Bilgisayar Destekli İndüksiyonlu Alüminyum Sert Lehimleme
İndüksiyon alüminyum lehimleme endüstride giderek daha yaygın hale geliyor. Tipik bir örnek, çeşitli boruları bir otomotiv ısı eşanjörü gövdesine lehimlemektir. indüksiyon ısıtma bobini Bu tür işlemler için yaygın olarak kullanılan, "At nalı-firkete" stili olarak adlandırılabilecek, çevrelemeyen işlemlerdir. Bu bobinler için, manyetik alan ve ortaya çıkan girdap akımı dağılımı, doğası gereği 3 boyutludur. Bu uygulamalarda, sonuçların parçadan bölüme ortak kalitesi ve tutarlılığı ile ilgili sorunlar vardır. Büyük bir otomotiv üreticisi için böyle bir sorunu çözmek için, proses etüdü ve optimizasyon için Flux3D bilgisayar simülasyon programı kullanıldı. Optimizasyon, indüksiyon bobini ve manyetik akı denetleyicisi yapılandırmasını değiştirmeyi içeriyordu. Laboratuvarda deneysel olarak onaylanan yeni indüksiyon bobinleri, çeşitli üretim tesislerinde daha yüksek kaliteli bağlantılara sahip parçalar üretir.
Her araba, aktarma organlarının soğutulması, iklimlendirme, yağ soğutması vb. İçin birkaç farklı ısı eşanjörüne (ısıtıcı göbekleri, buharlaştırıcılar, kondansatörler, radyatörler, vb.) İhtiyaç duyar. Günümüzde binek araç ısı eşanjörlerinin büyük çoğunluğu alüminyum veya alüminyum alaşımlarından yapılmıştır. Aynı motor birden fazla otomobil modeli için kullanılsa bile, kaputun altındaki farklı yerleşim düzeni nedeniyle bağlantılar değişebilir. Bu nedenle, parça üreticilerinin birkaç temel ısı eşanjörü gövdesi yapması ve ardından ikincil bir işlemde farklı konektörler takması standart uygulamadır.
Isı eşanjörü gövdeleri genellikle bir fırında birbirine lehimlenmiş alüminyum kanatlardan, borulardan ve başlıklardan oluşur. Sert lehimlemeden sonra, ısı eşanjörleri, naylon tanklar veya en yaygın olarak farklı alüminyum boruların bağlantı blokları ile bağlanmasıyla verilen araba modeli için özelleştirilir. Bu borular MIG kaynağı, alev veya indüksiyon lehimleme ile birleştirilir. Sert lehimleme durumunda, alüminyum için erime ve lehim sıcaklıklarındaki küçük fark (alaşıma, dolgu metaline ve atmosfere bağlı olarak 20-50 C), alüminyumun yüksek ısıl iletkenliği ve diğerine kısa mesafe nedeniyle çok hassas sıcaklık kontrolü gerekir. eklemler önceki bir operasyonda lehimlenmiştir.
Indüksiyon ısıtma çeşitli boruları ısı eşanjörü başlıklarına lehimlemek için yaygın bir yöntemdir. Şekil 1, bir Indüksiyon lehimlemesi bir boruyu bir ısı eşanjörü başlığındaki bir boruya lehimlemek için kurulum. Hassas ısıtma gereklilikleri nedeniyle, endüksiyon bobininin yüzü lehimlenecek bağlantı yerine yakın olmalıdır. Bu nedenle basit bir silindirik bobin kullanılamaz, çünkü bağlantı lehimlendikten sonra parça çıkarılamaz.
Bu bağlantıları lehimlemek için kullanılan iki ana indüksiyon bobini türü vardır: "kapaklı" ve "at nalı-firkete" tarzı indüktörler. "Kapaklı" indüktörler, silindirik indüktörlere benzer, ancak parçanın çıkarılmasına izin vermek için açılırlar. "At nalı-firkete" indüktörler, parçayı yüklemek için bir at nalı şeklindedir ve esasen eklemin zıt taraflarında bulunan iki firkete bobindir.
"Kapaklı" bir indüktör kullanmanın avantajı, ısıtmanın çevre açısından daha homojen olması ve görece tahmin edilmesinin kolay olmasıdır. Bir "Kapaklı" indüktörün dezavantajı, gerekli mekanik sistemin daha karmaşık olması ve yüksek akım kontaklarının nispeten güvenilmez olmasıdır.
"At nalı-firkete" indüktörler, "Kapaklılar" dan daha karmaşık 3-D ısı modelleri üretir. "At nalı-firkete" tarzı bir indüktörün avantajı, parça işlemenin basitleştirilmesidir.
Bilgisayar simülasyonu lehimlemeyi optimize eder
Büyük bir ısı değiştirici üreticisi, at nalı-firkete tarzı bir indüktör kullanarak Şekil 1'de gösterilen eklemi sert lehimlemede kalite sorunları yaşıyordu. Sert lehim bağlantısı parçaların çoğu için iyiydi, ancak bazı parçalar için ısıtma tamamen farklı olacaktı ve bu da yetersiz bağlantı derinliği, soğuk derzler ve yerel aşırı ısınma nedeniyle boru duvarında dolgu metalinin akmasına neden oluyordu. Her bir ısı eşanjörünün sızıntı testi sırasında bile, hizmetteki bu bağlantı noktasında bazı parçalar hala sızıntı yapıyordu. Merkezi İndüksiyon Teknolojisi A.Ş. ile sorunu analiz etmek ve çözmek için sözleşme yapıldı.
İş için kullanılan güç kaynağının değişken frekansı 10 ila 25 kHz ve nominal gücü 60 kW'dir. Sert lehimleme işleminde, bir operatör boru ucuna bir dolgu metal halkası takar ve boruyu borunun içine yerleştirir. Özel bir teçhizata bir ısı eşanjörü yerleştirilir ve at nalı indüktörünün içine hareket ettirilir.
Lehimleme alanının tamamı önceden akıtılmıştır. Parçayı ısıtmak için kullanılan frekans tipik olarak 12 ila 15 kHz'dir ve ısıtma süresi yaklaşık 20 saniyedir. Güç seviyesi, ısıtma döngüsünün sonunda doğrusal azaltma ile programlanır. Bir optik pirometre, bağlantının arka tarafındaki sıcaklık önceden ayarlanmış bir değere ulaştığında gücü kapatır.
Üreticinin karşılaştığı tutarsızlığa neden olabilecek, bağlantı bileşenlerinde (boyutlar ve konum) farklılıklar ve tüp, boru, doldurma halkası arasında dengesiz ve değişken (zamanla) elektriksel ve termal temas gibi birçok faktör vardır. Bazı fenomenler doğası gereği istikrarsızdır ve bu faktörlerin küçük varyasyonları farklı işlem dinamiklerine neden olabilir. Örneğin, açık dolgu metal halkası, elektromanyetik kuvvetler altında kısmen çözülebilir ve halkanın serbest ucu, kılcal kuvvetler tarafından geri çekilebilir veya erimemiş kalabilir. Gürültü faktörlerinin azaltılması veya ortadan kaldırılması zordur ve sorunun çözümü, toplam sürecin sağlamlığının artırılmasını gerektirmiştir. Bilgisayar simülasyonu, süreci analiz etmek ve optimize etmek için etkili bir araçtır.
Lehimleme işleminin değerlendirilmesi sırasında, güçlü elektrodinamik kuvvetler gözlemlendi. Güç açıldığı anda, at nalı bobini, ani bir elektrodinamik kuvvet uygulaması nedeniyle açıkça bir genişleme yaşar. Böylece, indüktör, iki firkete bobininin köklerini bağlayan ek bir cam elyafı (G10) plakası dahil olmak üzere mekanik olarak daha güçlü hale getirildi. Mevcut elektrodinamik kuvvetlerin bir diğer gösterimi, erimiş dolgu metalinin manyetik alanın daha güçlü olduğu bakır dönüşlerine yakın alanlardan uzağa kaydırılmasıydı. Normal bir işlemde, dolgu metalinin bağlantıdan dışarı çıkabileceği veya boru yüzeyi boyunca yukarı hareket edebileceği anormal bir işlemin aksine, dolgu metali kılcal kuvvetler ve yerçekimi nedeniyle bağlantı çevresinde eşit olarak dağılır.
Çünkü indüksiyon alüminyum lehimleme çok karmaşık bir süreçtir, karşılıklı olarak bağlı fenomenler zincirinin tamamının (elektromanyetik, termal, mekanik, hidrodinamik ve metalurjik) doğru bir simülasyonunu beklemek mümkün değildir. En önemli ve kontrol edilebilir süreç, Flux 3D programı kullanılarak analiz edilen elektromanyetik ısı kaynaklarının üretilmesidir. İndüksiyonla lehimleme işleminin karmaşık doğası nedeniyle, süreç tasarımı ve optimizasyonu için bilgisayar simülasyonu ve deneylerin bir kombinasyonu kullanılmıştır.