[发明专利]利用红外和热力方法的杆式绕组定子焊接接头的无损评价

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用辐射-红外热成像法评价电力装置的焊接部的方法和系统。

背景技术

例如电动机和发电机这样的电力装置具有固定到电动机/发电机的外壳内的定子，这种电力装置是众所周知的。安装在转轴上的转子同轴地定位在定子中，且可绕转轴的纵向轴线相对定子转动，以传递电动机的力。电流流过定子绕组形成磁场，引起转子和转轴转动。

一些定子一般被配置为环形的环且由磁性钢的堆叠薄盘结构或叠片结构形成。通常，特定形式的铜绕组被配置在叠片结构的槽逢中，电流从中流过以磁化定子组件且产生引起转子转动的力。

杆式绕组定子（bar wound stator）是包括具有多个成形磁导线的绕组的特殊形式的定子，该成形磁导线也称为预成型线（preformed wire）、型线（formed wire）、定型弯丝（wire form）、发式杆材（hair pin）、杆销（bar pin）,成形杆材（formed bars）、杆线材（bar wires）。该杆材（bar）可以由粗铜导线制成，具有矩形横截面并通常配置为在一端具有弯曲部分并通常在相反的一端变为两个导线端部的成形形状。杆准确地成形为预定的形状，以预定的形式插进杆式绕组定子的定子矩形槽缝中。

通常，杆的弯曲端从叠片结构的一端突出出来而杆的导线端从叠片结构的相反端突出出来。插入后，从叠片结构突出出来的导线的笔直部分被弯曲，以形成导线与导线的复杂交织结构（weave），形成多个导线端对。临近的成对导线端通常连接起来形成电连接，其方式是通过将一个导线端焊接到它临近的或成对的导线端来形成焊接接头，其中例如用电弧焊将每一对导线分别地焊接起来，由此产生的交织形式（weave pattern）和多个焊接接头决定流过电动机的电流的流动。

每一对导线端部之间的焊接接头的导电率和整体完整性是决定电动机质量和性能的重要因素。接头质量受导线的可焊接性、导线端部的几何形状、焊接前导线表面的清洁、引入焊接部的气孔和微裂隙、电弧焊过程中的飞溅、焊接部的横截面或表面面积和其他因素的影响。接头质量还受由于弯曲过程造成的临近导线端部定位情况的影响，其中导线端部互相的间隔和距离可促成焊接接头的变化。过程中的可变性和每个线端对的构造可导致每个线端对的电连接的变化。当电动机处于运行中，例如由于具有最小表面或横截面积或具有小热影响区域的焊接部，这会造成电动机运行的热力变化，焊接接头的局部过载导致绕组中电流不连续，即开路。电动机运行中的失效可导致消费者不满、停工期和/或生产力损失、和/或维修或保修成本。

有损测试方法，例如金相学评价方法和/或机械测试，也可用于评价焊接部质量。焊接接头的视觉检验为焊接部质量检验提供了无损方法，然而在检验微小的表面或横截面面积的焊接部时不够有效，视觉检验也不能提供对热影响区的有效尺寸的评价。包括杆式绕组定子的电动机组件的功能性生产线末端测试（functional end of line test）供了电动机及其绕组的电气性能的一般性评价，然而不足以将定子内的具体焊接部鉴定为电气性能差的直接原因。进一步来说，在定子的生产线末端测试后定子焊接部的评价要求拆卸定子，以检查定子焊接部，引起定子和电动机的拆卸、测试、重做、重新组装和重置相关联的费用。

发明内容

本文提供了对包括多个焊接部的焊接接头阵列进行无损评价的方法和系统。该评价方法和系统一般地基于当电流通过焊接接头阵列传导时多个焊接接头中温度增加的准确映射，其中映射是利用热图像技术进行的。在非限制实施例中，焊接接头阵列可由定子组件的导线端部的经焊接导线端对限定。定子组件可被配置为包括多个杆销的杆式绕组定子，每个杆销包括一个或多个形成多个导线端对的导线端部。本系统可包括电流源、红外摄像机，和处理器，其中电流源被配置为选择性地连接多个焊接部并提供预定水平的电流，以激励或通电多个焊接部，红外摄像机被配置为捕捉被激励的多个焊接部的至少一个热力图像，处理器被配置为分析所述至少一个热力图像来确定多个焊接部中的至少一个的质量。红外摄像机可被配置为随时间捕捉多个被激励的焊接部的多个热力图像。处理器可进一步被配置为估计至少一个焊接部的尺寸，来决定至少一个焊接部的温度在预定的时间是否超过了预定的值，和/或利用多个热像图生成多个焊接部中至少一个焊接部的预定水平电流下的温度-时间曲线，并通过将至少一个焊接部的温度-时间图和至少一个参考温度-时间图对比，以确定至少一个焊接部的质量。