一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法技术

本发明专利技术公开了一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法,依次采用如下步骤，a）缺陷检查；b）对转子线圈进行密封保护；c）用冷加工方法对裂纹位置处开坡口；d）对坡口进行预热，然后采用短弧、低热量输入以及短段多层焊接法对坡口进行焊接；e）焊接过程中对焊口进行高频振动时效处理，焊后去应力退火，减低焊接应力和变形量；f）焊后局部加热到510-540摄氏度进行去应力退火，同时控制线圈温度在80摄氏度以下；g）在裂纹修复区安装应变式传感器。通过对转子线圈进行密封保护以及冷却降温，可以在不拆除线圈的情况下对电机转子轴上的大断面、不规范裂纹进行现场焊接修复；此方法能够有效控制焊接变形量和焊接应力，能够实现实施应力在线监测，起到很好的预知防范的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法
本专利技术涉及一种电机转子裂纹现场修复方法，主要涉及大型电机转子轴不规则严重裂纹的现场焊接修复方法。
技术介绍
近年来随着制造业特大型设备的增加和生产节奏的加快，各种恶性设备事故也不断增加。这些恶性事故不仅造成高附加值的大型设备报废，而且这些设备制造周期比较长，给企业造成生产组织的被动和较大的经济损失。国内外大型电机由于转子轴径轻微磨损而进行现场焊接修复的案例，它的磨损部位在轴承支撑处，远离线圈且磨损较小，焊接量仅有几毫米。这种情况下的焊接，既不会引起线圈过热，也不会引起转子焊接过热变形。国内外有大型往复式压缩机曲轴裂纹的修复案例，其裂纹深度只有6.2mm。为了去除裂纹，利用车床在直径方向上车掉12.4mm，然后利用交叉对称焊接法，控制曲轴的焊接变形，将轴径焊接至设计尺寸即可。而对于大型电机转子轴出现大断面裂纹时，由于裂纹的深度比较深且在轴颈的圆周上呈非对称分布，无法通过交叉对称焊接法控制焊接变形，修复质量不能控制；且焊接过程中会造成线圈温度过高，破坏线圈的绝缘性能。因此，在这种情况下往往对转子轴进行报废处理，转子返回电机制造厂家，拆除线圈，更换新转子轴或者整体更换转子备件，费时费力且成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对大型电机转子大断面不规范的裂纹，在不拆除转子线圈的情况下，现场对裂纹进行焊接修复，较好的解决了焊接变形和焊接应力问题，且能够对焊接修复区域进行应力实时监测，可以有效预防应力集中对转子产生的损坏。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法,依次采用如下步骤，a）缺陷检查，对断裂区域和其他应力集中部分进行超声波探伤和着色探伤检查，保证一次性彻底消除裂纹缺陷；b）对转子线圈进行保护和密封，防止开坡口时铁屑进入线圈内或者焊渣飞溅到线圈上，保证线圈良好的绝缘性；c）用冷加工方法对裂纹位置处开坡口；d）对坡口进行预热，然后采用短弧、低热量输入以及短段多层焊接法对坡口进行焊接；e）焊接过程中对焊口进行高频振动时效处理，焊后去应力退火，控制转子轴最大焊接变形量在0.09mm之内；f）焊后去应力退火过程中对转子线圈进行冷却降温，控制线圈温度在80摄氏度以下；g)对裂纹修复区进行外观检查、探伤检验、焊缝强度检验以及最大变形量测量；h）在裂纹修复区安装应变式传感器，实施应力在线监测。作为本专利技术进一步的改进，在步骤c）之后还包括对裂纹产生的原因进行评价，避免重复产生类似缺陷同时还可以指导下一步的焊接修复；具体方法为，通过裂纹形貌、断口、金相组织的分析，明确裂纹的性质以及开裂原因。作为本专利技术进一步的改进，在步骤d）之后还包括在裂纹集中区域的轴表面堆焊加强箍，用于提高结构强度。作为本专利技术进一步的改进，在步骤f）之后还包括对焊接部分进行表面喷丸处理。表面喷丸处理可以改善焊缝表面的力学性能，可以形成有利的表面应力，还可以使材料局部加工硬化，提高焊接处的疲劳强度。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤c）中坡口的形状为V型，所述坡口底部的夹角为60度且通过圆弧过渡连接。这种结构能够有效降低焊接应力。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤d）中，具体方法为，坡口底部用直流手弧焊接，坡口填充层用半自动气体保护焊接；焊接过程中层间温度控制在150摄氏度以下；单道焊接厚度在4-6mm以内，焊枪摆动幅度在3.5mm以内，焊枪倾斜角度在±30度之内，在每层的焊道末端用准确的收弧控制焊层形状。这种焊接方法可以消除焊接应力，防止应力集中，同时还能够有效降低转子的焊接变形量。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤e）中，振动频率大于1000赫兹，振动时间为20-30分钟。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤f）中，具体方法为，在电机幅板外沿靠近线圈处加装冷却降温装置；所述冷却降温装置为淋水装置或风机。通过此种结构可以有效降低线圈的温度，将线圈温度控制在80摄氏度以下，进而防止线圈因焊接温度过高而损坏。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤g）中，具体方法为，在裂纹修复区焊接应变式传感器,将最大应力报警值设为198MPa实时监测修复区域的应力状态，及时掌握转子初期劣化趋势，起到很好的预知防范的作用。对比现有技术，本专利技术的有益效果是：通过对转子线圈进行密封和保护以及冷却降温，可以在不拆除线圈的情况下对大型电机转子轴上的大断面、不规范裂纹进行现场焊接修复，能够有效防止在修复过程中线圈绝缘性能被破坏；此方法能够有效控制焊接变形量和焊接应力，可以将转子轴的最大焊接变形量控制在0.09mm之内，同时在裂纹修复区安装应变式传感器，实现应力在线监测，及时掌握转子初期劣化趋势，起到很好的预知防范的作用。具体实施方式下面结合具体实施例来对本专利技术做进一步详细的说明。实施例1本专利技术提供一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法,依次采用如下步骤，（1）缺陷检查，对断裂区域和其他应力集中部分进行超声波探伤和着色探伤检查，保证一次性彻底消除裂纹缺陷。通过全面的缺陷检查可以扩展出多条肉眼看不见的微裂纹，这些裂纹在开坡口时均要彻底的清除干净。（2）对转子线圈进行密封保护，防止开坡口时铁屑进入线圈内和防止焊渣飞溅到线圈上，保证线圈良好的绝缘性。具体方法是先用塑料薄膜对线圈进行密封，然后再用耐热石棉毡对线圈进行保护。（3）用冷加工方法对裂纹位置处开坡口。具体方法是人工用砂轮在裂纹区域开V型坡口，坡口底部的夹角为60度且用磨砂机打磨出圆弧来过渡连接。这种形状的坡口能够有效降低焊接应力，防止应力集中。（4）对坡口进行预热，然后采用短弧、低热量输入以及短段多层焊接法对坡口进行焊接。根据转子轴的化学成分确定转子焊前预热温度。焊前预热可以减少焊接区域焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，减少焊接应力及变形。具体预热方法是用履带式电加热器附着在坡口周围的轴径上，并随时监测转子的温度，达到预热温度以后才能进行焊接；具体的焊接方法是坡口底部用直流手弧焊接，坡口填充层用半自动气体保护焊接；焊接过程中层间温度控制在150摄氏度以下；单道焊接厚度在4-6mm以内，焊枪摆动幅度在3.5mm以内，焊枪倾斜角度在±30度之内，在每层的焊道末端用准确的收弧控制焊层形状。每段焊缝长度较短，仅有80～270㎜，可以获取陡窄热循环曲线，使得在奥氏体转变温度AC3以上停留的时间短，避免奥氏体晶粒粗化。同时由于采用短段焊接，当焊缝快冷却到马氏体转变温度时，再立即焊上第二层，这样第一层焊缝及热影响区金属受到第二层焊缝焊接时热量作用，温度不再下降反而有所上升，减慢了冷却速度，有效避免淬硬组织的出现。（5）焊接过程中对焊口进行高频振动时效处理，焊后去应力退火，减低焊接应力，控制转子轴最大焊接变形量在0.09mm之内。具体方法为，振动频率大于1000赫兹，振动时间为20-30分钟。严格的焊后热处理是转子修复后能否长期稳定运行的关键，利用电镜对远离焊缝的轴表面进行金相组织检查，用于确定进行510-540摄氏度局部去应力退火。由于现场条件有限，只能采用火焰加热的方式。转子和转子线圈是一体式结构，线圈最高温度不允许超过80摄氏度，又由于线圈结构复杂、安装精度高、绝缘条件要求苛刻，无论从时间还是技术方面考虑都不允许拆卸。为此在现场专门制作了简易的煤气热处理炉，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法,其特征在于:依次采用如下步骤，a）缺陷检查，对断裂区域和其他应力集中部分进行超声波探伤和着色探伤检查，保证一次性彻底消除裂纹缺陷；b）对转子线圈进行保护和密封，防止开坡口时铁屑进入线圈内或者焊渣飞溅到线圈上，保证线圈良好的绝缘性；c）用冷加工方法对裂纹位置处开坡口；d）对坡口进行预热，然后采用短弧、低热量输入以及短段多层焊接法对坡口进行焊接；e）焊接过程中对焊口进行高频振动时效处理，焊后去应力退火，控制转子轴最大焊接变形量在0.09mm之内；f）焊后去应力退火过程中对转子线圈进行冷却降温，控制线圈温度在80摄氏度以下；g) 对裂纹修复区进行外观检查、探伤检验、焊缝强度检验以及最大变形量测量；h）在裂纹修复区安装应变式传感器，实施应力在线监测。

【技术特征摘要】
1.一种大型电机转子大断面裂纹现场修复方法,其特征在于:依次采用如下步骤，a）缺陷检查，对断裂区域和其他应力集中部分进行超声波探伤和着色探伤检查，保证一次性彻底消除裂纹缺陷；b）对转子线圈进行保护和密封，防止开坡口时铁屑进入线圈内或者焊渣飞溅到线圈上，保证线圈良好的绝缘性；c）用冷加工方法对裂纹位置处开坡口；d）对坡口进行预热，然后采用短弧、低热量输入以及短段多层焊接法对坡口进行焊接；具体方法为，坡口底部用直流手弧焊接，坡口填充层用半自动气体保护焊接；焊接过程中层间温度控制在150摄氏度以下；单道焊接厚度在4-6mm以内，焊枪摆动幅度在3.5mm以内，焊枪倾斜角度在±30度之内，在每层的焊道末端用准确的收弧控制焊层形状；每段焊缝长度设置为80～270㎜；e）焊接过程中对焊口进行高频振动时效处理，焊后去应力退火，控制转子轴最大焊接变形量在0.09mm之内；其中，振动频率大于1000赫兹，振动时间为20-30分钟；f）焊后去应力退火过程中对转子线圈进行冷却降温，控制线圈温度在80摄氏度以下；g)对裂纹修复区进行外观检查、探伤检验、焊缝强度检验以及最大变形量测量；h）在裂纹修复区安装应变式传感器，实施应力在线监测。2.根据权利要求1所述的大型电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京先，赵培建，常大勇，冯勇，袁望浪，谷民，孙清泉，刘树杰，王立胜，陈锦标，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37