Indukcijsko lemljenje aluminija pomoću računala

Indukcijsko lemljenje aluminija pomoću računala

Indukcijsko lemljenje od aluminija postaje sve češća u industriji. Tipičan primjer je lemljenje različitih cijevi na tijelo automobilskog izmjenjivača topline. The indukcijski grijač za ovu vrstu postupka široko se koristi onaj koji ne obuhvaća postupak, a koji se može nazvati stilom "potkova-ukosnica". Za ove zavojnice magnetsko polje i rezultirajuća raspodjela vrtložnih struja u biti su trodimenzionalne prirode. U tim aplikacijama postoje problemi s zajedničkom kvalitetom i dosljednošću rezultata od dijela do dijela. Da bi se riješio jedan takav problem za velikog proizvođača automobila, za proučavanje i optimizaciju procesa korišten je računalni simulacijski program Flux3D. Optimizacija je uključivala promjenu konfiguracije indukcijske zavojnice i regulatora magnetskog toka. Nove indukcijske zavojnice, koje su eksperimentalno potvrđene u laboratoriju, proizvode dijelove s kvalitetnijim spojevima na nekoliko proizvodnih mjesta.

Za svaki automobil potrebno je nekoliko različitih izmjenjivača topline (jezgre grijača, isparivači, kondenzatori, radijatori itd.) Za hlađenje pogonskog sklopa, klimatizaciju, hlađenje uljem itd. Velika većina izmjenjivača topline za osobna vozila danas je izrađena od aluminija ili aluminijskih legura. Čak i ako se isti motor koristi za nekoliko modela automobila, veze mogu varirati zbog različitih rasporeda ispod haube. Iz tog razloga je uobičajena praksa da proizvođači dijelova izrađuju nekoliko osnovnih tijela izmjenjivača topline, a zatim sekundarnim načinom rada pričvršćuju različite konektore.

Tijela izmjenjivača topline obično se sastoje od aluminijskih rebara, cijevi i vodova zalemljenih u peći. Nakon lemljenja, izmjenjivači topline prilagođavaju se određenom modelu automobila pričvršćivanjem ili najlonskih spremnika ili najčešće različitih aluminijskih cijevi s priključnim blokovima. Te su cijevi pričvršćene MIG zavarivanjem, plamenom ili indukcijskim lemljenjem. U slučaju lemljenja potrebna je vrlo precizna kontrola temperature zbog male razlike u temperaturama taljenja i lemljenja aluminija (20-50 C ovisno o leguri, dodatnom metalu i atmosferi), visokoj toplinskoj vodljivosti aluminija i kratkoj udaljenosti od ostalih zglobovi lemljeni u prethodnoj operaciji.

Indukcijsko grijanje je uobičajena metoda za lemljenje različitih cijevi na sabirnike izmjenjivača topline. Slika 1 je slika sustava Indukcijsko lemljenje postavka za lemljenje cijevi na cijev na zaglavlju izmjenjivača topline. Zbog zahtjeva za preciznim zagrijavanjem, površina indukcijske zavojnice mora biti u neposrednoj blizini spoja za lemljenje. Stoga se ne može koristiti jednostavna cilindrična zavojnica, jer se dio nije mogao ukloniti nakon lemljenja spoja.

Postoje dva glavna načina indukcijske zavojnice koja se koriste za lemljenje ovih zglobova: induktori u obliku školjke i potkovice. Prigušnice "Clamshell" slične su cilindričnim prigušnicama, ali se otvaraju kako bi se omogućilo uklanjanje dijelova. Induktori "potkovice-ukosnice" oblikovani su poput potkove za učitavanje dijela i u osnovi su dvije zavojnice ukosnice na suprotnim stranama zgloba.

Prednost primjene prigušnice "Clamshell" je što je zagrijavanje ujednačenijeg opsega i relativno lako ga je predvidjeti. Nedostatak prigušnice "Clamshell" je taj što je potreban mehanički sustav složeniji i što su jako strujni kontakti relativno nepouzdani.

Induktori "potkovice-ukosnice" proizvode složenije trodimenzionalne uzorke topline od "školjki". Prednost induktora u stilu "Potkova-ukosnica" je u tome što je pojednostavljeno rukovanje dijelovima.

Lemljenje indukcijskim aluminijem

Računalna simulacija optimizira lemljenje

Veliki proizvođač izmjenjivača topline imao je problema s kvalitetom lemljenja spoja prikazanog na slici 1 pomoću induktora u obliku potkove. Spoj za lemljenje bio je dobar za većinu dijelova, ali grijanje bi bilo potpuno različito za neke dijelove, što bi rezultiralo nedovoljnom dubinom spoja, hladnim zglobovima i punjenjem metala koji se protežu uz zid cijevi zbog lokalnog pregrijavanja. Čak i nakon ispitivanja svakog izmjenjivača topline na curenje, neki dijelovi su i dalje curili na ovom spoju u radu. Za analizu i rješavanje problema angažiran je Centar za indukcijsku tehnologiju Inc.

Napajanje koje se koristi za posao ima promjenjivu frekvenciju od 10 do 25 kHz i nazivnu snagu od 60 kW. U procesu lemljenja operater postavlja metalni prsten za punjenje na kraj cijevi i ubacuje cijev u cijev. Izmjenjivač topline postavlja se na posebnu platformu i pomiče unutar induktora potkove.

Čitavo područje lemljenja je prefluksirano. Frekvencija koja se koristi za zagrijavanje dijela obično je 12 do 15 kHz, a vrijeme zagrijavanja je oko 20 sekundi. Razina snage programira se s linearnim smanjenjem na kraju ciklusa grijanja. Optički pirometar isključuje napajanje kada temperatura na stražnjoj strani spoja dosegne unaprijed zadanu vrijednost.

Mnogo je čimbenika koji mogu uzrokovati nedosljednosti koje je proizvođač proživljavao, poput promjena u dijelovima zgloba (dimenzije i položaj) te nestabilnih i promjenjivih (u vremenu) električnih i toplinskih kontakata između cijevi, cijevi, prstena za punjenje itd. Neki fenomeni su u osnovi nestabilni, a male varijacije ovih čimbenika mogu uzrokovati različitu dinamiku procesa. Na primjer, otvoreni metalni prsten za punjenje može se djelomično odmotati pod elektromagnetskim silama, a slobodni kraj prstena može se usisati kapilarnim silama ili ostati neotopljen. Čimbenike buke teško je smanjiti ili ukloniti, a rješenje problema zahtijevalo je povećanje robusnosti cjelokupnog postupka. Računalna simulacija učinkovit je alat za analizu i optimizaciju procesa.

Tijekom procjene postupka lemljenja primijećene su snažne elektrodinamičke sile. U trenutku kada se napajanje uključi, potkovičasta zavojnica očito doživljava širenje uslijed nagle primjene elektrodinamičke sile. Tako je induktor mehanički ojačan, uključujući ugrađenu dodatnu ploču od stakloplastike (G10) koja povezuje korijene dviju zavojnica. Druga demonstracija prisutnih elektrodinamičkih sila bilo je pomicanje rastopljenog metala za punjenje sa područja blizu bakrenih zavoja gdje je magnetsko polje jače. U normalnom procesu, punilo se ravnomjerno raspoređuje oko spoja zbog kapilarnih sila i gravitacije, za razliku od nenormalnog postupka u kojem puni metal može istjecati iz spoja ili se kretati prema površini cijevi.

Jer indukcijsko lemljenje aluminija je vrlo kompliciran postupak, nije moguće očekivati ​​točnu simulaciju cijelog lanca međusobno povezanih pojava (elektromagnetskih, toplinskih, mehaničkih, hidrodinamičkih i metalurških). Najvažniji i najkontroliraniji postupak je stvaranje elektromagnetskih izvora topline, koji su analizirani pomoću programa Flux 3D. Zbog složene prirode postupka indukcijskog lemljenja, za dizajn i optimizaciju procesa korištena je kombinacija računalne simulacije i pokusa.

 

Indukcija_Aluminij_Brazing uz pomoć računala