牵引电机定子引线头电阻钎焊数值模拟

发布时间：2020-10-09 09:31

　　轨道车辆用大功率牵引电机中绕组引出线的并头及引出线与导电环之间是通过电阻钎焊技术实现连接的。列车在运行过程中,因为电负荷和热负荷高、高速运行、频繁起制动等原因,电机的焊接部位反复受到变化的扭曲力、电磁力、离心力、热应力等作用,非常容易发生断裂。断裂的原因与钎焊热循环使母材性能下降有关,研究电阻钎焊焊接温度场的特点及焊接热循环对接头组织与性能的影响对电机的生产及安全运行具有重要参考价值。本文以轨道车辆用牵引电机定子引线电阻钎焊接头为研究对象,首先对接头特殊位置点的焊接热循环曲线进行了实测,然后在有限元软件MSC.Marc中建立引线头电阻钎焊热、电耦合的有限元模型,通过与相同位置实测焊接热循环曲线的对比修正仿真模型,完成某型牵引电机定子几种典型接头电阻钎焊过程的数值仿真,研究其焊接温度场和焊接热循环的特征,并分析了焊接工艺参数的变化对温度场的影响规律,为优化焊接工艺参数提供理论依据。研究结果表明:焊接加热过程中,引线并头横向中心最高温度出现在钎缝中心,引线与回路环、引线与中性环最高温度出现在引线与石墨电极接触处,热影响区到达最高温度时刻比钎缝中心区迟后,停止加热时刻焊接温度达到最大值,此后进入冷却阶段,与加热过程相比,冷却速度慢于加热速度。三种接头沿引线横向温度分布略有不同,引线并头电阻钎焊温度场呈对称形态,引线与回路环、引线与中性环电阻钎焊温度场相似,呈不对称形态。三种接头沿引线纵向最高温区都不在钎缝中心,按钎缝前端、钎缝中心、钎缝末端和热影响区依次降低,最高温区的温度均比钎缝中心高出约10～30℃。引线并头钎缝边缘位置的温度比钎缝中心低85～120℃,引线与回路环该位置的温度比钎缝中心低30～60℃,引线与中性环该位置的温度比钎缝中心低50～77℃。引线并头的温度梯度比另外两种接头的陡,热量向引线延伸端传播的距离短,焊接热循环对引线并头热影响区的影响较另外两种接头形式小。综合考虑保证钎缝可靠连接和降低焊接热循环对母材性能的影响,引线并头的合理焊接参数为焊接电流1.9kA,焊接时间5s,引线与回路环的合理焊接参数为焊接电流1.98kA,焊接时间7.7s,引线与中性环的合理焊接参数为焊接电流2.14kA,焊接时间6.7s。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG454
【部分图文】：

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造中应用越来越普遍。列车在运行过程中，因为电负荷和热负荷高、高速运行、频繁起逡逑制动等原因，电机的焊接部位反复受到变化的扭曲力、电磁力、离心力、热应力等作用，逡逑非常容易发生断裂Ｍ如图１．１所示，断裂的原因与钎焊热循环使母材性能下降有关？，逡逑研究电阻钎焊焊接温度场的特点及焊接热循环对接头组织与性能的影响对电机的生产逡逑及安全运行具有重要参考价值。逡逑＼逡逑图１．１断裂接头宏观照片逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｍａｃｒｏ邋ｐｈｏｔｏｓ邋ｏｆ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ邋ｊｏｉｎｔ逡逑电阻钎焊方法与电阻点焊相似，通过电极压紧两个工件的钎焊处，使电流流经钎焊逡逑面形成回路，依靠钎焊面及毗连的部分母材中产生的电阻加热。电阻钎焊加热速度快，逡逑１逡逑

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电阻钎焊电极压力的目的不仅要保证从钎缝中排除多余的熔化钎料、钎剂残渣，同时也逡逑要保证被焊工件与钎料面有良好的电接触。逡逑电阻钎焊过程由预压、通电加热、冷却和休止四个阶段，如图１．３所示。在焊接过逡逑程中，保持焊接电流及电极压力不变，通电结束后压力维持一段时间。逡逑（１）

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对电极不是一件好事，单凭空气冷却是不够的。所以，电阻钎焊机中有一个循环水冷却逡逑系统，冷却水通过焊机电极装卡处探出一个中空的细铜管处流入，再由管外铜电极内流逡逑出，达到水冷目的，图１．４是电阻钎焊焊钳基本原理结构图。逡逑冷却水逡逑Ｉ邋￣逦Ｊ邋＿＿逡逑－Ｃ邋Ｃ逦Ｉ￣￣邋—逦＾逦逦＊Ｔ￣逡逑Ｊ１逡逑＿电极逡逑冷却水逡逑！逡逑图１．４焊钳示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｐｌｉｅｒｓ逡逑６逡逑

【参考文献】