Indukciós forrasztási alumínium csövek nagyfrekvenciás indukciós fűtéssel
Az újszerű alkalmazási területek indukciós elemezni kell a fűtött alkatrészek belső hőmérséklet-eloszlását, figyelembe véve a megfelelő szerkezeteket és az anyag tulajdonságait. A végeselemes módszer (FEM) hatékony eszközt jelent az indukciós fűtési folyamatok ilyen elemzésének és optimalizálásának elvégzésére összekapcsolt elektromágneses és termikus numerikus elemzések és szimulációk segítségével.
A hozzájárulás fő célja annak jelzése, hogy számszerű szimuláció és elvégzett kísérletek alapján megfelelő, kifinomult és hatékony indukciós keményforrasztási technológia alkalmazható-e a napkollektorok gyártásához.
Problémaleírás
Ez a munka a forrasztási folyamathoz alkalmas napkollektorok alkatrészeinek, nevezetesen a gyűjtőcsövek alkatrészeinek (1a. Ábra) tervezésével foglalkozik. A csövek az AW 3000 típusú Al ötvözetből készülnek, az 1. táblázatban megadott kémiai összetételű. A keményforrasztáshoz az Al 104 típusú ötvözetet használjuk (2. táblázat), valamint a Braze Tec 32/80 fluxusot, amely maradványok nem -maró. A szilárd- és folyadékhőmérséklet közötti hőmérsékleti intervallum az Al 104 keményforrasztó ötvözet esetében 575 ° C és 585 ° C között mozog. A csőanyag szilárd hőmérséklete 650 ° C.
1. táblázat Az AW 3000 ötvözet kémiai összetétele [tömeg% %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Al |
| 0.05-0.15 | 0.06-0.35 | max. 0.1 | 0.3-0.6 | 0.02-0.20 | 0.05-0.3 | max. 0.25 | egyensúly |
2. táblázat Az Al 104 típusú keményforrasztó ötvözet kémiai összetétele [tömeg% %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Al |
| 11-13 | 0.6 | max. 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.2 | max. 0.15 | egyensúly |
A keményforrasztási eljárás indukciós fűtés alkalmazását feltételezi. Az indukciós fűtés rendszerét úgy kell megtervezni, hogy a hegesztési hőmérsékleteket az ízületi zónában (keményforrasztott fémek - keményforrasztó ötvözet) egyidejűleg kell elérni. Ebből a szempontból nagyon fontos az indukciós tekercs, annak geometriájának és működési paramétereinek (elsősorban a frekvencia és a forrás áram) megfelelő megválasztása. A tervezett réz vízhűtéses indukciós tekercs alakját és méreteit az 1b. Ábra mutatja
Az indukciós fűtés releváns paramétereinek a forrasztott részek hőmérséklet-eloszlására gyakorolt hatását az indukciós fűtés numerikus szimulációjával értékeltük az ANSYS 10.0 programkód alkalmazásával.
Szimulációs modell
A kapcsolt elektromágneses és termikus problémák megoldásának módszertanával a FEM segítségével az ANSYS 10.0 szoftver segítségével [3-5] kidolgozták a keményforrasztás indukciós fűtési folyamatának szimulációs modelljét, beleértve a geometriai, fizikai, kezdeti és peremfeltételeket. A numerikus szimuláció fő célja az indukciós fűtés optimális paramétereinek (a frekvencia és a forrásáram) meghatározása volt, hogy elérje a szükséges hőmérsékleteloszlást az ízületképződés zónájában.
Az elektromágneses elemzéshez javasolt 3D-modell (2. ábra) csövek, keményforrasztó ötvözet, vízhűtéses indukciós tekercs és a környező levegő modelljéből áll (a 2. ábrán nem látható). A hőelemzés során csak a csöveket és a keményforrasztó ötvözetet vették figyelembe. Az ízületek kialakulásának zónájában a lineáris, 8 csomópontú elemekből létrehozott háló részletét a 2b.
2. ábra a) Geometriai modell a környező levegő nélküli elektromágneses elemzéshez és b) az ízületképződés zónájában keletkező 3D-s háló részlete. Az AW 3000 ötvözet és az Al 104 keményforrasztó ötvözet elektromos és termikus tulajdonságainak hőmérséklet-függéseit a JMatPro alkalmazásával kaptuk szoftver [6]. Annak következtében, hogy az alkalmazott anyagok nem mágnesesek, relatív permeabilitásuk következik µr = 1.
A forrasztott anyagok kezdeti hőmérséklete 20 ° C volt. Tökéletes elektromos és termikus érintkezéseket feltételeztek az anyagok határfelületein. A forrásáram frekvenciája az indukciós tekercsben feltételezhetően 350 kHz volt. A forrásáram értékét 600 A és 700 A közötti intervallumban határoztuk meg. A forrasztott csövek szabad konvekcióval történő hűtését és a levegőbe történő sugárzást 20 ° C hőmérsékleten vettük figyelembe. Meghatároztuk a forrasztott alkatrészek felületi hőmérsékletétől függő kombinált hőátadási együtthatót. A 3. ábrán a forrasztott alkatrészek hőmérséklet-eloszlását mutatjuk be az ízületi zónában a kívánt hőmérséklet elérése után az alkalmazott forrásáramok kiválasztott értékeire. indukciós fűtőtekercs. Úgy tűnik, hogy a 36 másodperces idő 600 A forrásárammal elég hosszú. A 700 A forrásárammal történő gyors melegítés nem lehet elegendő az Al 104 keményforrasztó ötvözet megolvadásához. Ezért ajánlott a 620 A és 640 A közötti áramforrás, ami 25 és 27.5 másodperc közötti keményforrasztási időt eredményez…
