轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)焊接放電的分析與研究

黃才筍 付道明 蔡偉達(dá)

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)異響是壓縮機(jī)主要的質(zhì)量問題之一，對(duì)空調(diào)器運(yùn)行的可靠性有較大的影響。對(duì)壓縮機(jī)異響的質(zhì)量案例進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)泵體點(diǎn)焊的焊接放電[1]是壓縮機(jī)異響的根本原因。本文主要闡述對(duì)壓縮機(jī)焊接放電的機(jī)理分析，研究壓縮機(jī)防止焊接放電的優(yōu)化方案。

1 故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

對(duì)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)異響的故障品進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)曲軸等零部件出現(xiàn)熔接點(diǎn)的現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 焊接放電熔接點(diǎn)

1.2 原因分析

對(duì)曲軸故障點(diǎn)進(jìn)行顯微鏡50 倍和200 倍放大（見圖 2、圖3），發(fā)現(xiàn)曲軸故障點(diǎn)存在熔化劃痕，推斷為焊接放電導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)熔接點(diǎn)。

圖2 熔接點(diǎn)50 倍放大圖

圖3 熔接點(diǎn)200 倍放大圖

滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的泵體裝配在殼體時(shí)需進(jìn)行三/六點(diǎn)焊，點(diǎn)焊過程會(huì)因?yàn)槟撤N原因產(chǎn)生質(zhì)量缺陷[2-4]，其中當(dāng)三/六點(diǎn)焊接因絕緣不良或電流回路不暢等原因造成零部件之間產(chǎn)生電弧，電弧使得零部件產(chǎn)生融化從而粘連，導(dǎo)致零部件出現(xiàn)熔接點(diǎn)的現(xiàn)象[5-7]。

2 焊接放電原理

轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在三/六點(diǎn)焊接引弧時(shí)，泵體內(nèi)部部件間存在電位差，在一定條件下部件間隙中空氣被電離，產(chǎn)生電火花，部件間形成熔接點(diǎn)（見圖 1），壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)部件磨合有熔點(diǎn)產(chǎn)生噪音。

焊接回路的電流需順暢才能正常焊接，其順暢程度由上缸蓋與殼體、襯管與殼體座圈連接管及接地夾具的接觸電阻決定，一般為（4 ～10）mΩ。壓縮機(jī)內(nèi)部零部件間的阻值一般為6 mΩ 以上，正常焊接狀態(tài)下不會(huì)形成焊接放電回路。當(dāng)正常焊接回路中零部件接觸發(fā)生故障（如夾具堆積焊接飛濺物等），接觸電阻則會(huì)增大道1 Ω 以上，形成焊接放電回路，造成焊接放電。見圖 4、圖5。

圖4 正常焊接回路

圖5 焊接放電回路

焊接放電在有一定間隙的兩部件之間由于存在電位差而使間隙中的空氣電離產(chǎn)生電火花釋放能量，在部件的表面形成熔接點(diǎn)，產(chǎn)生缺陷。產(chǎn)生焊接放電的3 個(gè)重要條件：

1）焊接部件之間存在間隙；

2）焊接部件之間存在電位差；

3）間隙中的氣體能夠被電離。

本文以六點(diǎn)焊接為例，對(duì)以上3 個(gè)方面的焊接放電條件進(jìn)行研究分析。

2.1 焊接放電—間隙分析

焊接部件之間存在間隙是焊接放電的必要因素，轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的核心部件泵體組件由上/下缸蓋、汽缸、曲軸、滾子、葉片和轉(zhuǎn)子等組成。其中上/下缸蓋同汽缸由螺栓連接,保證連接處無(wú)間隙。轉(zhuǎn)子和曲軸是過盈配合連接保證沒間隙。曲軸由于受自身重力作用，與下缸蓋平面緊密接觸無(wú)間隙。

由于泵體是壓縮機(jī)的核心部分，所以組成泵體的各個(gè)部件的自身加工精度和裝配精度都要求相當(dāng)高，達(dá)到μ 級(jí)。當(dāng)有焊接放電在部件間發(fā)生時(shí)，在部件表面產(chǎn)成微小的熔接點(diǎn)，也足以對(duì)壓縮機(jī)的整機(jī)的性能甚至于正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生重大影響的。壓縮機(jī)生產(chǎn)因焊接放電造成不良，經(jīng)過解體發(fā)現(xiàn)：泵體內(nèi)發(fā)生焊接放電的部位與表1中所列出存在間隙的6 種情況相一致，應(yīng)證了焊接部件間存在間隙是焊接放電發(fā)生的必要條件。

表1 泵體間隙距離統(tǒng)計(jì)表

2.2 電離電壓分析

六點(diǎn)焊接使壓縮機(jī)的泵體在殼體中固定。焊接電流約（200 ～300）A；焊接電壓為（18 ～30）V。從表2得知，空氣中各種粒子的電離電壓在（11 ～16）V 之間，而六點(diǎn)焊接的電壓則要大于空氣中各種粒子的電離電壓，所以在小間隙處的空氣具備被電離的條件。

表2 氣體粒子電離電壓一覽

2.3 焊接回路分析

焊接可分為3 個(gè)階段：起弧、焊接、守弧。殼體上有6 個(gè)直徑孔，焊接時(shí)6 把焊槍對(duì)準(zhǔn)這6 個(gè)孔焊接，焊絲熔解并在6 個(gè)孔中堆積，使上缸蓋和殼體連接，從而在殼體中固定泵體。

焊接時(shí)，首先汽缸將預(yù)裝完成的泵體和殼體頂升，通過接地上夾具壓住殼體上端面，完成焊接定位。焊接起弧是發(fā)生在泵體的上缸蓋，此時(shí)由于上缸蓋同殼體間存在間隙，所以起弧時(shí)的電流要從正極（焊槍）流經(jīng)泵體的內(nèi)部各部件到達(dá)負(fù)極（接地上夾具）完成回路；起弧完成后，熔解的焊絲使上缸蓋同殼體連接，所以焊接和守弧電流不經(jīng)過泵體內(nèi)部，直接通過殼體完成回路。由于焊接放電發(fā)生在泵體內(nèi)部，而焊接和守弧時(shí)電流不經(jīng)過泵體內(nèi)部，所以可以得出結(jié)論：焊接放電只發(fā)生在起弧階段，見圖6。

圖6 焊接電流回路

從電位差上分析，接地上夾具—?dú)んw—定子—間隙規(guī)—轉(zhuǎn)子—曲軸，這些部件兩兩之間緊密配合，不存在間隙。由于上夾具接地，所以從電位上整體可以被看作一個(gè)負(fù)極；同理，焊槍—上缸蓋—汽缸—下缸蓋，由于焊槍同焊接電源的正極相連接，從電位上整體可以被看作正極。在正負(fù)極之間的這些泵體部件又具備了焊接放電的另一個(gè)必要條件——電位差。

六點(diǎn)焊接的起弧采用的是接觸引弧，因此在起弧的瞬間產(chǎn)生相當(dāng)大的短路電流，這部分電流如果不能順暢的到達(dá)負(fù)極完成回路，就很容易在存在電位差的小間隙處得到釋放，產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

3 復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)

針對(duì)本文因焊接放電產(chǎn)生壓縮機(jī)的異響，對(duì)焊接放電問題進(jìn)行排查：

1）自動(dòng)打點(diǎn)焊接設(shè)備一側(cè)焊槍晃動(dòng)，未完全固定造成打點(diǎn)狀態(tài)不合格，導(dǎo)致焊接放電；

2）焊接飛濺物堆積夾具增大電阻，造成焊接回路不順暢，導(dǎo)致焊接放電。

為了找準(zhǔn)焊接放電的根本原因，對(duì)以上兩個(gè)原因點(diǎn)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表 3。結(jié)果表明，焊槍未固定和夾具堆積焊接異物均會(huì)造成焊接放電。

表3 焊接放電復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)

4 結(jié)論

經(jīng)上訴的理論分析產(chǎn)生焊接放電的3 個(gè)重要條件為焊接部件之間存在間隙、焊接部件之間存在電位差以及間隙中的氣體能夠被電離。經(jīng)過復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)打點(diǎn)焊接設(shè)備焊槍晃動(dòng)和焊接飛濺物堆積夾具增大電阻均會(huì)導(dǎo)致焊接放電，針對(duì)壓縮機(jī)泵體焊接放電，本文提出以下改善方案：

1）夾具設(shè)備、焊槍的絕緣定期檢查；

2）增大接地夾具的接觸面積，提高與工件的接觸和導(dǎo)電率；

3）夾具改用包裹式絕緣木，改善焊接飛濺物堆積夾具導(dǎo)致焊接放電；

4）固定焊槍，定期檢查焊槍狀態(tài)。