Tuburi de aluminiu cu brazare prin inducție cu încălzire prin inducție de înaltă frecvență

Domeniile noi de aplicații ale inducție de încălzire necesită analiza distribuției temperaturii în interiorul componentelor încălzite ținând cont de structurile corespunzătoare și de proprietățile materialului. Metoda elementelor finite (FEM) oferă un instrument puternic pentru efectuarea unor astfel de analize și optimizare a proceselor de încălzire prin inducție prin analize și simulări numerice electromagnetice și termice cuplate.

Scopul principal al acestei contribuții este de a indica posibilitatea aplicării tehnologiei adecvate, sofisticate și eficiente de brazare prin inducție pentru fabricarea colectoarelor solare pe baza simulării numerice și a experimentelor efectuate.

Descrierea problemei

Această lucrare se referă la proiectarea componentelor pentru colectoarele solare adecvate procesului de lipire, și anume părțile tuburilor colectoare (Fig. 1a). Tuburile sunt fabricate din aliajul Al de tip AW 3000 cu compoziția chimică dată în tabelul 1. Pentru brazare se folosește aliajul de tip Al 104 (Tabelul 2) împreună cu fluxul Braze Tec 32/80, care nu sunt reziduuri. -coroziv. Intervalul de temperatură între temperaturile solidus și liquidus pentru aliajul de lipire Al 104 variază de la 575 ° C la 585 ° C. Temperatura solidului materialului tubului este de 650 ° C.

Tabelul 1 Compoziția chimică a aliajului AW 3000 [în greutate. %]

Tabelul 2 Compoziția chimică a aliajului de lipire de tipul Al 104 [în greutate. %]

Procesul de lipire presupune aplicarea încălzirii prin inducție. Este necesar să se proiecteze sistemul de încălzire prin inducție astfel încât să se atingă în același timp temperaturi de lipire în zona de îmbinare (metale brazate - aliaj de lipire). Din acest punct de vedere, o selecție adecvată a bobinei de inducție, geometria și parametrii de funcționare (în principal frecvența și curentul sursă) este foarte importantă. Forma și dimensiunile bobinei de inducție de cupru proiectate răcite cu apă sunt prezentate în Fig. 1b

Efectul parametrilor relevanți ai încălzirii prin inducție asupra distribuției temperaturii în părțile brazate a fost evaluat utilizând simularea numerică a încălzirii prin inducție aplicând codul de program ANSYS 10.0.

Model de simulare

În conformitate cu metodologia de soluționare a problemelor electromagnetice și termice cuplate de către FEM utilizând software-ul ANSYS 10.0 [3-5], a fost dezvoltat modelul de simulare a procesului de încălzire prin inducție pentru brazare, inclusiv condiții geometrice, fizice și inițiale și de graniță. Scopul principal al simulării numerice a fost de a defini parametrii optimi de încălzire prin inducție (frecvența și curentul sursă) pentru a realiza distribuția necesară a temperaturii în zona de formare a articulațiilor.

Modelul 3D sugerat (Fig. 2) pentru analiza electromagnetică constă din modelul de tuburi, aliaj de lipire, bobină de inducție răcită cu apă și aerul înconjurător (nu este prezentat în Fig. 2). În analiza termică, au fost luate în considerare doar tuburile și aliajul de lipire. Un detaliu al rețelei generate de elementele liniare cu 8 noduri din zona de formare a articulației este ilustrat în Fig. 2b.

Fig. 2 a) Model geometric pentru analiza electromagnetică fără aer înconjurător și b) detaliu al ochiului 3D generat în zona de formare a îmbinărilor. software [3000]. În urma faptului că materialele aplicate sunt nemagnetice, permeabilitatea lor relativă µr = 1.

Temperatura inițială a materialelor brazate a fost de 20 ° C. Se presupunea contactele electrice și termice perfecte pe suprafețele limită ale materialelor. Frecvența curentului sursă în bobina de inducție trebuia să fie de 350 kHz. Valoarea curentului sursă a fost definită din intervalul de la 600 A la 700 A. A fost luată în considerare răcirea tuburilor brazate prin convecție liberă și radiație în aer cu temperatura de 20 ° C. A fost definit coeficientul de transfer de căldură combinat, în funcție de temperatura suprafeței pieselor brazate. În Fig. 3, distribuția temperaturii în componentele brazate după atingerea temperaturilor necesare în zona de îmbinare sunt prezentate pentru valorile alese ale curenților sursă aplicați în inductor de încălzire. Timpul de 36 de secunde folosind curentul sursă de 600 A pare să fie destul de lung. Încălzirea rapidă aplicând curentul sursă de 700 A nu poate fi suficientă pentru topirea aliajului de lipire Al 104. Din acest motiv, se recomandă curentul sursă de aproximativ 620 A la 640 A, conducând la timpi de lipire de la 25 la 27.5 secunde ......

Tuburi de aluminiu brazare cu încălzire prin inducție