【摘 要】
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轨道车辆用大功率异步牵引电机在实际运行过程中受复杂运行环境和机车周期振动等因素的影响,常常出现电机三相绕组引线断裂的问题,其中定子绕组引出线与中性环连接处是经常发生断裂的位置之一。牵引电机定子引线与中性环一般采用电阻钎焊技术完成连接,其装配方式是两根引线沿宽边上下分布再叠放在中性环上,发生断裂的通常只有第一根引线,断裂原因受不合理的装配结构和焊接工艺参数共同影响。研究引线的断裂方式及失效原因,优化
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轨道车辆用大功率异步牵引电机在实际运行过程中受复杂运行环境和机车周期振动等因素的影响,常常出现电机三相绕组引线断裂的问题,其中定子绕组引出线与中性环连接处是经常发生断裂的位置之一。牵引电机定子引线与中性环一般采用电阻钎焊技术完成连接,其装配方式是两根引线沿宽边上下分布再叠放在中性环上,发生断裂的通常只有第一根引线,断裂原因受不合理的装配结构和焊接工艺参数共同影响。研究引线的断裂方式及失效原因,优化接头的装配结构和工艺参数,对提高引线的力学性能提高牵引电机的使用寿命有重要意义。本文首先分析了失效接头的断裂形式,并结合原始无氧铜引线梯度退火试验分析了焊接温度对无氧铜引线组织与力学性能的影响;通过数值模拟研究了引线与中性环不同装配结构时焊接温度场和热循环的特点,得出最优的布线形式及相应的工艺参数,最后用优化后的布线方式及焊接工艺参数进行了实际焊接,通过对实际焊件接头组织与性能的测试验证了优化结果。研究结果表明:引线的断裂都发生在T型接头叠放布线时上引线热影响区处,断口具有疲劳断口的特征为疲劳断裂,断裂失效既与运行过程中的振动有关,也与焊接热循环有关。无氧铜引线的退火温度超过650℃时,组织晶粒明显长大,硬度和强度大幅下降。当采用叠放布线的现行工艺对接头进行焊接时,接头温度场分布不均匀,呈上高下低,前高后低的分布状态,两根引线的焊接区和热影响区的温度均超过650℃,上引线温度始终高于下引线温度,造成上引线软化问题严重。为解决这种温度场不均匀的问题,在保证引线载流能力的前提下,尝试两种新的布线方式分别为平行布线和上下布线。平行布线温度场呈左右对称形态,两根引线的温度场相同,高温部分偏向于引线一侧;上下布线温度场呈现对称分布,高温部分出现在上下两根引线前端与石墨电极接触的区域。综合考虑保证钎缝可靠连接和降低焊接热循环对母材性能的影响,得出的最佳布线方式及工艺参数为:平行布线、焊接电流2.22 k A、焊接时间4.8 s。采用新工艺新结构的焊接接头,钎料能够完全熔化,钎料和母材之间实现了良好的冶金结合,满足性能要求。两根引线的组织与旧工艺相比晶粒明显细化,抑制钎缝末端和热影响区位置晶粒长大的趋势,引线的软化程度降低,引线的硬度和抗拉强度均有明显提高。
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