脹管結(jié)構(gòu)隔爆電動(dòng)機(jī)機(jī)座焊接制造工藝

劉立強(qiáng)，連 軍

(1 佳木斯職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江佳木斯154002;2 佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

脹管結(jié)構(gòu)隔爆電動(dòng)機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度好，主要用于中心高560 以上隔爆電動(dòng)機(jī)機(jī)座，除了具備隔爆功能外，對(duì)裝配尺寸的要求也較為嚴(yán)格，機(jī)座的主要制造難點(diǎn)就是壁板及機(jī)座環(huán)的同軸度控制，再就是通風(fēng)管的防銹問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)座同軸度超差現(xiàn)象，電機(jī)長期使用后出現(xiàn)通風(fēng)管銹蝕現(xiàn)象。經(jīng)過工藝完善及生產(chǎn)實(shí)踐，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，兼顧了生產(chǎn)成本，本文介紹機(jī)座的完整制造工藝。

1 主要零部件加工

脹管結(jié)構(gòu)高壓隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖1 所示，兩塊平行的壁板與徑向分布的筋板焊接在一起，外面焊上圓筒形的外罩板，形成機(jī)座的主要支撐，通風(fēng)管徑向分布在外罩板與筋板之間，作用是帶走電機(jī)內(nèi)部的熱量，要求與外界接觸的焊縫及通風(fēng)管脹接面具備隔爆功能。零部件的加工質(zhì)量直接影響裝配焊接質(zhì)量。

圖1 機(jī)座結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 壁板

壁板是機(jī)座中最重要的部件，在焊接裝配及后序的機(jī)座機(jī)加工都是以這兩塊板為基準(zhǔn)進(jìn)行的。壁板的工藝流程是:下料-平直-焊壁板環(huán)-水壓-焊水壓孔-劃線-配鉆。

壁板一般用40mm 厚板切割而成，為保證兩個(gè)壁板內(nèi)外輪廓尺寸的精度及一致性，需用數(shù)控火焰切割機(jī)整體割出，盡量不要拚接，因?yàn)榉謳讐K下料拚接后難以保證幾何尺寸，接縫處的焊接缺陷會(huì)影響通風(fēng)管脹接質(zhì)量，同時(shí)接縫也會(huì)影響機(jī)座表觀質(zhì)量。壁板的平直需用油壓機(jī)平直處理。壁板環(huán)與壁板同心裝焊在一起，壁板環(huán)的作用是當(dāng)機(jī)座鉆端蓋螺紋安裝孔時(shí)，避免鉆漏壁板，破壞隔爆結(jié)構(gòu)。壁板環(huán)與壁板焊接后進(jìn)行1.5MPa 水壓試驗(yàn)，驗(yàn)證焊縫的質(zhì)量。水壓試驗(yàn)后焊堵壁板環(huán)上的工裝孔。

機(jī)座中所有通風(fēng)管穿過兩個(gè)擋風(fēng)板和兩個(gè)壁板，因此這四塊板必需配鉆，才能保證裝配后所用通風(fēng)管全部順利穿入。配鉆如圖2 所示裝夾，兩塊壁板環(huán)向外，中間夾兩個(gè)擋風(fēng)板，裝夾時(shí)兩壁板外輪廓對(duì)齊，內(nèi)孔與擋風(fēng)板同心，壁板鉆孔尺寸比通風(fēng)管外徑大0.5mm，擋風(fēng)板配鉆后再進(jìn)行擴(kuò)鉆，比通風(fēng)管外徑大1mm，保證通風(fēng)管能順利穿入。

圖2 壁板配鉆圖

1.2 外罩板

外罩板為筒形結(jié)構(gòu)，由一個(gè)圓筒切為兩半，然后再裝配。其工藝過程:先按外罩板中徑計(jì)算展開長，用直線火焰切割機(jī)或數(shù)控火焰切割機(jī)下料，然后在滾床上卷成圓筒，對(duì)口后焊接，再用滾床整形，機(jī)座裝配前沿對(duì)口割為兩半。

1.3 筋板

筋板徑向分布于機(jī)座環(huán)與外罩板之間，外部支撐外罩板，內(nèi)部定位并支撐機(jī)座環(huán)、擋風(fēng)板，階梯段與機(jī)座環(huán)、擋風(fēng)板接觸，直線側(cè)與罩板接觸，其下料尺寸關(guān)系到裝配焊接質(zhì)量，如果筋板各階梯寬度及長度不準(zhǔn)確或不一致，裝配時(shí)就要花很多時(shí)間來修正，裝配后各部件的間隙會(huì)超差，因此筋板的下料要用數(shù)控切割機(jī)下料，各階梯的寬度按名義尺寸減1 ～2mm 切割。

1.4 機(jī)座環(huán)

兩個(gè)機(jī)座環(huán)位于機(jī)座內(nèi)側(cè):一方面用來加強(qiáng)機(jī)座;另一方面將來固定裝入電機(jī)定子鐵心。其工藝流程是:按中徑計(jì)算展開長度，用直線氣割下條料，開坡口后用滾床滾圓，焊坡口后校圓，再用滾床校圓，最后機(jī)加外圓及一側(cè)端面作為裝配時(shí)的軸向及徑向定位基準(zhǔn)。

1.5 通風(fēng)管

通風(fēng)管下料長度比機(jī)座兩壁板端面距離大6 ～7mm，做為脹管后平頭余量，鋼管下料時(shí)用鋸床或砂輪切割片，下完料后兩頭毛刺用砂輪磨掉并倒角。

2 機(jī)座的裝配及焊接

機(jī)座的裝配分兩大部分:一個(gè)是內(nèi)對(duì)部分裝配焊接，內(nèi)對(duì)指的是裝配外罩板之前的部分;另一個(gè)是外罩板、底腳板、接線盒座等部分裝配。

2.1 內(nèi)對(duì)的重要性

內(nèi)對(duì)是機(jī)座裝配的關(guān)鍵部分，內(nèi)對(duì)的主要作用是控制兩個(gè)壁板的同軸度，以及壁板與機(jī)座環(huán)、擋風(fēng)板、擋風(fēng)環(huán)的同軸度。如果同軸度出現(xiàn)偏差，機(jī)加工后將會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果:一種是導(dǎo)致壁板厚度不一致，不符合隔爆要求;一種是導(dǎo)致各環(huán)徑向薄厚不均，壁板定位臺(tái)加工后碰到通風(fēng)管，底腳板加工后厚薄不一致，從而使機(jī)座報(bào)廢。內(nèi)對(duì)接裝配可以有立式和臥式兩種方式，但都必需使用工裝才能完成，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，立式裝配的精度較高，其工裝結(jié)構(gòu)及裝配原理見圖3 所示。

圖3 內(nèi)對(duì)裝配示意圖

2.2 裝配工裝

裝配工裝主要由胎座、立柱、胎爪、直角尺構(gòu)成，胎座相于一個(gè)圓形的平臺(tái)，上面均布三個(gè)T 形槽，三個(gè)立柱在可T 形槽內(nèi)滑動(dòng)固定，以適應(yīng)不同規(guī)格機(jī)座的裝配，胎爪可在立柱上下滑動(dòng)并固定，可用于機(jī)座內(nèi)各個(gè)環(huán)的軸向定位，直角尺用于同軸度的測量。

2.3 內(nèi)對(duì)裝配流程

調(diào)整三個(gè)立柱在胎座T 形槽的位置固定，使之與胎座同心并與機(jī)座內(nèi)徑相近。先把一塊壁板平放在胎座上，三個(gè)立柱與壁板內(nèi)孔距離相等，分別調(diào)整胎爪位置，定好軸向位置，每三個(gè)為一個(gè)定位面。從下到上把二個(gè)擋風(fēng)板、二個(gè)機(jī)座環(huán)、擋風(fēng)板、平放在胎爪上。這樣就有四組胎爪對(duì)四個(gè)圓環(huán)進(jìn)行軸向定位，至少準(zhǔn)備3 根通風(fēng)管穿過導(dǎo)風(fēng)板與壁板，作用是對(duì)配鉆的通風(fēng)管孔定位。

軸向定位結(jié)束后，進(jìn)行同軸度調(diào)整，主要是以胎座上的壁板內(nèi)孔軸為基準(zhǔn)，調(diào)整4 個(gè)環(huán)的軸中心與壁板同軸。這一過程需借助一個(gè)大的直角尺來完成，運(yùn)用幾何知識(shí)分析可知:一條垂直于壁板平面且沿壁板內(nèi)孔圓周移動(dòng)的直線，如果上面某一圓環(huán)的內(nèi)邊緣或外邊緣各點(diǎn)到這條直線的距離相等，那么這個(gè)圓環(huán)就與壁板同軸。利用直角尺調(diào)整同軸度就是這個(gè)數(shù)學(xué)原理(見圖3)直角尺垂直置于各環(huán)里側(cè)，短直角邊貼在胎座平面上，指向壁板圓心，長直角邊根部靠在壁板里孔邊緣，測量圓環(huán)到直角尺長邊的距離，按此方法在圓周方向至少均布測試4 點(diǎn)，如不相等，可稍微移動(dòng)圓環(huán)的平面位置，再測試一遍，直至相等，這時(shí)將環(huán)與胎爪定位點(diǎn)固焊，防止竄動(dòng)。按此方法調(diào)整并定位其余的圓環(huán)。

這時(shí)可以裝配徑向分布的筋板，各筋板臺(tái)階與機(jī)座環(huán)、擋風(fēng)板、隔風(fēng)板、擋風(fēng)環(huán)外圓裝配間隙控制在1.5mm 以內(nèi)，如間隙大需對(duì)筋板有關(guān)臺(tái)階尺寸進(jìn)行修正，以控制筋裝配間隙。間隙調(diào)整完畢后定位點(diǎn)焊筋板與各環(huán)與壁板，防止裝配上側(cè)壁板時(shí)碰倒筋板。內(nèi)對(duì)裝配的最后一道工序是裝配上側(cè)壁板，壁板水平吊運(yùn)穿過定位用的通風(fēng)管，落在筋板端面，測量兩壁板之間的距離，由于裝配間隙及下料誤差，壁板之間的距離可能超出理論長度，考慮到后序焊接收縮，超出理論長度2 ～3mm為合適，超出部分對(duì)筋板端面進(jìn)行修正。按上述調(diào)整同軸度的方法調(diào)整上下壁板同軸，再用直角尺校正兩塊壁板的外輪廓對(duì)齊后，定位焊焊接內(nèi)對(duì)各部件，松開所有定位爪緊固螺栓并與各環(huán)分離，松開定位柱定位螺栓滑至T 形槽根部，將內(nèi)對(duì)吊離裝配工裝，整個(gè)內(nèi)對(duì)裝配工序完成。

2.4 內(nèi)對(duì)的焊接

在焊接筋板與壁板間的角焊縫時(shí)，產(chǎn)生縱向與橫向變形，同時(shí)壁板上布滿通風(fēng)管孔，強(qiáng)度大幅下降，容易使壁板平減面變形，影響同軸度。因此焊接時(shí)盡量減少焊接填充量、增加工藝支撐筋、合理的內(nèi)對(duì)焊接順序來控制焊接變形。

2.4.1 筋板開坡口焊接

筋板與壁板形成T 型接頭，焊縫為角焊縫，角焊縫鋼板的角變形量較大，相同的有效焊接厚度，開坡口的焊縫比角焊縫填充量要小，因此同等強(qiáng)度小，筋板開坡口焊接有利于減少變形。

2.4.2 增加工藝支撐筋

在焊接時(shí)增加工藝支撐筋，將構(gòu)件加以剛性固定可以限制變形。這種辦法對(duì)于抑制角變形效果較好，內(nèi)對(duì)裝配完畢后:一方面將加強(qiáng)筋點(diǎn)固于相對(duì)兩筋板(在一個(gè)平面的兩塊筋板)的對(duì)角線處;另一方面將加強(qiáng)筋點(diǎn)固于相鄰兩筋板對(duì)角線處，加強(qiáng)筋可以用鋼管或角鋼制成，這樣的支撐結(jié)構(gòu)可以想象為長方形的對(duì)角線。在這種支撐結(jié)構(gòu)作用下將抑制筋板因焊接而產(chǎn)生的角度變化，從而抑制壁板相對(duì)位移，減少偏心產(chǎn)生。焊接完內(nèi)對(duì)之后再將這些支撐筋取下。

2.4.3 焊接順序

先焊接壁板與筋板，為減少整體的焊接變形，采用對(duì)稱焊接的辦法，就是成對(duì)地焊接相對(duì)的兩塊筋板，不要按一個(gè)方向逐個(gè)焊接筋板與壁板間的焊道，這樣產(chǎn)生的應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生疊加效果，引起偏心。對(duì)稱焊完一端壁板后，再焊另一端，使筋板與壁板成為一個(gè)整體，再焊接筋板與機(jī)座環(huán)間的焊道。

2.5 外罩板及底腳板的裝配

整形后的外罩板割為兩半，內(nèi)對(duì)臥式放置，外罩板內(nèi)弧面貼著筋板裝配，由于外罩板割開后有少量反彈，內(nèi)弧面與筋板之間有較大間隙，需借助杠桿或拉緊裝置使外罩板筋板貼合。外罩板裝配完畢后，焊接外罩板與內(nèi)對(duì)之間的焊縫，在焊接罩板與壁板的環(huán)焊縫時(shí)，由于焊接量大，會(huì)引起壁板四個(gè)角的收縮變形，如果不加以約束，壁板在四個(gè)角的距離會(huì)小5 ～10mm，因此焊接前將兩塊壁板的四個(gè)對(duì)角用型鋼進(jìn)行支撐。

底腳板的裝配需在平臺(tái)上進(jìn)行，底腳板按尺寸平放在平臺(tái)上，將外罩板焊接完的機(jī)座落到兩塊底腳板上面，測量兩個(gè)壁板中心到平臺(tái)的距離(中心高)，一般壁板與底腳板接觸部位留有5mm 的修正余量，按中心高測量尺寸修正壁板尺寸符合圖紙要求。將支板、接線盒座等部裝配后進(jìn)行焊接，機(jī)座的焊接工作完成后，進(jìn)行內(nèi)外表面清理，并噴防銹底漆，但壁板穿管處不噴漆。

3 穿通風(fēng)管及脹接

通風(fēng)管穿管前需進(jìn)行除銹處理，通風(fēng)管外表面不能先涂漆，如果先涂漆則增加穿管難度，且與壁板、擋風(fēng)板摩擦?xí)r刮掉油漆，影響脹管質(zhì)量。同時(shí)還要對(duì)通風(fēng)管補(bǔ)漆，因此通風(fēng)管需在穿管后涂漆。為便于涂漆，先穿最外層管，涂完漆后再依次往里穿下一排。

通風(fēng)管的脹接是靠管子和管板變形來進(jìn)行密封和緊固，常采用機(jī)械脹接方法，脹管器選用三槽直筒脹器，按通風(fēng)管的外徑及壁厚選用脹管器規(guī)格，脹接動(dòng)力可選用專用的風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)脹管機(jī)，也可用搖臂鉆床裝夾脹管器進(jìn)行脹接。脹接后用專用锪平刀管端锪平，與壁板平面平齊。通風(fēng)管脹接完畢后，需對(duì)通風(fēng)管內(nèi)孔澆漆，這時(shí)機(jī)座立式放置，下方有接漆的裝置。如果通風(fēng)管為內(nèi)外鍍鋅管則不必對(duì)通風(fēng)管內(nèi)外壁涂防銹漆。

4 機(jī)座水壓試驗(yàn)

機(jī)座最后一道檢驗(yàn)工序?yàn)?.5MPa 水壓試驗(yàn)，對(duì)機(jī)座內(nèi)腔注水加壓，測試機(jī)座整體強(qiáng)度及焊縫是否有泄漏。水壓試驗(yàn)需對(duì)機(jī)座進(jìn)行密封處理，接線盒座密封比較容易，上下壁板密封則比較困難，壁板上沒有螺紋孔且為毛坯面，用膠墊密封，需施加100t 以上的壓力才能平衡水壓并起到密封作用，圖4 是機(jī)座水壓裝置示意圖，它由水壓部分及油壓裝置組成，油壓裝置拉動(dòng)拉桿，使上密封板、下密封板對(duì)壁板施加壓力達(dá)到密封的目的，水壓裝置通過注水孔向機(jī)座內(nèi)腔注水并達(dá)到試驗(yàn)壓力。觀察焊縫及通風(fēng)管脹接處有無漏水，沒有問題，機(jī)座翻過來再打壓一次，檢查另一側(cè)通風(fēng)管脹接位處有無漏水。

圖4 機(jī)座水壓試驗(yàn)示意圖

5 結(jié)語

脹管結(jié)構(gòu)隔爆電動(dòng)機(jī)機(jī)座相對(duì)其它電機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工序比較多，為提高裝配精度機(jī)座壁板、筋板主要部件需用數(shù)控火焰切割機(jī)下料，壁板、擋風(fēng)板必需配鉆才能保證通風(fēng)管穿入，內(nèi)對(duì)裝配是關(guān)鍵工序，需用合適的裝配工裝、以及合理的焊接工藝才能保證各部件同軸度，通風(fēng)管在穿管后涂外表面漆，脹接后涂內(nèi)表面漆比較復(fù)雜、繁瑣，如果采用內(nèi)外鍍鋅則可減少這些工序，機(jī)座最后按隔爆要求用專用的水壓裝置進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

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