Induktioalumiinijuottaminen tietokoneen avulla

Induktioalumiinijuottaminen tietokoneen avulla

Induktioalumiinijuottaminen on yleistymässä teollisuudessa. Tyypillinen esimerkki on erilaisten putkien juottaminen autojen lämmönvaihtimen runkoon. induktiokuumennuskäämi Tämäntyyppiseen prosessiin käytetään laajalti ei-ympäröivää prosessia, jota voidaan kutsua nimellä "Horseshoe-hairpin" -tyyli. Näille keloille magneettikenttä ja tuloksena oleva pyörrevirtajakauma ovat luonnostaan ​​kolmiulotteisia. Näissä sovelluksissa on ongelmia tulosten yhteisen laadun ja johdonmukaisuuden suhteen osittain. Yhden tällaisen ongelman ratkaisemiseksi suurelle autovalmistajalle käytettiin Flux3D-tietokonesimulaatio-ohjelmaa prosessitutkimukseen ja optimointiin. Optimointi sisälsi induktiokelan ja magneettivuon ohjaimen kokoonpanon muuttamisen. Uudet induktiokäämit, jotka on validoitu kokeellisesti laboratoriossa, tuottavat korkealaatuisempia osia useissa tuotantolaitoksissa.

Jokainen auto vaatii useita erilaisia ​​lämmönvaihtimia (lämmittimen sydämet, höyrystimet, lauhduttimet, jäähdyttimet jne.) Voimansiirtojäähdytykseen, ilmastointiin, öljynjäähdytykseen jne. Suurin osa henkilöautojen lämmönvaihtimista on nykyään valmistettu alumiinista tai alumiiniseoksista. Vaikka samaa moottoria käytetään useissa automalleissa, liitännät voivat vaihdella johtuen erilaisista hupun alla olevista asetteluista. Tästä syystä on vakiokäytäntö, että osien valmistajat tekevät useita lämmönvaihtimen perusrunkoja ja kiinnittävät sitten erilaisia ​​liittimiä toissijaiseen toimintaan.

Lämmönvaihtimen rungot koostuvat yleensä alumiiniripuista, putkista ja otsoista, jotka on juotettu yhteen uunissa. Juotoksen jälkeen lämmönvaihtimet räätälöidään kyseiselle automallille kiinnittämällä joko nailonsäiliöitä tai yleisimmin erilaisia ​​alumiiniputkia liitoslohkoilla. Nämä putket kiinnitetään joko MIG-hitsauksella, liekillä tai induktiojuotolla. Juotostapauksessa tarvitaan erittäin tarkkaa lämpötilan säätöä, koska alumiini sulamis- ja juotolämpötiloissa on pieni ero (20-50 C seoksesta, täyteaineesta ja ilmakehästä riippuen), korkea alumiinin lämmönjohtavuus ja lyhyt etäisyys muihin nivelet, jotka on juotettu edellisessä toiminnossa.

Induktiolämmitys on yleinen menetelmä juottaa erilaisia ​​putkia lämmönvaihtimen otsikoihin. Kuva 1 on kuva Induktiolujuus kokoonpano putken juottamiseksi lämmönvaihtimen otsikossa olevaan putkeen. Tarkan kuumennuksen vaatimusten vuoksi induktiokelan pinnan on oltava juotettavan liitoksen välittömässä läheisyydessä. Siksi yksinkertaista sylinterimäistä kelaa ei voida käyttää, koska osaa ei voitu poistaa liitoksen juoton jälkeen.

Näiden liitosten juottamiseen käytetään kahta pääasiallista induktiokelatyyliä: "simpukankuori" ja "hevosenkengän hiusneula" -tyyppiset induktorit. "Clamshell" -induktorit ovat samanlaisia ​​kuin sylinterimäiset induktorit, mutta ne avautuvat osan poistamiseksi. Hevosenkengän hiusneula-induktorit ovat muotoiltuja kuin hevosenkenkä osan lataamista varten ja ovat olennaisesti kaksi hiusneula-kelaa liitoksen vastakkaisilla puolilla.

Clamshell-induktorin käytön etuna on, että lämmitys on tasaisempaa kehää ja suhteellisen helppo ennustaa. Clamshell-induktorin haittana on, että vaadittu mekaaninen järjestelmä on monimutkaisempi ja suurivirtaiset koskettimet ovat suhteellisen epäluotettavia.

“Hevosenkenkä-hiusneula” -induktorit tuottavat monimutkaisempia 3D-lämpökuvioita kuin “Simpukankuoret”. Hevosenkengän hiusneula-tyylisen kelan etuna on, että osien käsittelyä yksinkertaistetaan.

Induktio Alumiinijauhatus

Tietokonesimulaatio optimoi juottamisen

Suurella lämmönvaihtimen valmistajalla oli laatuongelmia juottamalla kuvassa 1 esitetty liitos hevosenkengän hiusneula-tyyppisellä kelalla. Jatkosauma oli hyvä suurimmalle osalle osia, mutta joissakin osissa lämmitys olisi täysin erilaista, mikä johtaisi riittämättömään sauman syvyyteen, kylmiin liitoksiin ja täytemetalliin, jotka kulkevat putken seinämään paikallisen ylikuumenemisen vuoksi. Jopa jokaisen lämmönvaihtimen vuototestauksen aikana jotkin osat vuotivat tälle liitokselle käytössä. Induktiotekniikan keskuksen kanssa tehtiin sopimus analysoimaan ja ratkaisemaan ongelma.

Työssä käytetyn virtalähteen taajuus vaihtelee 10-25 kHz ja nimellisteho 60 kW. Juotosprosessissa käyttäjä asentaa täyteaineen metallirenkaan putken päähän ja työntää putken putken sisälle. Lämmönvaihdin asetetaan erityiseen lautaan ja siirretään hevosenkengän kelan sisään.

Koko juottoalue on esijäähdytetty. Kappaleen lämmittämiseen käytetty taajuus on tyypillisesti 12-15 kHz, ja lämmitysaika on noin 20 sekuntia. Tehotaso ohjelmoidaan lineaarisella alennuksella lämmitysjakson lopussa. Optinen pyrometri katkaisee virran, kun liitoksen takaosan lämpötila saavuttaa ennalta asetetun arvon.

Valmistajan kokemaa epäjohdonmukaisuutta voi aiheuttaa monia tekijöitä, kuten nivelkomponenttien vaihtelut (mitat ja asento) sekä epävakaa ja vaihteleva (ajassa) sähköinen ja terminen kosketus putken, putken, täyttörenkaan jne. Välillä. Jotkut ilmiöt ovat luonnostaan ​​epävakaita, ja näiden tekijöiden pienet vaihtelut voivat aiheuttaa erilaista prosessidynamiikkaa. Esimerkiksi avoin täyteainemetallirengas voi osittain purkautua sähkömagneettisten voimien vaikutuksesta, ja renkaan vapaa pää voi imeytyä takaisin kapillaarivoimien toimesta tai jäädä sulamatta. Melutekijöitä on vaikea vähentää tai poistaa, ja ongelman ratkaisu vaati koko prosessin kestävyyden lisäämistä. Tietokonesimulaatio on tehokas työkalu prosessin analysointiin ja optimointiin.

Juotosprosessin arvioinnin aikana havaittiin voimakkaita elektrodynaamisia voimia. Tällä hetkellä, kun virta kytketään päälle, hevosenkengän kela kokee selvästi laajenemisen äkillisen elektrodynaamisen voiman vuoksi. Siten induktori tehtiin mekaanisesti vahvemmaksi, mukaan lukien sisällytetty ylimääräinen lasikuitulevy (G10), joka yhdistää kahden hiusneula-kelan juuret. Toinen esimerkki läsnä olevista elektrodynaamisista voimista oli sulan täyteaineen siirtyminen pois kuparikierrosten lähellä olevilta alueilta, joilla magneettikenttä on voimakkaampi. Normaalissa prosessissa täyteaine leviää tasaisesti sauman ympärille kapillaarivoimien ja painovoiman vuoksi, toisin kuin epänormaali prosessi, jossa täytemetalli voi valua ulos liitoksesta tai liikkua ylöspäin putken pintaa pitkin.

Koska induktioalumiinijuotos on hyvin monimutkainen prosessi, ei ole mahdollista odottaa tarkkaa simulointia keskenään kytkettyjen ilmiöiden koko ketjusta (sähkömagneettinen, terminen, mekaaninen, hydrodynaaminen ja metallurginen). Tärkein ja hallittavin prosessi on sähkömagneettisten lämmönlähteiden tuottaminen, jotka analysoitiin Flux 3D -ohjelmalla. Induktiojuotosprosessin monimutkaisuuden vuoksi prosessisuunnitteluun ja optimointiin käytettiin tietokonesimulaation ja kokeiden yhdistelmää.

 

Induktio-alumiini-juotto Computer_Assisted -toiminnolla