Induktion av aluminiumlödning med datorassisterad

Induktion av aluminiumlödning med datorassisterad

Induktion av aluminiumlödning blir allt vanligare inom industrin. Ett typiskt exempel är hårdlödning av olika rör till en fordonsvärmeväxlare. De induktionsvärmebatteri ofta används för denna typ av process är en icke-omslutande process, som kan kallas "Horseshoe-hairpin" -stil. För dessa spolar är magnetfältet och den resulterande virvelströmsfördelningen till sin natur 3-D. I dessa applikationer finns det problem med gemensam kvalitet och konsekvens av resultaten från del till del. För att lösa ett sådant problem för en stor biltillverkare användes Flux3D-datorsimuleringsprogram för processstudie och optimering. Optimering inkluderade att ändra konfigurationen för induktionsspolen och magnetflödesregulatorn. Nya induktionsspolar, som har validerats experimentellt i ett laboratorium, producerar delar med fogar av högre kvalitet på flera produktionsanläggningar.

Varje bil kräver flera olika värmeväxlare (värmekärnor, förångare, kondensorer, radiatorer etc.) för kylning av drivlinor, luftkonditionering, oljekylning etc. De allra flesta av personbilens värmeväxlare idag är tillverkade av aluminium eller aluminiumlegeringar. Även om samma motor används för flera bilmodeller kan anslutningarna variera beroende på olika layouter under huven. Av denna anledning är det vanlig praxis för tillverkare av delar att göra flera grundläggande värmeväxlarkroppar och sedan fästa olika kontakter i en sekundär operation.

Värmeväxlarkroppar består vanligtvis av aluminiumfenor, rör och sidhuvuden lödda ihop i en ugn. Efter lödning anpassas värmeväxlare för den givna bilmodellen genom att fästa antingen nylontankar eller oftast olika aluminiumrör med anslutningsblock. Dessa rör fästs antingen med MIG-svetsning, låga eller induktionslödning. Vid lödning krävs mycket exakt temperaturkontroll på grund av den lilla skillnaden i smält- och lödningstemperaturer för aluminium (20-50 ° C beroende på legering, fyllmedel och atmosfär), hög värmeledningsförmåga hos aluminium och kort avstånd till andra leder lödda i en tidigare operation.

Induktionsuppvärmning är en vanlig metod för lödning av olika rör till värmeväxlarhuvuden. Figur 1 är en bild av en Induktionslödning inställning för lödning av ett rör till ett rör på en värmeväxlarhuvud. På grund av kraven på exakt uppvärmning måste induktionsspolens yta vara i närheten av fogen som ska lödas. Därför kan en enkel cylindrisk spole inte användas, eftersom delen inte kunde tas bort efter att fogen har hårdlödts.

Det finns två huvudsakliga induktionsspolstilar som används för lödning av dessa fogar: induktorer i "clamshell" och "hästsko-hårnål". "Clamshell" -induktorer liknar cylindriska induktorer, men de öppnas för att möjliggöra borttagning av delar. "Horseshoe-hairpind" induktorer är formade som en hästsko för att ladda delen och är i huvudsak två hårnålsspolar på motsatta sidor av fogen.

Fördelen med att använda en "Clamshell" -induktor är att uppvärmningen är mer enhetlig i omkrets och relativt lätt att förutsäga. Nackdelen med en "Clamshell" -induktor är att det mekaniska systemet som krävs är mer komplicerat och de höga strömkontakterna är relativt opålitliga.

"Horseshoe-hairpind" induktorer ger mer komplicerade 3D-värmemönster än "Clamshells". Fördelen med en "Horseshoe-hairpin" -induktor är att hanteringen av delar är förenklad.

Induktion Aluminiumslödning

Datorsimulering optimerar lödning

En stor tillverkare av värmeväxlare hade kvalitetsproblem med lödning av fogen som visas i fig. 1 med hjälp av en induktor med hästsko-hårnål. Lödförbandet var bra för de flesta delar, men uppvärmningen skulle vara helt annorlunda för vissa delar, vilket resulterade i otillräckligt fogdjup, kalla fogar och påfyllnadsmetall som löpte upp rörväggen på grund av lokal överhettning. Även vid test av varje värmeväxlare för läckage läcker fortfarande vissa delar ut vid denna skarv i drift. Center for Induction Technology Inc. fick uppdrag att analysera och lösa problemet.

Strömförsörjningen som används för jobbet har en variabel frekvens på 10 till 25 kHz och en nominell effekt på 60 kW. Under lödningsprocessen installerar en operatör en påfyllningsmetallring på röränden och sätter in röret inuti röret. En värmeväxlare placeras på en speciell rigg och flyttas inuti hästskoinduktorn.

Hela lödningsområdet är förflödat. Frekvensen som används för att värma upp delen är vanligtvis 12 till 15 kHz och uppvärmningstiden är cirka 20 sekunder. Effektnivån är programmerad med linjär reduktion vid slutet av uppvärmningscykeln. En optisk pyrometer stänger av strömmen när temperaturen på fogens baksida når ett förinställt värde.

Det finns många faktorer som kan orsaka inkonsekvensen som tillverkaren upplevde, såsom variation i fogkomponenter (dimensioner och position) och instabil och variabel (i tid) elektrisk och termisk kontakt mellan röret, röret, påfyllningsringen etc. Vissa fenomen är i sig instabila och små variationer av dessa faktorer kan orsaka olika processdynamik. Exempelvis kan den öppna fyllnadsmetallringen delvis avlindas under de elektromagnetiska krafterna, och den fria änden av ringen kan sugas tillbaka av kapillärkrafter eller förbli osmält. Bullerfaktorerna är svåra att minska eller eliminera, och lösningen på problemet krävde ökad robusthet i den totala processen. Datorsimulering är ett effektivt verktyg för att analysera och optimera processen.

Under utvärderingen av hårdlödningsprocessen observerades starka elektrodynamiska krafter. I det ögonblick som strömmen slås på upplever hästsko-spolen tydligt en expansion på grund av en plötslig applicering av elektrodynamisk kraft. Således gjordes induktorn mekaniskt starkare, inklusive införlivande av en ytterligare glasfiberplatta (G10) som förbinder rötterna till två hårnålsspolar. Den andra demonstrationen av närvarande elektrodynamiska krafter var förskjutningen av smält fyllmedel bort från områdena nära kopparvarv där magnetfältet är starkare. I en normal process fördelas fyllnadsmetall jämnt runt fogen på grund av kapillärkrafter och tyngdkraft i motsats till en onormal process där fyllnadsmetall kan rinna ut ur fogen eller röra sig upp längs rörytan.

Därför att induktion aluminium lödning är en mycket komplicerad process, är det inte möjligt att förvänta sig en exakt simulering av hela kedjan av ömsesidigt kopplade fenomen (elektromagnetisk, termisk, mekanisk, hydrodynamisk och metallurgisk). Den viktigaste och kontrollerbara processen är genereringen av elektromagnetiska värmekällor som analyserades med hjälp av Flux 3D-programmet. På grund av den komplexa karaktären hos induktionslödningsprocessen användes en kombination av datasimulering och experiment för processdesign och optimering.

 

Induction_Aluminum_Brazing with Computer_Assisted