屏蔽電泵銅條轉子焊縫的X射線檢測應用

韓國玉

(佳木斯電機股份有限公司,黑龍江佳木斯154002)

0 引言

屏蔽電泵是由屏蔽電動機和泵組成一體的無泄漏泵,主要由泵體、葉輪、定子、轉子、前后軸承及推力盤等零部件組成,其中定子和轉子用不銹鋼屏蔽套隔離起來。轉子作為電動機的核心部分,其質量的好壞對電機的使用有直接的影響。電動機在起動過程中,短路環電流密度過大而造成溫度急劇上升,同時導條受高溫變形發軟,機械強度下降,在熱應力、電磁力及離心力的反復作用下,首先是短路環焊接處疲勞而斷裂,少數焊接薄弱處則因接觸電阻過大而呈現局部高溫將導條燒斷和開焊,使電泵無法正常工作。我公司在銅條轉子最初研制階段,焊接方式為氬弧打底再結合火焰釬焊,加工后厚度為25mm,焊料為銀銅焊料,其牌號為312,焊劑為CJ401,呈白色粉末。焊接質量很不穩定,難以控制。進行滲透檢測時會出現大量缺陷顯示。在電泵試驗過程中發現,不僅表面存在缺陷,內部也有斷條的情況,無法按照工藝進行批量生產。

當射線穿過工件時,如果工件內部結構不連續,將引起透射射線強度的變化,這種變化會通過底片上的影像顯示出來。故通過X射線探傷進一步檢測銅條轉子內部缺陷對改進其焊接工藝顯得尤為重要。

1 某工程屏蔽泵銅條轉子結構及滲透檢測結果

該轉子是鼠籠結構,在硅鋼片的槽中插入銅條,端頭露出的銅條固定在銅端環里,端環有坡口和銅條的接觸位置用氬弧焊焊接,每一側的20根銅條端面用釬焊焊接,將銀銅焊料熔化后使之連在一起。銅條含銅量在99.9%以上;添加的銀銅焊料的含銀量在15%左右。采用的焊接方式為氬弧打底再結合火焰釬焊,充分冷卻后對端環進行加工,厚度為25mm,長度20mm。銅條轉子滲透檢測結果如圖1所示,發現滲透檢測位置存在大量缺陷。

圖1 銅條轉子滲透檢測結果

2 X射線檢測銅條轉子的具體檢測方法

按照設計要求,在焊接的內部層面,尤其是銅條的端頭和銀銅焊料的熔合面不能出現斷條或者大于三分之一銅條端面的缺陷。圖紙要求參考NB/T 47013.2《承壓設備無損檢測第2部分：射線檢測》(以下簡稱“標準”)中,鋼、鎳、銅制承壓設備各級別熔化焊焊接接頭的評定標準,焊接質量保證Ⅱ級合格的情況下,按射線的檢測結果,進行總結經驗,持續改進,將焊接質量提高到Ⅰ級到或達接近Ⅰ級水平。此檢測任務沒有標準和透照工藝參考,且工件結構和焊接的特殊性,對射線檢測工作也是考驗。

2.1 透照方法

按“標準”規定該銅條轉子透照位置直徑95mm(壁厚25mm×2+內徑45mm)屬于小徑管,因為檢測部位是銅條的端部,所以只能垂直透照,結合公司實際檢測能力(透照50mm是射線機的極限),銅的密度大于鐵的密度,機器照不透,只能采用單壁垂直透照,射線束中心盡量平行于銅條端面,有利于檢出斷條等關鍵性缺陷。

2.2 膠片尺寸和暗袋的選擇

工件內徑只有45mm左右,沒有合適的膠片選用,也沒有如此小的暗袋可用。采用把膠片和增感屏裁成40mm×60mm大小,一次拍攝銅條轉子一側兩根銅條,剪裁的暗袋外邊用黑色塑料包裹。在實踐中,此方法雖然不錯,但塑料布很容易劃破造成膠片跑光,故外邊包裹換成了結實、柔軟、容易折疊的2000目金相砂紙,既不占空間,又很好的解決了膠片易跑光的問題。暗袋具體擺放方式如圖2所示。

圖2 銅條轉子射線暗袋擺放示意圖

在射線拍攝時,將膠片用金相砂紙包裹好,用膠帶粘牢,防止跑光,膠片緊貼銅條轉子內壁,并用泡沫填充空隙,防止拍攝時脫落。由于拍攝部位狹小且在轉子端頭,必須進行散射線遮擋,現場采用5mm鉛皮遮擋,防止散射線從轉子兩側端部進入轉子內,影響底片質量。

2.3 射線參數的選擇

我公司采用比利時ICM-C3005射線機進行射線拍攝,硅鋼片的密度7.7g/cm3,銅條的密度是8.9g/cm3,銀銅焊料的密度約是11g/cm3給射線檢測帶來了不小的難度。經過試驗對比發現,膠片選用愛克發C4,射線參數選取270kV,3min,F=600mm,成像質量相當不錯,黑底2.5,像質指數11,符合標準要求,射線底片如圖3所示。

圖3 銅條轉子射線底片示意圖

3 工藝改進前射線檢測結果

評級按圖紙規定參照《標準》中表13[2],其它應符合相應條款。

表13 鋼、鎳、銅制承壓設備各級別熔化焊焊接接頭允許的圓形缺陷點數

通過射線檢測,底片如圖4所示。發現在熔合面容易出現大量氣孔和夾渣缺陷,將缺陷部位用車床車開后觀察,在導條端面存在焊料未充滿或未完全熔化的現象,由于工件和透照參數沒有變化,在后續的拍攝中沒有放置像質計。

圖4 火焰釬焊轉子射線檢測底片

銅條轉子的焊接質量通過射線檢測達不到《標準》中的Ⅱ級規定,也不符合銅條轉子設計圖紙的要求。

4 工藝改進方案及改進后檢測結果

插銅條轉子焊接是屏蔽泵制造中的關鍵環節,隨著一次次的射線檢測和工藝改進,使無損檢測的實施情況、結果的信息反饋,改進產品質量的重要性得到了充分體現。最后焊接方式為氬弧打底結合感應釬焊,感應釬焊有加熱均勻;加熱速度快的優點。在銅條轉子一端呈環形以整體加熱的方式,每次轉子一側的銅條一次焊接完成。

工藝改進后射線底片如圖5所示,銅條界限清晰分明,端頭熔合良好,沒有焊接缺陷顯示,完全符合《標準》中Ⅰ級驗收標準和設計要求。

圖5 新工藝射線檢測底片

5 結語

本文基于對我公司生產的銅條轉子焊縫的X射線檢測應用,證實了射線檢測不僅在生產時保障了產品質量,也對設計和工藝改進起到至關重要的作用。對于非常規的零部件檢測時,在設計要求和標準允許的范圍內,要開動腦筯,結合實際情況找到可行的檢測方法,提高缺陷檢出率。開展本次銅條轉子焊縫質量射線檢測應用及工藝改進工作,為類似結構產品的檢測提供了參考。