脹管結(jié)構(gòu)隔爆電動機機座焊接制造工藝

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

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機機座結(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 機座結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 壁板

壁板是機座中最重要的部件，在焊接裝配及后序的機座機加工都是以這兩塊板為基準(zhǔn)進行的。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)控火焰切割機整體割出，盡量不要拚接，因為分幾塊下料拚接后難以保證幾何尺寸，接縫處的焊接缺陷會影響通風(fēng)管脹接質(zhì)量，同時接縫也會影響機座表觀質(zhì)量。壁板的平直需用油壓機平直處理。壁板環(huán)與壁板同心裝焊在一起，壁板環(huán)的作用是當(dāng)機座鉆端蓋螺紋安裝孔時，避免鉆漏壁板，破壞隔爆結(jié)構(gòu)。壁板環(huán)與壁板焊接后進行1.5MPa 水壓試驗，驗證焊縫的質(zhì)量。水壓試驗后焊堵壁板環(huán)上的工裝孔。

機座中所有通風(fēng)管穿過兩個擋風(fēng)板和兩個壁板，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，中間夾兩個擋風(fēng)板，裝夾時兩壁板外輪廓對齊，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)板配鉆后再進行擴鉆，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)，由一個圓筒切為兩半，然后再裝配。其工藝過程:先按外罩板中徑計算展開長，用直線火焰切割機或數(shù)控火焰切割機下料，然后在滾床上卷成圓筒，對口后焊接，再用滾床整形，機座裝配前沿對口割為兩半。

1.3 筋板

筋板徑向分布于機座環(huán)與外罩板之間，外部支撐外罩板，內(nèi)部定位并支撐機座環(huán)、擋風(fēng)板，階梯段與機座環(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，裝配時就要花很多時間來修正，裝配后各部件的間隙會超差，因此筋板的下料要用數(shù)控切割機下料，各階梯的寬度按名義尺寸減1 ～2mm 切割。

1.4 機座環(huán)

兩個機座環(huán)位于機座內(nèi)側(cè):一方面用來加強機座;另一方面將來固定裝入電機定子鐵心。其工藝流程是:按中徑計算展開長度，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，最后機加外圓及一側(cè)端面作為裝配時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 機座的裝配及焊接

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

2.1 內(nèi)對的重要性

內(nèi)對是機座裝配的關(guān)鍵部分，內(nèi)對的主要作用是控制兩個壁板的同軸度，以及壁板與機座環(huán)、擋風(fēng)板、擋風(fēng)環(huán)的同軸度。如果同軸度出現(xiàn)偏差，機加工后將會導(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，壁板定位臺加工后碰到通風(fēng)管，底腳板加工后厚薄不一致，從而使機座報廢。內(nèi)對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，胎座相于一個圓形的平臺，上面均布三個T 形槽，三個立柱在可T 形槽內(nèi)滑動固定，以適應(yīng)不同規(guī)格機座的裝配，胎爪可在立柱上下滑動并固定，可用于機座內(nèi)各個環(huán)的軸向定位，直角尺用于同軸度的測量。

2.3 內(nèi)對裝配流程

調(diào)整三個立柱在胎座T 形槽的位置固定，使之與胎座同心并與機座內(nèi)徑相近。先把一塊壁板平放在胎座上，三個立柱與壁板內(nèi)孔距離相等，分別調(diào)整胎爪位置，定好軸向位置，每三個為一個定位面。從下到上把二個擋風(fēng)板、二個機座環(huán)、擋風(fēng)板、平放在胎爪上。這樣就有四組胎爪對四個圓環(huán)進行軸向定位，至少準(zhǔn)備3 根通風(fēng)管穿過導(dǎo)風(fēng)板與壁板，作用是對配鉆的通風(fēng)管孔定位。

軸向定位結(jié)束后，進行同軸度調(diào)整，主要是以胎座上的壁板內(nèi)孔軸為基準(zhǔn)，調(diào)整4 個環(huán)的軸中心與壁板同軸。這一過程需借助一個大的直角尺來完成，運用幾何知識分析可知:一條垂直于壁板平面且沿壁板內(nèi)孔圓周移動的直線，如果上面某一圓環(huán)的內(nèi)邊緣或外邊緣各點到這條直線的距離相等，那么這個圓環(huán)就與壁板同軸。利用直角尺調(diào)整同軸度就是這個數(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，如不相等，可稍微移動圓環(huán)的平面位置，再測試一遍，直至相等，這時將環(huán)與胎爪定位點固焊，防止竄動。按此方法調(diào)整并定位其余的圓環(huán)。

這時可以裝配徑向分布的筋板，各筋板臺階與機座環(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)，如間隙大需對筋板有關(guān)臺階尺寸進行修正，以控制筋裝配間隙。間隙調(diào)整完畢后定位點焊筋板與各環(huán)與壁板，防止裝配上側(cè)壁板時碰倒筋板。內(nèi)對裝配的最后一道工序是裝配上側(cè)壁板，壁板水平吊運穿過定位用的通風(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，超出部分對筋板端面進行修正。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齊后，定位焊焊接內(nèi)對各部件，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)對吊離裝配工裝，整個內(nèi)對裝配工序完成。

2.4 內(nèi)對的焊接

在焊接筋板與壁板間的角焊縫時，產(chǎn)生縱向與橫向變形，同時壁板上布滿通風(fēng)管孔，強度大幅下降，容易使壁板平減面變形，影響同軸度。因此焊接時盡量減少焊接填充量、增加工藝支撐筋、合理的內(nèi)對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。這種辦法對于抑制角變形效果較好，內(nèi)對裝配完畢后:一方面將加強筋點固于相對兩筋板(在一個平面的兩塊筋板)的對角線處;另一方面將加強筋點固于相鄰兩筋板對角線處，加強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，從而抑制壁板相對位移，減少偏心產(chǎn)生。焊接完內(nèi)對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，采用對稱焊接的辦法，就是成對地焊接相對的兩塊筋板，不要按一個方向逐個焊接筋板與壁板間的焊道，這樣產(chǎn)生的應(yīng)力就會產(chǎn)生疊加效果，引起偏心。對稱焊完一端壁板后，再焊另一端，使筋板與壁板成為一個整體，再焊接筋板與機座環(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)對之間的焊縫，在焊接罩板與壁板的環(huán)焊縫時，由于焊接量大，會引起壁板四個角的收縮變形，如果不加以約束，壁板在四個角的距離會小5 ～10mm，因此焊接前將兩塊壁板的四個對角用型鋼進行支撐。

底腳板的裝配需在平臺上進行，底腳板按尺寸平放在平臺上，將外罩板焊接完的機座落到兩塊底腳板上面，測量兩個壁板中心到平臺的距離(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行焊接，機座的焊接工作完成后，進行內(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。同時還要對通風(fēng)管補漆，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行密封和緊固，常采用機械脹接方法，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，脹接動力可選用專用的風(fēng)動、電動脹管機，也可用搖臂鉆床裝夾脹管器進行脹接。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，需對通風(fēng)管內(nèi)孔澆漆，這時機座立式放置，下方有接漆的裝置。如果通風(fēng)管為內(nèi)外鍍鋅管則不必對通風(fēng)管內(nèi)外壁涂防銹漆。

4 機座水壓試驗

機座最后一道檢驗工序為1.5MPa 水壓試驗，對機座內(nèi)腔注水加壓，測試機座整體強度及焊縫是否有泄漏。水壓試驗需對機座進行密封處理，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，油壓裝置拉動拉桿，使上密封板、下密封板對壁板施加壓力達到密封的目的，水壓裝置通過注水孔向機座內(nèi)腔注水并達到試驗壓力。觀察焊縫及通風(fēng)管脹接處有無漏水，沒有問題，機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 機座水壓試驗示意圖

5 結(jié)語

脹管結(jié)構(gòu)隔爆電動機機座相對其它電機機座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工序比較多，為提高裝配精度機座壁板、筋板主要部件需用數(shù)控火焰切割機下料，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，機座最后按隔爆要求用專用的水壓裝置進行水壓試驗。

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