定子铁心CO2气体保护焊工艺改进

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摘要：硅钢片50W350叠压定子铁心用co2气体保护焊进行焊接的工艺在进行调整改进后可以克服易产生气孔，熔深不均，表面未焊透，飞溅过大等缺陷。在保证效率的情况下，能够取代混合气体对硅钢片的焊接。

关键词：CO2气体保护焊 气孔 飞溅 绝缘膜 焊接槽

Abstract: the stator core W350 silicon steel 50 overlying with CO2 gas shielded welding of the welding process in adjusting after the improvement can overcome easy generation porosity, depth of molten differentials, surface not weld fully, splash too defects. In guarantee efficiency, can take the place of the manufacturing of mixed gas welding.

Keywords: CO2 shielded welding stomatal splash insulation membrane welding slots

中图分类号：O659文献标识码：A 文章编号：

一. 前言

在我公司与西班牙歌美飒公司合作进行风力发电机生产过程中，全部采用歌美飒公司的工艺技术，由于我公司在设备技术上与歌美飒公司有相当大的差距。所以在制造工艺的实施过程中遇到了一些困难。其中，定子铁心的焊接由于我公司设备有限，不能进行MAG焊接，在仅有TIG和MIG焊接设备的情况下，对铁心的焊接进行了工艺分析、改进及试验。

二. 硅钢片50W350的可焊性分析

硅钢片50W350作为一种带有绝缘膜的电工钢片，主要用于电机铁心冲片的制造，绝缘性能良好。

金属材料的可焊性就是指母材的材质适用与焊接的程度。硅钢片50W350的可焊性，就是在焊接结构一定的情况下（坡口形式和位置），采用TIG或MIG焊时，能否容易的获得优质的焊接接头。电工硅钢是一种合金专用钢，CE中等，可焊性本来一般。但由于绝缘膜的存在，在焊接的过程中，随着绝缘膜的烧损，将有大量气体释放，造成焊接困难和缺陷增多。在叠成铁心后，为了保证强度和其他技术要求，MIG焊必须焊三层，这就造成气体的释放存在很大困难，造成焊接缺陷的因素较多且不宜解决，可见硅钢片的可焊性并不好。

三. CO2气体保护焊的焊接工艺特点

CO2气体保护焊除有一般电气焊的优点外，还有成本低，生产率高，抗锈能力强，焊缝含氢量低，抗裂性好等独特优点，所以我们选用CO2气体保护焊作为铁心焊接的主要焊接方法。

以CO2作为保护气体，保护效果很好，但电弧气氛有较强的氧化性，使合金元素烧损，因而引起气孔和飞溅，尤其是飞溅较为突出，这是CO2气体保护焊的不足之处。

在冶金方面，CO2气体保护焊具有以下特点：

1. 合金元素的氧化

CO2是氧化性气体，在电弧的高温作用下能分解出氧原子，具有很强的氧化性，使熔滴和熔池的铁及合金元素氧化，生成CO2及氧化物。所以焊丝中必须加入脱氧剂。

Fe+ CO2⇌FeO+CO Fe+O⇌FeO

Mn+ CO2⇌MnO+CO Mn+O⇌MnO

Si+ 2CO2⇌SiO2+2CO Si+2O⇌SiO2

2. 气孔问题

当焊丝中脱氧元素不足，熔池内氧化性较强时，FeO与C作用生成CO气孔；保护不好时，N2会侵入熔池造成N2气孔；当焊丝或工件不清洁，CO2气体含水分较多时易产生H2气孔。所以必须加强焊前清理和CO2气体的干燥和提纯处理。

3. 飞溅问题

在MIG焊中CO2与熔滴中的C作用生成CO，使熔滴爆炸，形成飞溅，采用直流反接减小极点压力，可以减少飞溅。

四. 定子铁心CO2气体保护焊接遇到的具体困难

由于硅钢片的可焊性较差，容易产生气孔、熔深不均等缺陷。CO2气体保护焊又具有飞溅大等缺点，所以定子铁心的焊接遇到了较大的困难。具体困难有：

1. 气体释放困难

由于绝缘膜的存在，在焊接过程中，绝缘膜受热分解，产生大量气体。由于熔池凝固等原因，致使气体得不到释放，部分气体与氧化性气体CO2发生反应，产生气孔。另外，大量气体的释放，破坏了CO2气体的保护作用，容易造成保护不好，产生其他缺陷。

2. 坡口较小，焊接速度不宜控制

铁心的坡口，即焊接槽大小及结构位置如图1所示，从图上可以看出，焊接槽较小，首道焊如果焊接速度过快，则气体的释放较少，熔池较浅，就会造成中间层在焊接时气体大量释放，气孔大量出现，不但造成焊接困难，严重影响了焊接接头的强度和质量。如果焊接速度过慢，焊接线能量较大，气体大量释放，在较小的焊接槽内熔敷了大量金属，不但无法保证三层盖面的要求，而且必然造成大量气孔的出现，甚至严重影响了盖面质量。所以较小的焊接槽，使焊接工人在焊接速度的把握上造成了困难，难以准确控制和把握。

图1 硅钢片叠铁心的焊接槽结构及式样

3. 结构特殊，清理困难

焊接槽（坡口）是由冲片槽一片片垒叠而成，片与片之间存在着一定的间隙，这点将不利于MIG焊的焊前清理。不能进行机械清理，其他的清理方式可能会造成片层间其他杂质的渗入，从而影响焊缝的质量。如上图所示由于各焊接槽相距较近且均布于圆周上，CO2气体保护焊接又不可避免存在大量飞溅，焊接层数较多，所以在焊接时，对临近各焊接槽的保护较难。

五. 解决方案

针对以上缺陷，我们主要采取了以下方法予以减小或消除。

1. TIG焊打底放气

由于MIG焊存在熔池凝固的原因，解决气体的释放比较困难，所以在实际焊接中，选用TIG焊进行首道焊接。选用TIG焊的好处，焊接时没有或可控制少量外界金属的熔敷，加热速度和温度较高使焊接槽表面气体充分释放，从而避免在MIG焊时大量气孔的产生。为了防止TIG焊时对焊接槽的过烧，在焊接前焊接槽两侧垫上浸湿的石棉纸，以对焊接槽起到冷却作用。

2. 增加余高，提高焊速

为了解决焊接槽较小，焊速不易控制的问题，我们在焊接时有意增加了焊缝的余高。增加焊缝余高的作用是，可以加大焊缝金属的熔敷量，避免因焊缝较小，无法盖面的情况。另外，提高焊速也是消除此类影响的可靠方法，提高焊速不仅减小了线能量，使气体的释放量减少，而且减少了每层焊缝金属的熔入量，保证盖面的顺利完成。

3. 挥散清理，保护焊缝

CO2气体保护焊接存在产生各种气孔的可能，而减少气孔是铁心焊接需要解决的首要问题，所以焊前清理就十分必要。在机械清理和其他擦拭清理无法进行的情况下，我们选用了挥散清理的方式，挥散清理是选用挥发性强的清理液(如丙酮)擦拭焊件表面，清除污物，同时自身消失快，对焊缝影响小，实践证明达到了清理效果。在焊缝的保护上，我们采用蘸湿的石棉纸贴实于铁心表面的方法，此法不但避免了飞溅对其他焊缝的影响，而且由于无形中降低了焊件温度对防止焊接的热影响，提高焊速，减小咬边发生都有很好的作用。

六. 结论

经过对TIG辅助的CO2气体保护焊在工艺上做出合理的调整和控制，顺利的克服了硅钢片50W350的可焊性差的困难，在提高焊接效率的情况下保证了产品的质量要求，使公司生产的风力发电机的整体质量得到了保证。