。在鋁型材兩邊安裝有四組直線導(dǎo)軌，鋁型材跟支架之間通過直線滑動副連接。支架后方安裝可移動定位把手，把手處裝有限位裝置。選用的鋁型材具有較好的機(jī)械性能，完全能夠承受來自氣缸的壓力[2]。

圖3 鋁型材

2.3 水平、垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)

水平、垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)(圖4)的作用是調(diào)整中頻感應(yīng)器壓頭的位置，使其處于線圈焊點(diǎn)的正上方。主要由支撐板、橫向滑板、中頻感應(yīng)器固定板、直線導(dǎo)軌和滑塊等組成。其中支撐板通過螺栓與鋁型材連接，前方安裝兩組水平方向直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌裝有限位裝置及定位夾具。橫向滑板通過直線滑動副與支撐板連接，橫向滑板通過手動調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)水平方向移動。它與支撐板一樣采用硬鋁2A12材料，其前方安裝兩組垂直方向直線導(dǎo)軌，通過直線滑動副與中頻感應(yīng)器固定板連接。橫向滑板的直線導(dǎo)軌一側(cè)安裝有氣缸，氣缸通過連接塊與中頻感應(yīng)器固定板連接。此結(jié)構(gòu)可通過控制氣缸杠桿的伸縮來實(shí)現(xiàn)中頻感應(yīng)器在垂直方向上的移動。為保護(hù)垂直方向的直線導(dǎo)軌，靠近中頻感應(yīng)器的部位安裝有聚四氟乙烯板來隔熱。

圖4 水平、垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)1.橫向滑板；2.垂直方向直線導(dǎo)軌；3.水平方向直線導(dǎo)軌；4.支撐板；5.中頻感應(yīng)器固定板；6.導(dǎo)軌定位夾具；7.連接塊；8.氣缸；9.電纜架

2.4 中頻感應(yīng)器

中頻感應(yīng)器中感應(yīng)圈的形狀與被焊轉(zhuǎn)子線圈的截面和外形尺寸有關(guān)，我們根據(jù)轉(zhuǎn)子線圈的形狀確定采用環(huán)形感應(yīng)圈[3]。在設(shè)計(jì)感應(yīng)圈時(shí)，不僅考慮感應(yīng)圈的大小、結(jié)構(gòu)形狀，同時(shí)還在感應(yīng)圈上增加了鐵磁增強(qiáng)器。該增強(qiáng)器選用0.2 mm含硅4%的硅鋼片制成，大大降低了磁阻，從而提高了磁路耦合。實(shí)踐證明我們設(shè)計(jì)的感應(yīng)圈工件加熱均勻、加熱效果非常好，有足夠的強(qiáng)度和準(zhǔn)確度。感應(yīng)圈采用水冷的方式進(jìn)行冷卻。

2.5 氣動控制部分

氣動控制部分(圖5)包括壓縮空氣源、氣缸、二位四通手動換向閥、單向節(jié)流閥、軟管、各種管接頭等氣動元器件。各種氣動元器件安裝于橫向滑板正反面上，使用壓縮空氣作為動力源，氣壓為0.5～0.8 MPa。采用行程為200 mm的軸向腳架式氣缸，通過二位四通手動換向閥來控制開啟的動作[4]。釬焊壓力是對接頭釬焊質(zhì)量有著重要影響的工藝參數(shù)，通過選用合適的氣源壓力，配合尺寸合理的中頻感應(yīng)器，釬焊壓力可達(dá)到或超過200 kg，確保焊接的轉(zhuǎn)子線圈質(zhì)量滿足工藝要求。

圖5 氣動控制部分示意圖

3 結(jié)語

新式的60 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒釬焊壓緊裝置已經(jīng)生產(chǎn)制造完成并交付使用。從工藝試驗(yàn)結(jié)果和產(chǎn)品生產(chǎn)的情況來看，該裝置結(jié)構(gòu)合理，操作靈活、方便，能夠準(zhǔn)確快速地移動到焊接點(diǎn)位置。裝置整體剛度高，質(zhì)量輕，工作效率高。中頻感應(yīng)器結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)合適，參數(shù)合理。氣動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、氣路暢通，反應(yīng)迅速，保證了釬焊時(shí)有足夠的壓力。該裝置具有廣泛的適用性，從第一組線棒到最后一組線棒，從上部線棒到最下部線棒都能滿足生產(chǎn)要求。釬焊壓緊裝置達(dá)到了我們焊接質(zhì)量好，焊接速度快，操作方便可靠的要求，保證了空內(nèi)冷60 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的裝配質(zhì)量，并降低了生產(chǎn)成本，提高了整機(jī)生產(chǎn)能力。