Indukciós alumínium forrasztás számítógéppel

Indukciós alumínium forrasztás számítógéppel

Indukciós alumínium forrasztás az iparban egyre gyakoribb. Tipikus példa a különféle csövek forrasztása az autóipari hőcserélő testéhez. A indukciós fűtőtekercs Az ilyen típusú folyamatokhoz széles körben használják a nem körülvevő folyamatokat, amelyeket „Patkó-hajtű” stílusnak is nevezhetünk. Ezeknek a tekercseknek a mágneses mező és az abból eredő örvényáram-eloszlás természeténél fogva 3D-s. Ezekben az alkalmazásokban problémák merülnek fel az eredmények együttes minőségével és következetességével. Az egyik ilyen probléma megoldására egy nagy gépjárműgyártó számára Flux3D számítógépes szimulációs programot használtak a folyamatok tanulmányozásához és optimalizálásához. Az optimalizálás magában foglalta az indukciós tekercs és a mágneses fluxus vezérlő konfigurációjának megváltoztatását. Az új indukciós tekercsek, amelyeket kísérletileg validáltak egy laboratóriumban, több gyártási helyszínen jobb minőségű kötésekkel rendelkező alkatrészeket állítanak elő.

Minden autóhoz több különböző hőcserélőre van szükség (fűtőmagok, párologtatók, kondenzátorok, radiátorok stb.) A hajtáslánc hűtésére, légkondicionálására, olajhűtésére stb. A személygépkocsi hőcserélőinek túlnyomó többsége ma alumíniumból vagy alumíniumötvözetekből készül. Még akkor is, ha ugyanazt a motort használják több autómodellhez, a csatlakozások változhatnak a motorháztető alatti különböző elrendezések miatt. Emiatt az alkatrészgyártók számára szokásos gyakorlat, hogy több alapvető hőcserélő testet készítenek, majd különféle csatlakozókat csatolnak egy másodlagos működés során.

A hőcserélő testek általában alumínium uszonyokból, csövekből és fejekből állnak, amelyeket kemencében forrasztanak össze. A keményforrasztás után a hőcserélőket az adott autómodellhez testre szabják, vagy nejlon tartályok, vagy leggyakrabban különböző alumínium csövek csatlakoztatásával. Ezeket a csöveket MIG hegesztéssel, lánggal vagy indukciós forrasztással rögzítik. Forrasztás esetén nagyon pontos hőmérséklet-szabályozásra van szükség, mivel az alumínium olvadási és keményforrasztási hőmérséklete kicsi (20-50 C az ötvözet, a töltőfém és a légkör függvényében), az alumínium magas hővezető képessége és a többi az előző művelet során forrasztott ízületek.

Indukciós fűtés általános módszer a különféle csövek keményforrasztására a hőcserélő fejlécekhez. Az 1. ábra egy Indukciós keményforrasztás a cső keményforrasztásához a hőcserélő fejlécén lévő csőhöz. A pontos fűtés követelményei miatt az indukciós tekercs homlokzatának a forrasztandó kötés közvetlen közelében kell lennie. Ezért nem lehet egyszerű hengeres tekercset használni, mert az alkatrészt nem sikerült eltávolítani a hézag forrasztása után.

Az ízületek keményforrasztásához két fő indukciós tekercsstílust használnak: „kagyló” és „patkó-hajtű” típusú induktivitások. A „kagyló” induktorok hasonlóak a hengeres induktorokhoz, de kinyílnak, hogy lehetővé tegyék az alkatrészek eltávolítását. A „patkó-hajtű” induktorok patkóként vannak kialakítva az alkatrész betöltésére, és lényegében két hajtű tekercsek az ízület ellentétes oldalán.

A „Kagyló” induktor használatának előnye, hogy a fűtés kerületén egyenletesebb és viszonylag könnyen megjósolható. A „Clamshell” induktor hátránya, hogy a szükséges mechanikai rendszer bonyolultabb, és a nagy áramú érintkezők viszonylag megbízhatatlanok.

A „Patkó-hajtű” induktorok bonyolultabb 3D-s hőmintákat produkálnak, mint a „Kagylóhéjak”. A „Patkó-hajtű” stílusú induktor előnye, hogy az alkatrészek kezelése egyszerűbb.

Indukciós alumínium forrasztás

A számítógépes szimuláció optimalizálja a forrasztást

Egy nagy hőcserélő gyártónak minőségi problémái voltak az 1. ábrán látható kötés forrasztásával patkó-hajtű stílusú induktor segítségével. A dörzsölt kötés jó volt az alkatrészek többségének, de a fűtés egyes részeknél teljesen más lenne, ami azt eredményezné, hogy a cső falán a helyi túlmelegedés miatt nem lesz elegendő az illesztés mélysége, a hideg kötések és a töltőfém fel nem fut. Még az egyes hőcserélők szivárgásvizsgálatának ellenére is, néhány alkatrész mégis kiszivárgott ennél a csatlakozásnál. A probléma elemzésére és megoldására az Indukciós Technológiai Központ Inc. szerződött.

A munkához használt tápegység változó frekvenciája 10-25 kHz, névleges teljesítménye 60 kW. A keményforrasztási folyamat során az operátor töltőfém gyűrűt szerel a cső végére, és behelyezi a csövet a cső belsejébe. A hőcserélőt egy speciális berendezésre helyezzük, és a patkó induktorán belül mozgatjuk.

A teljes keményforrasztási terület előmelegített. Az alkatrész melegítésére használt frekvencia általában 12-15 kHz, a fűtési idő pedig körülbelül 20 másodperc. A teljesítményszint lineáris csökkentéssel programozható a fűtési ciklus végén. Egy optikai pirométer kikapcsolja az áramellátást, amikor az ízület hátsó oldalán a hőmérséklet eléri az előre beállított értéket.

Számos tényező okozhatja a gyártó által tapasztalt következetlenséget, például az ízületi alkatrészek (méretek és helyzet) változása, valamint a cső, a cső, a töltőgyűrű közötti instabil és változó (időbeni) elektromos és termikus érintkezés. Néhány jelenség eredendően instabilak, és ezeknek a tényezőknek a kis variációi eltérő folyamatdinamikát okozhatnak. Például a nyitott töltőanyagú fémgyűrű részben kikapcsolódhat az elektromágneses erők hatására, és a gyűrű szabad végét a kapilláris erők visszaszívhatják vagy megolvadhatnak. A zajfaktorokat nehéz csökkenteni vagy kiküszöbölni, és a probléma megoldásához a teljes folyamat robusztusságának növelése szükséges. A számítógépes szimuláció hatékony eszköz a folyamat elemzésére és optimalizálására.

A keményforrasztási folyamat értékelése során erős elektrodinamikai erőket figyeltünk meg. Abban a pillanatban, hogy bekapcsolják az áramot, a patkó tekercs egyértelműen tágulást tapasztal az elektrodinamikai erő hirtelen hatása miatt. Így az induktort mechanikailag erősebbé tették, ideértve egy további üvegszálas (G10) lemezt is, amely két hajtűtekercs gyökereit köti össze. A jelenlévő elektrodinamikai erők másik bemutatása az olvadt töltőanyag eltolódása volt a rézfordulatokhoz közeli területekről, ahol a mágneses tér erősebb. Normál folyamatban a töltőanyag egyenletesen oszlik el az illesztés körül a kapilláris erők és a gravitáció miatt, ellentétben azzal a rendellenes folyamattal, amikor a töltőfém kifuthat az illesztésből, vagy felfelé mozoghat a cső felülete mentén.

Mivel indukciós alumínium forrasztás nagyon bonyolult folyamat, nem kivitelezhető a kölcsönösen összekapcsolt jelenségek (elektromágneses, termikus, mechanikus, hidrodinamikai és kohászati) teljes láncának pontos szimulációja. A legfontosabb és kontrollálható folyamat az elektromágneses hőforrások előállítása, amelyeket a Flux 3D program segítségével elemeztünk. Az indukciós keményforrasztási folyamat összetett jellege miatt számítógépes szimuláció és kísérletek kombinációját alkalmazták a folyamat tervezéséhez és optimalizálásához.

 

Indukciós_alumínium-forrasztás a Computer_Assisted segítségével