专利名称：非晶合金铁芯制造方法
技术领域：
本发明涉及变压器铁芯制造领域，特别是涉及一种非晶合金铁芯制造方法。
背景技术：
非晶合金是在熔化的金属中添加一定量的玻璃成形剂，在高温熔融的条件下，利 用窄缝的陶瓷喷嘴快速淬冷浇铸而成。非晶合金具有玻璃结构相似的特点，使其不仅具有 优异的力学性能、物理性能和化学性能，更为重要的是采用这种快速急冷法生产非晶合金 的新技术比冷轧硅钢片工艺减少6 8道工序，可节约能源消耗60% 80%，是一种节能、 省时、高效的冶金手段。而且非晶合金具有低的矫顽力和高的磁导率，它在铁芯损耗上明显 低于取向冷轧硅钢片，其空载损耗可降低75%左右。所以，用非晶合金代替硅钢片制造变压 器铁芯是当今电网设备节能降耗的主要手段之一。由于非晶合金薄带的厚度非常薄，约为硅钢片的十分之一，因此非晶合金材料十 分便于制造卷铁芯变压器。目前，铁芯的主要结构有单环式卷铁芯和对接式铁芯。单环式 卷铁芯是将带材直接连续绕制成圆环形，不需切割，绕组直接绕制在环形铁芯上，这种铁芯 因为很少受力，性能较佳，但采用这种结构需专用的设备，费工费时，且只适用于小容量的 变压器。对接铁芯的各层带材端头是对接，接口处较平整，接口所在的下轭厚度不会大于其 他三边，但需将卷好的环形铁芯按最终接口位置沿径向整体切割，使得相应工艺及设备较 为复杂，且使成本相应增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种非晶合金铁芯制造方法，以改善现有技术的 缺失。本发明提供一种非晶合金铁芯的制造方法，包括以下步骤(1)切割与叠置非晶 合金带材，得到包括多组非晶合金片的铁芯叠片；(2)对所述铁芯叠片进行套装与成型，使 得每组非晶合金片两端搭接，得到成型铁芯；(3)对所述成型铁芯进行磁场热处理；(4)对 所述成型铁芯进行表面涂封。进一步的，所述步骤⑴包括切割非晶合金带材，得到多刀非晶合金片；在切割 的同时，逐刀叠置非晶合金片，构成一组非晶合金片；增加切割尺寸，继续以上两个步骤，得 到叠置于上组非晶合金片之外的另外一组非晶合金片；重复以上步骤，得到依次叠置的多 组非晶合金片，且该多组非晶合金片构成一套非晶合金片，且由内向外，每组非晶合金片的 尺寸逐渐增加；重复以上步骤，得到依次叠置的多套非晶合金片；切割与叠置最后一套非 晶合金片，叠置于以上所述多套非晶合金片之外，得到所述铁芯叠片。进一步的，所述铁芯叠片包括5至30套非晶合金片。进一步的，所述最后一套非晶合金片只包括一组非晶合金片，且其内每套非晶合 金片包括3至10组非晶合金片。进一步的，所述每组非晶合金片包括2到3刀非晶合金片。
进一步的，所述每刀与每组非晶合金片之间具有相应的增量和间距。进一步的，同组非晶合金片内，每刀非晶合金片之间的增量为1至2mm;同套非晶 合金片内，相邻每组非晶合金片之间的增量为3至7mm ；且由内向外依次增加。进一步的，所述非晶合金片之间的组间距为10至25mm。进一步的，所述步骤(2)包括将所述铁芯叠片移至成型台；由内向外按组搭接各 组非晶合金片的两端；调整各组非晶合金片，使各组非晶合金片的搭头尺寸达到设计要求， 完成铁芯叠片的套装；在完成套装的铁芯叠片外围包覆与非晶合金带材同宽的硅钢片，并 将硅钢片锁扣在所述铁芯叠片外围；在铁芯叠片内外放置模板，并捆扎住整个铁芯叠片，得 到成型铁芯。进一步的，所述非晶合金片的搭头尺寸为8至16mm。进一步的，所述非晶合金片的搭头尺寸为10至12mm。进一步的，所述非晶合金片的相邻接头的空隙为1至2mm。进一步的，所述步骤(3)所采用磁场热处理方式为纵向磁场热处理。进一步的，所述步骤(3)包括将所述成型铁芯置于热处理炉内；将炉内环境加热 到设定温度后保温一定时间；在升温、保温、降温阶段对所述成型铁芯施加一纵向磁场；对 所述成型铁芯进行降温冷却。进一步的，所述步骤(3)所采用磁场热处理方式为纵横复合磁场热处理。进一步的，所述步骤(3)包括将所述成型铁芯置于热处理炉内；将炉内环境加热 到设定温度后保温一定时间；在升温、保温阶段对所述成型铁芯施加一横向磁场；对所述 成型铁芯进行降温冷却；在降温阶段对所述成型铁芯施加一纵向磁场。进--步的，所述热处理设定温度为200至500°C。
进--步的，所述热处理设定温度为300至400°C
进--步的，所述保温时间为20至240min。
进--步的，所述保温时间为100至150min。
进--步的，所述降温冷却过程中的冷却速率为0. 5至25°C /min。
进--步的，所述降温冷却过程中的冷却速率为5至10°C /min。
进--步的，所述磁场强度为200至2000A/m。
进--步的，所述磁场强度为1000至1500A/m。
进--步的，所述步骤(4)包括校正并清理所述成型铁芯；在所述成型铁芯
面上涂刷粘结剂；烘烤所述成型铁芯，使得粘结剂固化；翻身所述成型铁芯；在所述成型铁 芯另一个端面上涂刷粘结剂；烘烤所述成型铁芯，使得粘结剂固化，其中所述粘结剂不覆盖 所述成型铁芯的搭接处。进一步的，所述烘烤温度为100至150°C，烘烤时间为10至45min。进一步的，所述粘结剂为环氧树脂或胶水。进一步的，所述胶水的粘度小于5000cps。进一步的，所述胶水的粘度小于2000cps。本发明所提供的非晶合金变压器铁芯的制造方法，主要包括切割叠置、套装成型、 磁场热处理以及表面涂封等步骤。利用本发明提供的方法生产非晶合金铁芯，可以满足不 同容量变压器的需求，且操作方便、自动化程度高、适宜批量化生产非晶合金变压器铁芯，有利于变压器节能新产品的推广应用，大大缓解目前我国用电超负荷的矛盾。
图1为本发明一实施例所提供的非晶合金铁芯的制造方法的流程示意图；图2为本发明一实施例所提供的切割叠置的流程示意图；图3为本发明一实施例所提供的铁芯叠片的结构示意图；图4为本发明一实施例所提供的套装成型的流程示意图；图5为本发明一实施例所提供的磁场热处理的流程示意图；图6为本发明另一实施例所提供的磁场热处理的流程示意图；图7与图8分别为固定式和分布式搭头结构铁芯的示意图。
具体实施例方式为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合具体实施例，对本发明做进一步的 描述。请参考图1，其为本发明一实施例所提供的非晶合金铁芯的制造方法的流程示意 图，如图所示，包括以下步骤Sl 切割与叠置非晶合金带材，得到包括多组非晶合金片的铁芯叠片；S2 对铁芯叠片进行套装与成型，使得每组非晶合金片两端搭接，得到成型铁芯；S3 对成型铁芯进行磁场热处理；S4 对成型铁芯进行表面涂封。可见，这种非晶合金铁芯的制造方法主要包括切割叠置、套装成型、磁场热处理以 及表面涂封等步骤。利用这种方法可以制造一种有缝搭接式卷铁芯结构，使得非晶合金带 材的搭接点均分布在铁芯的下轭处，从而方便铁芯打开套装线圈。具体描述如下一、切割叠置(步骤Si)请参考图2，其为本发明一实施例所提供的切割叠置的流程示意图，如图所示，包 括以下步骤Sll 切割非晶合金带材，得到多刀非晶合金片；S12 在切割的同时，逐刀叠置非晶合金片，构成一组非晶合金片；S13:增加切割尺寸，继续以上两个步骤，得到叠置于上组非晶合金片之外的另外 一组非晶合金片；S14:重复以上步骤，得到依次叠置的多组非晶合金片，且该多组非晶合金片构成 一套非晶合金片，且在由内向外，每组非晶合金片的尺寸逐渐增加；S15 重复以上步骤，得到依次叠置的多套非晶合金片；S16:切割与叠置最后一套非晶合金片，叠置于以上所述多套非晶合金片之外，得 到所述铁芯叠片。如此，整个铁芯叠片按照规定尺寸完成后，便可以移至成型台准备成型，请参考图 3，其便为铁芯叠片的结构示意图。具体而言，自动送料装置将非晶合金带材送到自动切割机的切割台上。在切割与 叠置之前，首先在切割台下方的叠片台中部放置一块载台10(通常为不锈钢平板)。从而，切割得到的非晶合金片便落在此载台上，并在此载台的作用下移动，保证改变切割尺寸后 的非晶合金片按设计要求落于该载台上。通常，铁芯叠片包括5 30套非晶合金片20。每套非晶合金片20包括3 10组
非晶合金片21、22、23、24......，但最后一套非晶合金片30只包括一组非晶合金片31，以
保证整个铁芯为一个搭接的整体。而每组非晶合金片包括2 3刀非晶合金片。因为由内 向外每刀与每组非晶合金片在搭接成铁芯时，需要一个尺寸的变化，故每刀与每组非晶合 金片之间具有相应的增量和间距。通常，同组内，每刀非晶合金片之间的增量为1 2mm ； 同套非晶合金片内，相邻每组非晶合金片之间的增量为3 7mm ；且由内向外依次增加；且 非晶合金片之间的组间距一般为10 25mm。通常，在切割叠置过程中，利用自动切割机对非晶合金带材进行自动切割与自动 叠置，利用可编程控制(PLC)方式可以实现叠接级数、搭接方式、气隙间距、套组件增量调 整，从而保证切割技术的高自动化和高可靠性。二、套装成型(步骤S2)将切割叠置好的非晶合金带材，即如图3所示的铁芯叠片，从切割区域移至成型 台，对铁芯叠片进行套装成型。由内向外逐层包裹各组非晶合金片，直至所有非晶合金片全 部套装完毕；用刮刀调整各组套装好的非晶合金片，保证各组非晶合金片搭头尺寸达到设 计尺寸，通常，搭头尺寸一般为8 16mm，较佳尺寸为10 12mm ；相邻接头的空隙一般为 1 2mm ；在铁芯的外围沿轴向包上一层与非晶合金带材宽度相同的硅钢片，并锁扣住；利 用工模具及液压撑等辅助工具在铁芯内外围各放置4块模板，并利用钢包带捆扎住整个铁 芯；将成型铁芯放置于退火支架上，等待退火。请参考图4，总结以上，将所述套装成型步骤概况如下S21 将铁芯叠片移至成型台；S22 由内向外按组搭接各组非晶合金片的两端；S23:调整各组非晶合金片，使各组非晶合金片的搭头尺寸达到设计要求，完成铁 芯叠片的套装；S24 在完成套装的铁芯叠片外围包覆与非晶合金带材同宽的硅钢片，并将硅钢片 锁扣在所述铁芯叠片外围；S25:在铁芯叠片内外放置模板，并捆扎住整个铁芯叠片，得到成型铁芯。三、磁场热处理(步骤3)非晶合金带材在急冷制备过程中，以及带材切割、卷曲、加工、运输过程中极易产 生应力，从而影响非晶合金铁芯的磁性能。为了消除铁芯中的应力，提高产品的性能，必须 对铁芯进行热处理。通常要将铁芯加热到较高温度，但应低于非晶合金的晶化温度，铁芯温度达到设 定温度后保温一定时间，然后冷却降温出炉。一般情况，根据铁芯所用原料带材的不同，热 处理采用的温度范围为200 500°C，最好采用的温度范围大约为300 400°C。铁芯温 度升高到设定温度后，一般采用的保温时间为20 240min，最好采用的保温时间为100 150min。降温冷却过程中的冷却速率范围一般为0. 5 25°C /min，最好采用的冷却速率范 围为 5 IO0C /minο为了增加去应力的效果以及有效降低铁芯的噪音，通常在热处理的同时施加一纵向磁场。该纵向磁场可以通过穿过铁芯中孔的通电电缆形成，也可以利用断面为矩形的铜 排代替电缆，铜排应穿过铁芯的正中心，以使磁场产生的磁力线在铁芯内分布更加均勻，增 加去应力的效果。铜排断面的尺寸一般为lOmmXSOmm，通电电流为直流电，纵向磁场的磁场 强度一般为200 2000A/m，最好采用的磁场强度为1000 1500A/m。概括以上得到磁场热处理的过程，如图5所示，包括以下步骤S31 将成型铁芯置于热处理炉内；S32 将炉内环境加热到设定温度后保温一定时间；S33 在升温、保温、降温阶段对成型铁芯施加一纵向磁场；S34:对成型铁芯进行降温冷却。为了提高磁场热处理的效果，优化非晶合金铁芯的磁性能，也可以采用纵横复合 磁场热处理，即在升温、保温阶段施加横向磁场，在降温阶段施加纵向磁场，从而充分利用 不同方向磁场的优点，提高非晶铁芯的磁性能。如图6，具体包括以下步骤S31，将成型铁芯置于热处理炉内；
S32，将炉内环境加热到设定温度后保温一定时间；
S33，在升温、保温阶段对所述成型铁芯施加一横向磁场；
S34，对成型铁芯进行降温冷却；
S35，在降温阶段对所述成型铁芯施加一纵向磁场。
四、表面涂封(步骤4)
非晶合金片退火后强度降低，容易脆裂形成铁屑碎片，如果这些碎片在线圈套装
过程中脱落而附着在线圈上，或者混入变压器壳体内的绝缘油中，则会降低变压器的绝缘 性能，更严重的情况可能发生短路烧毁变压器。因此，为防止非晶铁屑碎片从铁芯脱落，应 该在铁芯端面表面涂封一层粘结剂，同时粘结剂还可以将铁芯固定为一个整体，防止铁芯 片滑落或铁芯变形。在铁芯表面涂封之前，先用角尺校正铁芯，包括铁芯窗口尺寸的校正以及铁芯的 校直，使其尺寸、形状符合规范。铁芯表面涂封所用的粘结剂可以选用环氧树脂。涂封前，先用刷子清理铁芯端面 表面的灰尘；再用毛刷或者刮刀在铁芯一个端面上均勻涂刷环氧树脂，环氧树脂的厚度小 于2mm ；将铁芯推入烘箱内进行烘烤，使环氧树脂固化，烘烤温度一般为100 150°C，烘烤 时间一般为10 45min ；待树脂固化后将铁芯移出烘箱，翻身铁芯，进行另一端面的表面涂 封，其步骤同前。环氧树脂涂封的面积可以覆盖除铁芯搭头侧的其他全部端面面积；对于设 计有油孔的铁芯，只需覆盖部分端面面积。铁芯表面涂封所用的粘结剂可以选用胶水。涂封步骤类似于环氧树脂的涂封过 程，胶水的粘度一般小于5000cps，胶水的粘度最好小于2000cps。可见，利用本发明方法可制造一种有缝搭接式卷铁芯结构。需按照铁芯设计尺寸 将非晶带材剪切成设定长度，并逐层累积叠置，各个长度的非晶带材切割端相互搭接，使得 切割端在铁芯的定位区域形成一系列搭头，搭头在铁芯下轭处，方便铁芯打开套装线圈，铁 芯整体为四周带圆角的近似矩形。根据客户需求及设计要求，该铁芯可以分为两种结构，即 固定式搭头结构铁芯和分布式搭头结构铁芯，分别如图7与图8所示。图7为固定式搭头结构铁芯的示意图，所述铁芯由多套非晶合金片20组成，每套
920又包括多组非合金晶片21、22、23，每组非晶合金片21、22、23的数量为5-30片，每组21、 22,23内的非晶合金片具有相近的长度，由内向外各组非晶合金片21、22、23的长度逐次增 加，最后一组非晶合金片以内的每套非晶片20的组数相同，其组数与套数根据铁芯设计尺 寸确定，每套非晶合金片20中的各组由多片叠置的非晶合金带材折弯相互搭接而成，在固 定区域内形成一系列成直线型的搭头结构30。图8为分布式搭头结构铁芯的示意图，所述铁芯由多套非晶合金片20’组成，每套 20，又包括若干组非晶合金片21，、22，、23，，每组非晶合金片21，、22，、23，的数量为5-30 片，每组21’、22’、23’内的非晶合金片具有相近的长度，由内向外各组非晶合金片21’、 22’、23’的长度逐次增加，每套非晶合金片20’中的各组由多片叠置的非晶合金带材折弯相 互搭接而成，由内向外每套非晶合金片包括的组数依次增加一组，其组数与套数根据铁芯 设计尺寸确定，使得切割端的搭头区域相互错开，构成了分布式的搭头结构30’。以上仅为举例，并非用以限定本发明，本发明的保护范围应当以权利要求书所涵 盖的范围为准。
权利要求
一种非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，包括以下步骤(1)切割与叠置非晶合金带材，得到包括多组非晶合金片的铁芯叠片；(2)对所述铁芯叠片进行套装与成型，使得每组非晶合金片两端搭接，得到成型铁芯；(3)对所述成型铁芯进行磁场热处理；(4)对所述成型铁芯进行表面涂封。
2.根据权利要求1所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(1)包括 切割非晶合金带材，得到多刀非晶合金片；在切割的同时，逐刀叠置非晶合金片，构成一组非晶合金片；增加切割尺寸，继续以上两个步骤，得到叠置于上组非晶合金片之外的另外一组非晶 合金片；重复以上步骤，得到依次叠置的多组非晶合金片，且该多组非晶合金片构成一套非晶 合金片，且由内向外，每组非晶合金片的尺寸逐渐增加； 重复以上步骤，得到依次叠置的多套非晶合金片；切割与叠置最后一套非晶合金片，叠置于以上所述多套非晶合金片之外，得到所述铁 芯叠片。
3.根据权利要求2所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述铁芯叠片包括5至 30套非晶合金片。
4.根据权利要求3所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述最后一套非晶合 金片只包括一组非晶合金片，且其内每套非晶合金片包括3至10组非晶合金片。
5.根据权利要求4所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述每组非晶合金片 包括2到3刀非晶合金片。
6.根据权利要求5所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述每刀与每组非晶 合金片之间具有相应的增量和间距。
7.根据权利要求6所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是， 同组非晶合金片内，每刀非晶合金片之间的增量为1至2mm ；同套非晶合金片内，相邻每组非晶合金片之间的增量为3至7mm ；且由内向外依次增加。
8.根据权利要求6所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述非晶合金片之间 的组间距为10至25mm。
9.根据权利要求1所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(2)包括 将所述铁芯叠片移至成型台；由内向外按组搭接各组非晶合金片的两端；调整各组非晶合金片，使各组非晶合金片的搭头尺寸达到设计要求，完成铁芯叠片的 套装；在完成套装的铁芯叠片外围包覆与非晶合金带材同宽的硅钢片，并将硅钢片锁扣在所 述铁芯叠片外围；在铁芯叠片内外放置模板，并捆扎住整个铁芯叠片，得到成型铁芯。
10.根据权利要求9所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述非晶合金片的搭 头尺寸为8至16mm。
11.根据权利要求9所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述非晶合金片的搭 头尺寸为10至12mm。
12.根据权利要求9所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述非晶合金片的相 邻接头的空隙为1至2mm。
13.根据权利要求1所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤 (3)所采用磁场热处理方式为纵向磁场热处理。
14.根据权利要求13所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(3)包括 将所述成型铁芯置于热处理炉内；将炉内环境加热到设定温度后保温一定时间； 在升温、保温、降温阶段对所述成型铁芯施加一纵向磁场； 对所述成型铁芯进行降温冷却。
15.根据权利要求1所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(3)所采用 磁场热处理方式为纵横复合磁场热处理。
16.根据权利要求15所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(3)包括 将所述成型铁芯置于热处理炉内；将炉内环境加热到设定温度后保温一定时间； 在升温、保温阶段对所述成型铁芯施加一横向磁场； 对所述成型铁芯进行降温冷却； 在降温阶段对所述成型铁芯施加一纵向磁场。
17.根据权利要求14或16所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述热处理设 定温度为200至500°C。
18.根据权利要求17所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述热处理设定温 度为300至400°C
19.根据权利要求14或16所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述保温时间 为 20 至 240min。
20.根据权利要求19所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述保温时间为100 至 150mino
21.根据权利要求14或16所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述降温冷却 过程中的冷却速率为0. 5至25°C /min。
22.根据权利要求21所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述降温冷却过程 中的冷却速率为5至10°C /min。
23.根据权利要求14或16所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述磁场强度 为 200 至 2000A/m。
24.根据权利要求23所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述磁场强度为 1000 至 1500A/m。
25.根据权利要求1所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述步骤(4)包括 校正并清理所述成型铁芯；在所述成型铁芯一个端面上涂刷粘结剂； 烘烤所述成型铁芯，使得粘结剂固化；翻身所述成型铁芯；在所述成型铁芯另一个端面上涂刷粘结剂； 烘烤所述成型铁芯，使得粘结剂固化，其中 所述粘结剂不覆盖所述成型铁芯的搭接处。
26.根据权利要求25所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述烘烤温度为100 至150°C，烘烤时间为10至45min。
27.根据权利要求25所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述粘结剂为环氧 树脂或胶水。
28.根据权利要求27所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述胶水的粘度小 于 5000cps。
29.根据权利要求28所述的非晶合金铁芯的制造方法，其特征是，所述胶水的粘度小 于 2000cps。
全文摘要
本发明揭露了一种非晶合金铁芯的制造方法，包括以下步骤(1)切割与叠置非晶合金带材，得到包括多组非晶合金片的铁芯叠片；(2)对所述铁芯叠片进行套装与成型，使得每组非晶合金片两端搭接，得到成型铁芯；(3)对所述成型铁芯进行磁场热处理；(4)对所述成型铁芯进行表面涂封。利用以上方法生产非晶合金铁芯，可以满足不同容量变压器的需求，且操作方便、自动化程度高、适宜批量化生产非晶合金变压器铁芯，有利于变压器节能新产品的推广应用，大大缓解目前我国用电超负荷的矛盾。
文档编号H01F27/245GK101887800SQ200910051380
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者凌强, 吕学平, 周子元, 周永红, 张士岩, 徐华, 苏华, 陆春良, 陈飞 申请人:上海日港置信非晶体金属有限公司