Indukcijsko lemljenje aluminija pomoću računara

Indukcijsko lemljenje aluminija pomoću računara

Indukcijsko lemljenje aluminijumom postaje sve češća u industriji. Tipičan primjer je lemljenje različitih cijevi na tijelo automobilskog izmjenjivača toplote. The indukcijski grijač za ovu vrstu procesa široko se koristi neokružujući postupak, koji se može nazvati stilom „potkova-ukosnica“. Za ove zavojnice, magnetsko polje i rezultujuća vrtložna struja su suštinski 3-D prirode. U ovim aplikacijama postoje problemi sa zajedničkim 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 fluksa. Nove indukcijske zavojnice, koje su eksperimentalno potvrđene u laboratoriju, proizvode dijelove sa kvalitetnijim spojevima na nekoliko proizvodnih mjesta.

Svaki automobil zahtijeva nekoliko različitih izmjenjivača topline (jezgre grijača, isparivači, kondenzatori, radijatori, itd.) Za hlađenje pogonskog sklopa, klimatizaciju, hlađenje uljem itd. Velika većina izmjenjivača topline za putnička vozila danas je izrađena od aluminija ili legura aluminija. 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 izrade nekoliko osnovnih tijela izmjenjivača topline, a zatim spoje različite konektore u sekundarnom postupku.

Tijela izmjenjivača toplote obično se sastoje od aluminijumskih rebara, cijevi i vodova zalemljenih u peći. Nakon lemljenja, izmjenjivači toplote se prilagođavaju za dati model automobila pričvršćivanjem ili najlonskih rezervoara ili najčešće različitih aluminijumskih cijevi s priključnim blokovima. Ove cijevi su pričvršćene MIG zavarivanjem, plamenom ili indukcijskim lemljenjem. U slučaju lemljenja potrebna je vrlo precizna kontrola temperature zbog male razlike u temperaturama topljenja i lemljenja aluminijuma (20-50 C ovisno o leguri, dopunskom metalu i atmosferi), visokoj toplotnoj provodljivosti aluminija i kratkoj udaljenosti od ostalih zglobovi lemljeni u prethodnoj operaciji.

Indukcijsko grejanje je uobičajena metoda za lemljenje različitih cijevi na sabirnike izmjenjivača toplote. Slika 1 je slika Indukcijsko lemljenje postavka za lemljenje cijevi na cijev na naglavku 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 spojeva: induktori u obliku školjke i potkovane ukosnice. Prigušnice "školjke" 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 upotrebe „školjkastog prigušivača“ je u tome što je zagrijavanje ujednačenijeg opsega i relativno je lako predvidjeti. Nedostatak prigušnice "Clamshell" je taj što je potreban mehanički sistem složeniji i što su jaki strujni kontakti relativno nepouzdani.

Induktori „potkovice-ukosnice“ proizvode složenije trodimenzionalne uzorke toplote od „školjki“. Prednost induktora u obliku potkove je u tome što je pojednostavljeno rukovanje dijelovima.

Lemljenje aluminijuma

Računarska 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 drugačije za neke dijelove, što bi rezultiralo nedovoljnom dubinom spoja, hladnim zglobovima i punjenjem metala koji se slijevaju uz zid cijevi zbog lokalnog pregrijavanja. Čak i nakon ispitivanja svakog izmjenjivača toplote 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 rukovalac 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 doživio, poput promjena u dijelovima zgloba (dimenzije i položaj) i nestabilnih i promjenljivih (u vremenu) električnih i toplinskih kontakata između cijevi, cijevi, prstena za punjenje itd. su inherentno nestabilni, a male varijacije ovih faktora mogu uzrokovati različitu dinamiku procesa. Na primjer, metalni prsten otvorenog punila 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 procesa. Kompjuterska simulacija je efikasan alat za analizu i optimizaciju procesa.

Tijekom procjene procesa lemljenja primijećene su snažne elektrodinamičke sile. U trenutku kada se napajanje uključi, potkovna zavojnica očito doživljava širenje uslijed nagle primjene elektrodinamičke sile. Stoga je induktor mehanički ojačan, uključujući ugrađenu dodatnu ploču od stakloplastike (G10) koja povezuje korijene dvije zavojnice. Druga demonstracija prisutnih elektrodinamičkih sila bilo je pomicanje rastopljenog dopunskog metala sa područja blizu bakarnih zavoja gdje je magnetsko polje jače. U normalnom procesu, popunjavajući metal ravnomjerno se raspoređuje oko zgloba zbog kapilarnih sila i gravitacije, za razliku od nenormalnog postupka kada dopunski metal može istjecati iz zgloba ili se kretati prema površini cijevi.

jer indukciono lemljenje aluminijumom je vrlo složen proces, nije moguće očekivati ​​preciznu simulaciju cijelog lanca međusobno povezanih pojava (elektromagnetskih, toplotnih, mehaničkih, hidrodinamičkih i metalurških). Najvažniji i najkontroliraniji proces je stvaranje elektromagnetskih izvora toplote, koji su analizirani pomoću programa Flux 3D. Zbog složene prirode postupka indukcijskog lemljenja, za dizajn i optimizaciju procesa korištena je kombinacija računalne simulacije i eksperimenata.

 

Induction_Aluminium_Brazing with Computer_Assisted

=