Brazare cu inducție din aluminiu cu asistare computerizată

Brazare cu inducție din aluminiu cu asistare computerizată

Brazare cu inducție de aluminiu devine din ce în ce mai frecvent în industrie. Un exemplu tipic este lipirea diferitelor țevi pe un corp de schimbător de căldură auto. inductor de încălzire utilizat pe scară largă pentru acest tip de proces este unul care nu este înconjurător, care poate fi denumit stilul „Potcoavă”. Pentru aceste bobine, câmpul magnetic și distribuția rezultată a curentului turbionar au o natură inerentă 3-D. În aceste aplicații, există probleme cu calitatea comună și coerența rezultatelor de la o parte la alta. Pentru a rezolva o astfel de problemă pentru un mare producător de automobile, programul de simulare computer Flux3D a fost utilizat pentru studiul și optimizarea procesului. Optimizarea a inclus schimbarea configurației bobinei de inducție și a controlerului de flux magnetic. Noile bobine de inducție, care au fost validate experimental într-un laborator, produc piese cu îmbinări de calitate superioară în mai multe locații de producție.

Fiecare mașină necesită mai multe schimbătoare de căldură diferite (miezuri de încălzire, evaporatoare, condensatoare, radiatoare etc.) pentru răcirea trenului de propulsie, aer condiționat, răcire cu ulei etc. Marea majoritate a schimbătoarelor de căldură pentru autoturisme de astăzi sunt fabricate din aluminiu sau aliaje de aluminiu. Chiar dacă același motor este utilizat pentru mai multe modele de automobile, conexiunile pot varia din cauza unor planuri diferite sub capotă. Din acest motiv, este o practică standard pentru producătorii de piese să realizeze mai multe corpuri de bază ale schimbătorului de căldură și apoi să atașeze conectori diferiți într-o operație secundară.

Corpurile schimbătorului de căldură constau, de obicei, din aripioare din aluminiu, tuburi și anteturi lipite împreună într-un cuptor. După lipire, schimbătoarele de căldură sunt personalizate pentru modelul de mașină dat prin atașarea fie a rezervoarelor din nailon, fie a țevilor din aluminiu cel mai frecvent diferite, cu blocuri de conectare. Aceste țevi sunt atașate fie prin sudare MIG, prin flacără sau prin lipire prin inducție. În cazul lipirii, este necesar un control foarte precis al temperaturii datorită diferenței mici între temperaturile de topire și lipire pentru aluminiu (20-50 C în funcție de aliaj, metalul de umplutură și atmosferă), conductivitatea termică ridicată a aluminiului și distanța mică față de altele îmbinările brazate într-o operație anterioară.

Încălzire prin inducție este o metodă obișnuită pentru lipirea diferitelor țevi la antetele schimbătorului de căldură. Figura 1 este o imagine a unui Brazare prin inducție montaj pentru lipirea unei țevi la un tub de pe un antet al schimbătorului de căldură. Datorită cerințelor pentru o încălzire precisă, fața bobinei de inducție trebuie să fie în imediata apropiere a îmbinării de brazat. Prin urmare, nu se poate folosi o bobină cilindrică simplă, deoarece piesa nu a putut fi îndepărtată după îmbinarea îmbinării.

Există două stiluri principale de bobină de inducție utilizate pentru lipirea acestor îmbinări: inductoare de tip „clapetă” și „potcoavă”. Inductoarele „cu clapetă” sunt similare cu inductoarele cilindrice, dar se deschid pentru a permite îndepărtarea pieselor. Inductoarele „potcoavă” au formă de potcoavă pentru încărcarea piesei și sunt în esență două bobine de ac de păr pe părțile opuse ale articulației.

Avantajul utilizării unui inductor „Clamshell” este că încălzirea este mai uniformă în circumferință și relativ ușor de prezis. Dezavantajul unui inductor „Clamshell” este că sistemul mecanic necesar este mai complicat, iar contactele cu curent mare sunt relativ nesigure.

Inductoarele „potcoavă-ac de păr” produc modele de căldură tridimensionale mai complicate decât „scoici”. Avantajul unui inductor de tip „potcoavă” este că manipularea pieselor este simplificată.

Inductor de aluminiu

Simularea pe computer optimizează lipirea

Un mare producător de schimbătoare de căldură avea probleme de calitate cu lipirea articulației prezentate în Fig. 1 folosind un inductor de tip potcoavă. Îmbinarea de îmbinare a fost bună pentru majoritatea pieselor, dar încălzirea ar fi total diferită pentru unele piese, rezultând o adâncime insuficientă a îmbinării, îmbinări reci și metal de umplere care rulează pe peretele conductei din cauza supraîncălzirii locale. Chiar și cu testarea fiecărui schimbător de căldură pentru scurgeri, unele piese încă au scăpat la această îmbinare în funcțiune. Center for Induction Technology Inc. a fost contractat pentru a analiza și rezolva problema.

Sursa de alimentare utilizată pentru lucrare are o frecvență variabilă de la 10 la 25 kHz și o putere nominală de 60 kW. În procesul de lipire, un operator instalează un inel metalic de umplere pe capătul țevii și introduce tubul în interiorul tubului. Un schimbător de căldură este așezat pe o platformă specială și mutat în interiorul inductorului de potcoavă.

Întreaga zonă de lipire este prefluxată. Frecvența utilizată pentru încălzirea piesei este de obicei de la 12 la 15 kHz, iar timpul de încălzire este de aproximativ 20 de secunde. Nivelul de putere este programat cu reducere liniară la sfârșitul ciclului de încălzire. Un pirometru optic oprește alimentarea atunci când temperatura din partea din spate a articulației atinge o valoare prestabilită.

Există mulți factori care pot provoca neconcordanța producătorului, cum ar fi variația componentelor articulațiilor (dimensiuni și poziție) și a contactului electric și termic instabil și variabil (în timp) între tub, țeavă, inel de umplere etc. Unele fenomene sunt inerent instabile, iar mici variații ale acestor factori pot provoca diferite dinamici ale procesului. De exemplu, inelul metalic de umplere deschis se poate desfășura parțial sub forțele electromagnetice, iar capătul liber al inelului poate fi aspirat înapoi de către forțele capilare sau rămâne neatopit. Factorii de zgomot sunt dificil de redus sau eliminat, iar soluția la problemă a necesitat creșterea robusteții procesului total. Simularea pe computer este un instrument eficient pentru a analiza și optimiza procesul.

În timpul evaluării procesului de lipire, s-au observat forțe electrodinamice puternice. În momentul în care alimentarea este pornită, bobina potcoavă experimentează în mod clar o expansiune datorită unei aplicări bruște a forței electrodinamice. Astfel, inductorul a fost făcut mai puternic din punct de vedere mecanic, inclusiv încorporând o placă suplimentară din fibră de sticlă (G10) care leagă rădăcinile a două bobine de ac de păr. Cealaltă demonstrație a forțelor electrodinamice prezente a fost deplasarea metalului de umplutură topit departe de zonele apropiate de virajele de cupru în care câmpul magnetic este mai puternic. Într-un proces normal, metalul de umplutură se distribuie uniform în jurul articulației datorită forțelor capilare și gravitației, spre deosebire de un proces anormal în care metalul de umplutură poate ieși din articulație sau se poate deplasa în sus de-a lungul suprafeței țevii.

pentru că lipire cu aluminiu prin inducție este un proces foarte complicat, nu este fezabil să ne așteptăm la o simulare precisă a întregului lanț de fenomene cuplate reciproc (electromagnetice, termice, mecanice, hidrodinamice și metalurgice). Cel mai important și controlabil proces este generarea de surse electromagnetice de căldură, care au fost analizate cu ajutorul programului Flux 3D. Datorită naturii complexe a procesului de lipire prin inducție, a fost utilizată o combinație de simulare pe computer și experimente pentru proiectarea și optimizarea proceselor.

 

Inducție_Alumină_Brazing cu Computer_Assisted