电力百科｜立体卷铁心加工过程常见问题及解决方法

导语：立体卷铁心在加工过程中出现的直径超大、柱面形成波浪、拼装的垂直度偏差和退火后性能不合格等一系列问题，受到生产一线主管的重视，同时也受到了企业领导的高度重视，这不单单是个别企业立体卷铁心产品加工过程中质量管控出现的问题，也是立体卷铁心变压器行业存在的普遍现象，尤其是新上项目企业，对立体卷铁心加工 过程中出现的诸多问题还没有掌握实用的解决之道。立体卷铁心的加工质量直接影响到立体卷铁心变压器的产品质量，尤其是产品一致性，更是对把控产品质量降低报废率、提高产成品率在行业内的竞争力必须面对的实际问题，如何改善这些问题成为今天探讨的重要话题，如何解决实际问题请详细阅读这篇长文，或许能够帮您解决正在面临的问题。

（来源：配电变压器 作者：吴银川）

铁心直径超大

硅钢片的实际厚度和设计图纸的标准不一样，每一家硅钢生产企业的产品质量都有一定的参差不齐现象，即使是在国家标准的框架内生产出的合格产品（头尾料、次级品除外），每一卷的同板差也存在差异，关键是看谁家的同板差做的最小，国营大型钢厂的设备较好，材料厚度偏差相对较小，民营钢厂的相对次之这是不争的事实，同时民营钢厂间也有相对的差异，这就需要变压器或铁心企业在使用各家取向硅钢在加工过程中自己根据经验来辨别材料的质量是否符合自己的质量要求。 取向硅钢国家标准要求硅钢带厚度用0.01mm精度的千分尺在离钢带边缘不小于15mm的任何地方测量，宽度<150mm或>150-400mm的厚度为0.23mm、0.27mm、0.30mm的取向硅钢尺寸允许偏差。 取向硅钢带的厚度允许偏差、纵向厚度差、横向厚度差及宽度允许偏差应符合下表的规定。

取向硅钢带的不平度（波浪度）应不大于1.5%。

在任意2m测量长度上，取向硅钢带的镰刀弯应不大于1.0mm。

尺寸和外形应在距硅钢带头尾两端不小于3m的位置处测量。

硅钢带厚度应在距边部不小于15 mm的任意位置处测量。纵向厚度差是在任意2 m长度的钢带上，沿长度方向（平行于轧制方向）测得的厚度最大值与厚度最小值之差。横向厚度差为沿钢带宽度方向（垂直于轧制方向）测得的厚度最大值与厚度最小值之差。

不平度（波浪度）的测量硅钢带最大波的高度（h）和波长（L），计算得到钢带的不平度（h/L）×100％

硅钢片的加工过程中产生的毛刺对立体卷铁心直径超大有一定的影响，毛刺的存在势必会影响铁心质量，装配到变压器上会引起变压器的涡流加剧，会产生很多的热量，对变压器的质量和寿命产生一定的影响。那铁心在退火过程中是否能将毛刺烧掉呢？0.23-0.35取向硅钢加工毛刺允许控制在≤0.02mm，在纵剪和曲线开料加工过程中要严控毛刺的产生，当然了，没有毛刺也不现实，故而要经常检测，经常对刀具进行研磨，将毛刺控制在最小，因为如果是软毛刺在退火的时候可以烧掉，而硬的毛刺是烧不掉的。

结论及解决方法

结论：铁心直径差大与材料厚度有一定的直接关系。

解决方法：选取材料厚度均匀同板差小的硅钢带，有效控制加工毛刺（选择适合材料硬度和韧性的刀具）。

铁心柱面形成波浪

立体卷铁心在加工过程中可能会出现柱面形成波浪，这里应该区分两种情况。

第一种情况是退火前形成的波浪，这里可能是材料因素和设备因素较大，材料的平整度和前面讲到的厚度公差也会产生，还有一种就是材料本身就有卷边现象，尤其是大卷的两侧边料。纵剪或曲线开料时收卷力度过大造成卷料变形。卷绕铁心张力不够致使内框太松形成波浪。

第二种情况是退火后形成的波浪，这里可能产生的因素是模具芯块遇高温变形导致铁心松动形成波浪。还有就是上面说到的退火过程中软毛刺被烧后形成的空隙而部分硬的毛刺仍然存在导致柱面形成波浪。退火过程中升温和降温时速率的控制，出炉温度过高，出炉时的环境温度和湿度对铁心也有一定的影响。

结论及解决方法

结论：铁心柱面形成波浪与材料有直接关系、与内框太松有直接关系，与加工工艺、加工治具有直接关系、与退火过程升温降温时速率有直接关系。

解决办法：选取质量较好的取向硅钢，加工过程中严格把控人为因素对卷绕铁心的质量影响，选择耐高温模具芯块。

拼装的垂直度偏差

立体卷铁心是由三个几何尺寸相同的卷绕式铁心单框拼合成的三角形立体布置的铁心，用立体卷铁心制造的立体卷铁心变压器是一种节能型电力变压器，它创造性地改革了传统电力变压器的叠片式磁路结构和三相布局，使产品性能更为优化，如三相磁路完全对称，节电效果显著、噪音大大降低、散热及过载能力更强、结构紧凑体积小等。

单框拼装的立体铁心往往会产生垂直度偏差，这又是如何形成的呢？采用梯形硅钢带料卷绕而成的单框铁心，再将三个对称的单框铁心拼装而成等边三角形结构，完成立体卷铁心制作，然而，在拼装过程中经常会遇到拼接的面不吻合，形成垂直度的偏差。

1铁心设计数据偏差实际卷绕得不到预期的角度拼接无法吻合。

2、这是因卷铁心在加工过程中模具芯块的磨损对铁心的垂直度产生很大的影响，导致单框铁心用于拼装的垂直面不垂直。

3、三个单框尺寸误差过大。

4、模具芯块材质耐高温性能差变形过大。

结论及解决方法

结论：设计与实际相结合，设备与模具相结合，人机结合。

解决方法：形成正确的图纸设计，提高设备加工精度，更换耐高温模具材质。

退火后性能不合格

卷铁心变压器以其空载电流低、噪声低等优点，越来越受到国内广大用户的青睐。在卷铁心变压器的生产过程中，铁心的退火是非常重要的。实践证明，退火工艺直接影响整批铁心性能的优劣。若退火不当，可能会造成部分性能不合格或整批铁心的报废，给生产厂家造成很大的经济损失。

退火炉的选择非常重要，卷铁心退火炉最好选择卧式真空气冷退火炉，这是一款针对卷绕铁心设计的具备加热系统、真空系统、充气系统、水冷系统以及电气控制系统组成的专用退火设备。因具有结构简单、使用方便、安全可靠、价格低廉的特点，应用较为广泛。

对立体卷铁心进行热处理去应力退火是整个铁心加工过程中一道重要的环节，取向硅钢片的纵、曲线开料、卷绕、吊装等会使其导磁性能恶化，立体卷铁心经高温(800℃以上)真空退火处理，不仅消除了铁心的机械应力，而且细化了硅钢片的磁畴，提高了硅钢片二次再结晶能力，使硅钢片的性能大大优于其出厂时的性能。

硅钢片属于低碳钢，铁心渗碳容易变脆，所以用于铁心退火的框架一般采用低碳的0Cr13～2Crl3不锈钢，而铁心模具芯块也是至关重要的，前面多次提到模具芯块需要耐高温、防变形，这里更要求低碳、抗氧化，还要考虑企业投入的成本，因为使用不锈钢材质低碳的硬度不够，而高碳的对铁心有损害，故而模具芯块选择A3(Q235)低碳钢最为经济实惠。

严格按照退火炉供应商提供的退火工艺进行生产（这里涉及到退火炉的型号容量所以不能一概而论），退火过程中的升温、恒温、降温速率对铁心退火是否成功起到关键的作用，出炉温度和空气湿度对产品都会产生一定的影响，铁心产品退火质量取决于一套完整的加工工艺，这里不再赘述。退火后的铁心需要轻拿轻放，不宜有外力对其造成损害，尽量避免在变压器装配过程中铁心损耗增加。

结论及解决方法

结论：选择对的材料，选择好的退火设备，量身定做的退火工艺，选对适用的框架和芯块材质才能制造出合格的铁心产品。

解决办法：针对自身出现的问题一一对照，对现有退火设备是否有问题进行分析，强化工艺流程管理，对使用的炉具框架和芯块材质进行甄别，材质不对必须更换，否则生产再多的铁心合格率也不一定高。

结束语

综上所述，卷绕铁心不是拷贝，不是3D打印，无法复制，每一台铁心都参杂着材料本身（包括材料性能、纵剪质量、曲线开料质量，这跟收料松紧度也有关联）、人为因素（卷绕松紧度、波浪、垂直度）设备因素（纵剪线、曲线开料机、卷绕机、退火炉等）退火因素（温度控制、工艺流程、出炉时间、环境温度湿度）。 同一批次材料、同一工种、同一台机器在同一人的操作下产品性能会更接近些，但也有差异。

各家钢厂取向硅钢材料配方不同，硅钢的硬度和韧性也不同，对开料的刀具有不同的要求，企业不可能针对每一种材质更换刀具，所以纵剪和曲线开料加工出来的品质差异很大，故而进入卷绕铁心环节出现的加工质量差异也随之而来，再进入去应力退火环节的过程对退火炉的质量和工艺水平也提出不同的要求，一好百好，一损俱损，叠加因素不容忽视。