Induktion Aluminium lodning med computerassisteret

Induktion Aluminium lodning med computerassisteret

Induktionslodning af aluminium bliver mere og mere almindeligt i industrien. Et typisk eksempel er lodning af forskellige rør til en bilvarmevekslerhus. Det induktionsvarmeflade anvendt i vid udstrækning til denne type proces er en ikke-omsluttende, som kan kaldes "Horseshoe-hairpin" -stil. For disse spoler er magnetfeltet og den resulterende virvelstrømsfordeling i sagens natur 3-D. I disse applikationer er der problemer med fælles kvalitet og sammenhæng i resultaterne fra del til del. For at løse et sådant problem for en stor bilproducent blev Flux3D computersimuleringsprogram brugt til processtudie og optimering. Optimering inkluderede ændring af induktionsspolen og magnetisk flux-controller-konfiguration. Nye induktionsspoler, som eksperimentelt er valideret i et laboratorium, producerer dele med samlinger af højere kvalitet på flere produktionssteder.

Hver bil kræver flere forskellige varmevekslere (varmekerner, fordampere, kondensatorer, radiatorer osv.) Til drivkøling, klimaanlæg, oliekøling osv. Langt størstedelen af ​​personbilens varmevekslere i dag er lavet af aluminium eller aluminiumslegeringer. Selvom den samme motor bruges til flere bilmodeller, kan forbindelserne variere på grund af forskellige layouts under motorhjelmen. Af denne grund er det almindelig praksis for producenter af dele at fremstille flere grundlæggende varmevekslerlegemer og derefter fastgøre forskellige stik i en sekundær operation.

Varmevekslerlegemer består normalt af aluminiumsfinner, rør og tophoveder loddet sammen i en ovn. Efter lodning tilpasses varmevekslere til den givne bilmodel ved at fastgøre enten nylontanke eller oftest forskellige aluminiumsrør med forbindelsesblokke. Disse rør er fastgjort enten ved MIG-svejsning, flamme eller induktionslodning. I tilfælde af lodning kræves der meget præcis temperaturregulering på grund af den lille forskel i smelte- og loddetemperaturer for aluminium (20-50 C afhængigt af legering, fyldstofmetal og atmosfære), høj varmeledningsevne af aluminium og kort afstand til andre led loddet i en tidligere operation.

Induktionsvarme er en almindelig metode til lodning af forskellige rør til varmevekslerhoveder. Figur 1 er et billede af en Induktion lodning opsætning til lodning af et rør til et rør på en varmevekslerhoved. På grund af kravene til præcis opvarmning skal induktionsspolens overflade være tæt på den samling, der skal loddes. Derfor kan en simpel cylindrisk spole ikke bruges, fordi delen ikke kunne fjernes, efter at leddet er loddet.

Der er to hovedinduktionsspolestilarter, der bruges til lodning af disse led: induktorer med "clamshell" og "hestesko-hårnål". "Clamshell" -induktorer ligner cylindriske induktorer, men de åbner for at tillade fjernelse af dele. "Hestesko-hårnål" -induktorer er formet som en hestesko til pålæsning af delen og er i det væsentlige to hårnålsspoler på modsatte sider af leddet.

Fordelen ved at bruge en "Clamshell" -induktor er, at opvarmningen er mere ensartet i omkreds og relativt let at forudsige. Ulempen ved en "Clamshell" -induktor er, at det krævede mekaniske system er mere kompliceret, og de høje strømkontakter er relativt upålidelige.

"Hestesko-hårnål" -induktorer producerer mere komplicerede 3-D-varmemønstre end "Clamshells". Fordelen ved en "Horseshoe-hairpin" -spole er, at delhåndteringen er forenklet.

Induktion Aluminium Lodning

Computersimulering optimerer lodning

En stor producent af varmevekslere havde kvalitetsproblemer med lodning af leddet vist i fig. 1 ved hjælp af en induktor med hestesko-hårnål. Loddesamlingen var god for de fleste dele, men opvarmning ville være helt forskellig for nogle dele, hvilket resulterede i utilstrækkelig fugedybde, kolde samlinger og fyldstof metal løber op ad rørvæggen på grund af lokal overophedning. Selv ved test af hver varmeveksler for lækager lækkede nogle dele stadig ved denne samling i drift. Center for Induction Technology Inc. blev kontraktet til at analysere og løse problemet.

Den strømforsyning, der bruges til jobbet, har en variabel frekvens på 10 til 25 kHz og en nominel effekt på 60 kW. I lodningsprocessen installerer en operatør en påfyldningsmetalring på rørenden og indsætter røret inde i røret. En varmeveksler placeres på en speciel rig og flyttes inde i hesteskoinduktoren.

Hele loddeområdet er forudfluxet. Frekvensen, der bruges til at opvarme delen, er typisk 12 til 15 kHz, og opvarmningstiden er omkring 20 sekunder. Effektniveauet er programmeret med lineær reduktion i slutningen af ​​opvarmningscyklussen. Et optisk pyrometer slukker for strømmen, når temperaturen på bagsiden af ​​leddet når en forudindstillet værdi.

Der er mange faktorer, der kan forårsage den inkonsistens, producenten oplevede, såsom variation i samlingskomponenter (dimensioner og position) og ustabil og variabel (i tid) elektrisk og termisk kontakt mellem rør, rør, påfyldningsring osv. Nogle fænomener er i sagens natur ustabile, og små variationer af disse faktorer kan forårsage forskellige procesdynamikker. For eksempel kan den åbne fyldningsmetalring delvist slappe af under de elektromagnetiske kræfter, og den frie ende af ringen kan blive suget tilbage af kapillarkræfter eller forblive usmeltet. Støjfaktorerne er vanskelige at reducere eller eliminere, og løsningen på problemet krævede øget robusthed i den samlede proces. Computersimulering er et effektivt værktøj til at analysere og optimere processen.

Under evalueringen af ​​hårdlodningsprocessen blev der observeret stærke elektrodynamiske kræfter. I det øjeblik, strømmen tændes, oplever hesteskoens spole tydeligt en ekspansion på grund af en pludselig anvendelse af elektrodynamisk kraft. Således blev spolen gjort mekanisk stærkere, herunder inkorporering af en ekstra glasfiberplade (G10), der forbinder rødderne af to hårnålsspoler. Den anden demonstration af tilstedeværende elektrodynamiske kræfter var forskydningen af ​​smeltet fyldstof væk fra de områder tæt på kobbersvingninger, hvor magnetfeltet er stærkere. I en normal proces fordeles fyldmetal ensartet omkring leddet på grund af kapillarkræfter og tyngdekraft i modsætning til en unormal proces, hvor fyldstof kan løbe ud af samlingen eller bevæge sig op langs røroverfladen.

Fordi induktion aluminium lodning er en meget kompliceret proces, er det ikke muligt at forvente en nøjagtig simulering af hele kæden af ​​indbyrdes koblede fænomener (elektromagnetisk, termisk, mekanisk, hydrodynamisk og metallurgisk). Den vigtigste og kontrollerbare proces er dannelsen af ​​elektromagnetiske varmekilder, som blev analyseret ved hjælp af Flux 3D-programmet. På grund af den komplekse karakter af induktionslodningsprocessen blev en kombination af computersimulering og eksperimenter brugt til procesdesign og optimering.

 

Induction_Aluminum_Brazing with Computer_Assisted