第５１卷（总第ｌ期）９３期） （ ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—ＰＲＯＯＦ 一 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ １ 爆晓机 ｌ瞪 ｂ 电动机转子端环相控阵超声探伤实验 连摘要军 （佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯１５４００２） 通过对平底孔铜试块及转子端环钎焊接头的相控阵超声波检测实验，验证了此探伤 相控阵超声波；转子端环；导条；钎焊接头；气孔；未钎合 方法的可靠性，尤其是对未钎合的判定更有优越性，对改进钎焊工艺、提高焊接质量有很大帮助。 关键词ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００８＿７２８１．２０１６．０６．１５ 中图分类号：ＴＭ３０６文献标识码：Ｂ文章编号：１００８－７２８１（２０１６）０６－００４６－００５ Ｐｈａｓｅｓ Ａｒｒａｙ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｏｔｏｒ Ｒｏｔｏｒ Ｅｎｄ Ｒｉｎｇ Ｌｉａｎ Ｊｕｎ （Ｊｉａｍｕｓｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉａｍｕｓｉ １５４００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅｓ ａｒｒａｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｅｃｋ ｂｌｏｃｋ ｗｉｔｈ ｆｉａｔ ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ｅｎｄ ｒｉｎｇ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅ・ ｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｉｔ ｈａｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｔｏ ｊｕｄｇｅ ｗｅｌｌ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｑｕａｌ！ｔｙ，ａｎｄ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｒｅａｔ ｈｅｌｐ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｐｈａｓｅｓ ａｒｒａｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｒｏｔｏｒ ｅｎｄ ｒｉｎｇ；ｂａｒ；ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｊｏｉｎｔ；ａｉｒ ｈｏｌｅ；ｕｎｗｅｌｄｅｄ Ｏ 引言 有一类异步电动机转子笼型绕组由端环与导 条钎焊连接，其焊接质量对绕组的机械强度、导电 性能影响很大，因此转子端不钎焊工艺的主要目 标是控制钎焊接头的缺陷。无损检测是控制和调 整钎焊工艺的重要辅助手段。 是气孔及未钎合，端环与导条常见的结构如图１所 示。二者材料多为铜及铜合金，端环厚度可以达到 １００ｍｍ以上，端环加工环槽与多根多条装配成 Ｔ型接头，钎料熔化后填充到端环环形槽中以及端 环与导条的间隙中。熔化的钎料在导条与端环间 隙的浸润速度不相同，同时钎料从缝隙四周向内部 浸润，气体不易排出形成夹气，由于钎焊温度梯度 小，气体难以短时排尽。另一方面钎剂粘度大，也 不易短时排出，从而易形成气孔。未钎合是由于导 笼型绕组钎焊接头用射线进行探伤难度相当 大，同时射线技术对于体积型缺陷比较敏感，而对 未钎合这种面积型缺陷很不敏感，所以射线方法很 难检测到未钎合这类缺陷，而超声方法对面积型缺 条与端环的装配间隙不均匀、温度差别、表面有氧 化物等原因影响钎料浸润，从而致局部有未钎合现 象，因此容易产生缺陷的位置是导条与端环对接的 钎缝，在工程生产中有的厂家要求钎着率达到７０％ 以上，有的厂家要求８５％以上。 陷很敏感，因而对未钎合类缺陷比较敏感。超声波 探伤接收的是反射波，且容易较厚工件进行探伤， 因此适合于这种端环与导条焊接结构的探伤。但 用普通的超声波难以检测缺陷的形状及缺陷的类 型，对钎着率的检查也无能为力。相控阵超声波探 伤是无损检测行业的新兴技术，在钎缝检查方面在 ／ 国内的应用也刚刚开始，本文介绍相控阵超声波探 伤技术在端环钎焊接头的检测实验。 一 １ 端环钎焊缺陷原因分析 异步电动机转子端环与导条焊接的主要问题 图１ 端环与导条钎焊结构示意图 爆晓机（ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ） 第５ｌ２卷（总第ｌ０１６年第５期 ９３期） ２ 常规超声波探伤与相控阵超声波 检测能力分别见图３、图４。 探伤比较 ２．１ 常规超声波检测的缺点 常用的超声波检测探头发射的是单束波，探 查目标是一个点，其扫描轨迹是一条线，检测示意 图见图２（ａ）所示。检查时探头进行来回栅格式 扫查，从而导致检出率低、检出结果受人为影响 大、不能可靠反映出缺陷整体特征，因此其检测结 果有很大的局限性。 图３单个孔模拟试块 ａ）单泉波扫描 （ｂ）多束波扫描 图４成簇孔模拟试块 图２超声波检测示意图 ３．２模拟试块的相控阵超声波检测 用某型号相控阵超声波探伤仪，选用６４晶片 低频相控阵探头，与模拟试块钻孔相对的平面耦 合，从一端平移至另一端，对１０组模拟缺陷分别 扫查，检测数据见表１。下面是其中３组孔图像， ‘ｐ３单孔检测图像见图５所示。５בＰ３多孔（孔距 ２０ｒａｍ）检测图象见图６所示。１６בｐ５多孔（孔距 ８ｍｍ）检测图象见图７所示。 ２．２相控阵超声波检测的优点 相控阵超声波检测探头集成多个晶片，能发 射多束波，探查目标是一条线，其扫描轨迹是一个 而，检测示意图见图２（ｂ）所示。可以实时彩色成 像，便于缺陷判读，容易检出各种走向、不同位置 的缺陷，缺陷检出率高，定量、定位精度高，检测结 果受人为因素影响小。 ３ 模拟试块的相控阵超声波检测 ３．１模拟试块的制作 钎焊缺陷的型式多样，有的连成不规则形状， 有的分散，有的由很多小缺陷密集分布某一区域， 为试验相控阵超声波的探伤和效果，模拟端环与 导条焊接时的气孔或未钎合缺陷，设计模拟试块， 试块的材质为紫铜，厚度９５ｍｍ，两个相邻平面上 图５‘ｐ３单孔检测图像 钻各种直径的平底孔，按试验端环环槽深度设定 孔深８ｍｍ，考虑到钎焊的特点，可以认为３ｍｍ以 内的缺陷可以忽略，最大的缺陷应不超过导条厚 度的一半，因此模拟样块孔的直径最小选择为 ３ｍｍ，最大为８ｒａｍ，孔的深度与产品端环环槽深 度相同，各￣￣ＩＪ＼－ＴＬ单个分布或按不同孔距成簇分 布，两个相对的平面不钻孔，作为超声波探头接触 面，设计两个试块，其中一块加工四个单孔，另一 块加工６组成簇孔，用ｌ０组孔验证相控阵超声 图５ ６× 多子Ｌ检测图像 ４７ ５ （㈦总 １豢 ９３ １ｔＪ］） （ｆ ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—一 ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ １ Ｉ ２０ １６＠：爆＇’ｌ乔 Ｕ龟机 图７ １６ Ｘ 多子Ｌ检测图像 表ｌ 模拟试块相控阵检测数据 通过删甙结 】‘以胥出，柑控阵探头直观地 伶 丫 模拟缺陷的外形，并能 ，Ｊ 缺陷的大 小椰 ，图像清晰 溃， 外试验探头尺寸较 人，枪测谜度怏。如粜埘探头延迟及系统增益进 少 Ｉ 则缺陷的定 测讧弋会更）Ｊｕ精确，这种效 簿通趟声波探伤 法达到的。 ４ 实际焊接件相控阵探伤 凇 一个厚度８７１ｉｌｎ］紫铡端环及若干根导 条，为圳ｆ 段缺陷，导条端部未清理，按图１所示 装配好，并在＂料惜中预阻颗粒状 ＢＡｇ４５ＣｕＺｎ钎料及 １０２钎剂，端环 ｊ导条用感 Ｊ Ｊｌ】热ｎ勺， 法整体 ‘次焊成，为探伤研究方便，端 讣 ｊ ＪＩ 】｝ｌ一个台阶，使端环槽里的钎料露出， 计 削川一段端环，端环上保 ２根导条，见图８ 所 。选取５个典掣似蔼Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ作为探伤 ｆ＿＿ｉ杯，见 ９ ５个位鼠的材料及厚度见表２。翘 声波束选 岛形扫描方式方法（ｓＩ寸 描），图１０为 ４８ 声束模拟 。各位置探删 ，沿Ｔ型钎接头横截 面分层铣削，每铣削５ｍｍ时钎焊接 观察，由于 未钎合难以用肉眼察觉，需用渗透检验的方法探 查，将渗透榆出的缺陷上ｊ十Ｈ控阵趟＿占波的检测结 果对照，从 验证相 阵探 的准确性。 图８实际焊接件尺寸图 图９ 实际焊接件探测位置图 表２探测位置材料及厚度 图１０声束模拟图 ４．１似罱Ａ、Ｃ检测 位鼠Ａ娃端环 ，， 钎料及导条 超声测 量结果厚嚏为８５．１６ｍｍ，接近８７ｍｍ的 删值，见 图１ ｌ。 见憔波信号 ｌ皿ｔｌ Ｊ曼＇－较高，已经商ｆ １００％ 满屏 他 ｃ 位霞Ａ‘洋，为端环母材位置， 无钎料，无导条 超 苦测 结果 度为６８．３５ｎ１ｒＩ１， 爆＇龟机接近实测值７０ｒａｍ （ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ） 第５ｌ卷（总第ｌ２０ｌ ６年第５９期 ３期） 从图像观察，导条根部图像很浅，有较弱的底 面信号，说明此处缺陷很小，两边为钎料填充区域 的表面回波。超声测量显示，导条根部信号与钎 料填充区域表面回波的高度差为８．８２ｒａｍ，接近 实测值７ｍｍ，导条厚度（包含融合面）测量值为 ｌ１．７０ｍｍ，接近实测值１２ｍｉｌｌ。对位置Ｄ钎焊接 头横截面进行渗透检测见图１４，可以看到导条根 图１ ｌ位置Ａ相控阵检测图像 部、侧面、端环环槽面没有明显的缺陷显示，可以 证明这种探伤方法是可靠的。 ４．２位置Ｂ检测 位置Ｂ是端环母材与钎料的复合层，无导 条，此位置的端环环槽由钎料熔化后浸润填充形 成。超声测量结果厚度为８５．９９ｒａｍ，接近８７ｍｍ的 实测值。图像的颜色比Ａ位置浅，底波信号强度低 于上面的纯铜Ａ位置，这是因为在纯铜与钎料之间 的界面会有信号衰减，而且由于纯铜基底与钎焊料 之间的材料声速非常接近，所以无明显界面反射， 仅反映为信号变弱。如果此处之前的位置有明显 图ｌ４位置Ｄ截面着色检测 ４．４位置Ｅ检测 回波，表明有脱焊缺陷，见图ｌ２。从此也可以看出 钎料与环槽表面的钎焊质量易于保证。 位置Ｅ与位置Ｄ的情况类似，为端环与导条 钎焊区域，扫描图像见图ｌ５。在位置Ｅ发现导条 根部图像颜色较深，明显比Ｄ点颜色深，说明Ｅ点 的回波信号高于位置Ｄ的根部回波信号。由此 判断，位置Ｅ导条根部缺陷较为严重。对位置Ｅ 钎焊接头横截面进行渗透检测见图ｌ６。可以看 到导条根部有明显的缺陷显示。 图ｌ２位置Ｂ相控阵检测图像 ４．３位置Ｄ检测 位置Ｄ为端环与导条钎焊区域，要求钎料与 端环环槽、导条侧面及端面浸润良好，按前面的分 析，导条与端环之间的钎缝易出现未钎合。此位 置扫描图像见图ｌ３。 图Ｉ５位置 阵检测图像 图１３位置Ｄ相控阵检测图像 图ｌ６位置Ｅ截面渗透检测 ４９ 第５第５ｌ ｌ 卷（总第１９３期） （ ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—一 ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ）） Ｉｌ万脊１爆１龟扎 ｂ 在位置Ｄ或Ｅ的地方左右移动一点距离，可 以看到钎料表面区域底波依然可见，但导条根部 特别适合于各种电动机紫铜端环的探伤。 如果进一步校正测量参数，检测精度会更加 精确，这些优点有助于帮助技术人员、操作者及时 掌握端环钎焊情况，并及时调整工艺保障措施，特 别是在要求控制钎着率的场合，相控阵超声波探 测技术能发挥更大的优势。 参考文献 缺陷信号很弱，因为导条根部缺陷通常平行于表 面，如果入射声波与缺陷层不垂直，则接收不到来 自缺陷层的回波。而且因为可以看到导条两侧的 钎焊区域底波，说明声束已经穿过导条的侧壁，也 间接说明侧壁焊接的良好的，从图１６着色检查也 可以看出，导条与钎料的侧面钎焊面没有缺陷。 ［Ｉ］ 曲淑琴，成奇．铜排与端环钎焊的超声波检测［Ｊ］． ５ 结语 上海大中型电机，２００１，（３）：４６４８． ［２］ 钟志民，梅德松．超声相控阵技术的发展及应 通过对平底孔试块及实际工件探测试验，可 用［Ｊ］．无损检测ＮＤＴ．２００２，２４（２）：６９－７２． 以看出相控阵超声波探伤技术适合于电机转子端 ［３］徐波，史文卿．转子铜条与端环的焊接［Ｊ］．大电机 环钎焊，其优点主要体现在以下几个方面。 技术，２００５，（１）：２８－３１． ［４］ 中国机械工程学会焊接学会．焊接手册［Ｍ］．北京： （１）能够准确定位端环钎缝中缺陷的大小及 机械工业出版社，２００７． 深度，并能直观显示缺陷的形状，且能通过图像颜 ［５］ 刘长福，张彦新．超声波相控阵技术原理及特 色的深浅判断缺陷的程度。 点［Ｊ］．河北电力技术，２００８，２７（３）：２９—３１． （２）探头尺寸大，扫描范围大，端环的端面为 圆环平面，因此检测速度快，效率高，且不易产生 作者简介：连军男１９７０年生；毕业于佳木斯大学（原 漏检。 佳木斯工学院），现从事电机钎焊、熔化焊接工艺工作． （３）相控阵技术结合低频探头，探测深度大， 收稿日期：２０１６－０２－２５ （上接４２页）充足。 理论分析和实践表明导致灯泡贯流式发电机组径 （７）确保径向轴承间隙符合图纸要求。根据 向轴承瓦烧损的因素基本包含于上述内容之中， 主轴轴径实际尺寸重新配加工制作径向瓦，使径 任何一不利因素的存在都会导致径向轴承瓦烧 向轴承与主轴间隙符合图纸，重新更换配加工的 损；因此，须引起机组的生产制造、安装施工、运行 径向瓦。 （８）按图纸要求定位部件。重新加工钻铰反 维护以及检修等方面高度重视各个工作环节，消 推力座与轴承支架的销孔并安装定位销，使非转 除烧损轴承因素隐患，确保灯泡贯流式发电机组 动部件保持稳固。 能够长期稳定运行。 ４ 结语 作者简介：ｉ＇－Ｆｍｉ￣男１９６３年生；毕业于哈尔滨电机 通过对该机组二次烧损径向轴承瓦存在因素 厂职工大学机械制造工艺及设备专业。现从事水轮发电 的分析和采取的有效措施，经过再次更换径向瓦 机组安装技术指导工作・ 之后，机组顺利通过试运行并已投入商业运行。 收稿日期：２０１６－０５－２６ ５０
