การประสานอะลูมิเนียมเหนี่ยวนำด้วยคอมพิวเตอร์ช่วย

การประสานอะลูมิเนียมเหนี่ยวนำด้วยคอมพิวเตอร์ช่วย

การประสานอลูมิเนียมเหนี่ยวนำ กลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นในอุตสาหกรรม ตัวอย่างทั่วไปคือการเชื่อมท่อต่างๆเข้ากับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของรถยนต์ ขดลวดความร้อนเหนี่ยวนำ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับกระบวนการประเภทนี้คือแบบไม่ล้อมรอบซึ่งสามารถเรียกได้ว่าเป็นสไตล์ "กิ๊บเกือกม้า" สำหรับขดลวดเหล่านี้สนามแม่เหล็กและการกระจายกระแสไหลวนที่เกิดขึ้นจะเป็น 3 มิติโดยธรรมชาติ ในแอปพลิเคชันเหล่านี้มีปัญหาเกี่ยวกับคุณภาพร่วมกันและความสม่ำเสมอของผลลัพธ์จากส่วนหนึ่งไปสู่อีกส่วนหนึ่ง เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวสำหรับผู้ผลิตยานยนต์รายใหญ่โปรแกรมจำลองคอมพิวเตอร์ Flux3D ถูกนำมาใช้สำหรับการศึกษากระบวนการและการเพิ่มประสิทธิภาพ การเพิ่มประสิทธิภาพรวมถึงการเปลี่ยนขดลวดเหนี่ยวนำและการกำหนดค่าตัวควบคุมฟลักซ์แม่เหล็ก ขดลวดเหนี่ยวนำแบบใหม่ซึ่งได้รับการตรวจสอบความถูกต้องในห้องปฏิบัติการผลิตชิ้นส่วนที่มีข้อต่อคุณภาพสูงขึ้นในสถานที่ผลิตหลายแห่ง

รถแต่ละคันต้องใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่แตกต่างกันหลายตัว (แกนทำความร้อนเครื่องระเหยคอนเดนเซอร์หม้อน้ำ ฯลฯ ) สำหรับระบบระบายความร้อนระบบปรับอากาศการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน ฯลฯ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับรถยนต์นั่งส่วนใหญ่ในปัจจุบันทำจากอลูมิเนียมหรืออลูมิเนียมอัลลอยด์ แม้ว่าจะใช้เครื่องยนต์เดียวกันกับรถยนต์หลายรุ่น แต่การเชื่อมต่ออาจแตกต่างกันไปเนื่องจากโครงร่างที่แตกต่างกันภายใต้ฝากระโปรง ด้วยเหตุนี้จึงเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนในการสร้างตัวแลกเปลี่ยนความร้อนพื้นฐานหลายตัวจากนั้นเชื่อมต่อตัวเชื่อมต่อที่แตกต่างกันในการดำเนินการรอง

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมักประกอบด้วยครีบอลูมิเนียมท่อและส่วนหัวที่ประสานเข้าด้วยกันในเตาเผา หลังจากการบัดกรีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะถูกปรับแต่งสำหรับรุ่นรถที่กำหนดโดยการติดถังไนลอนหรือท่ออลูมิเนียมที่แตกต่างกันโดยทั่วไปพร้อมกับบล็อกการเชื่อมต่อ ท่อเหล่านี้เชื่อมต่อด้วยการเชื่อม MIG เปลวไฟหรือการประสานเหนี่ยวนำ ในกรณีของการประสานจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำมากเนื่องจากอุณหภูมิการหลอมและการประสานสำหรับอลูมิเนียมที่แตกต่างกันเล็กน้อย (20-50 C ขึ้นอยู่กับโลหะผสมโลหะฟิลเลอร์และบรรยากาศ) การนำความร้อนสูงของอลูมิเนียมและระยะทางสั้นไปยังอื่น ๆ ข้อต่อประสานในการดำเนินการก่อนหน้านี้

การเหนี่ยวนำความร้อน เป็นวิธีการทั่วไปในการประสานท่อต่างๆกับส่วนหัวของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน รูปที่ 1 คือภาพของไฟล์ การชักนำให้เกิดการบัดกรี การตั้งค่าสำหรับการเชื่อมท่อกับท่อที่ส่วนหัวของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน เนื่องจากข้อกำหนดสำหรับการให้ความร้อนที่แม่นยำหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำต้องอยู่ใกล้กับข้อต่อที่จะประสาน ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ขดลวดทรงกระบอกธรรมดาได้เนื่องจากไม่สามารถถอดชิ้นส่วนออกได้หลังจากที่ข้อต่อถูกประสานแล้ว

ขดลวดเหนี่ยวนำหลักที่ใช้สำหรับประสานข้อต่อเหล่านี้มี XNUMX รูปแบบ ได้แก่ ตัวเหนี่ยวนำสไตล์ "หอย" และ "กิ๊บเกือกม้า" ตัวเหนี่ยวนำ "หอย" คล้ายกับตัวเหนี่ยวนำทรงกระบอก แต่เปิดออกเพื่อให้สามารถถอดชิ้นส่วนออกได้ ตัวเหนี่ยวนำ "เกือกม้า - กิ๊บ" มีรูปร่างเหมือนเกือกม้าสำหรับโหลดชิ้นส่วนและโดยพื้นฐานแล้วเป็นขดลวดกิ๊บสองตัวที่ด้านตรงข้ามของข้อต่อ

ข้อดีของการใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบ "หอย" คือการให้ความร้อนมีเส้นรอบวงสม่ำเสมอกว่าและคาดเดาได้ง่าย ข้อเสียของตัวเหนี่ยวนำแบบ "หอย" คือระบบกลไกที่ต้องการมีความซับซ้อนกว่าและหน้าสัมผัสกระแสไฟฟ้าสูงค่อนข้างไม่น่าเชื่อถือ

ตัวเหนี่ยวนำ "กิ๊บเกือกม้า" สร้างรูปแบบความร้อน 3 มิติที่ซับซ้อนกว่า "หอยกาบ" ข้อดีของตัวเหนี่ยวนำสไตล์“ เกือกม้ากิ๊บ” คือการจัดการชิ้นส่วนทำได้ง่ายขึ้น

การเหนี่ยวนำอลูมิเนียมประสาน

การจำลองคอมพิวเตอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประสาน

ผู้ผลิตอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนรายใหญ่ประสบปัญหาด้านคุณภาพในการประสานรอยต่อที่แสดงในรูปที่ 1 โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบกิ๊บเกือกม้า ข้อต่อประสานเป็นสิ่งที่ดีสำหรับชิ้นส่วนส่วนใหญ่ แต่การให้ความร้อนจะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสำหรับบางส่วนส่งผลให้ความลึกของรอยต่อไม่เพียงพอข้อต่อเย็นและโลหะฟิลเลอร์วิ่งขึ้นผนังท่อเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปในพื้นที่ แม้จะมีการทดสอบการรั่วไหลของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละตัว แต่ก็ยังมีบางส่วนรั่วไหลที่ข้อต่อนี้ในการให้บริการ Center for Induction Technology Inc. ได้รับสัญญาให้วิเคราะห์และแก้ไขปัญหา

แหล่งจ่ายไฟที่ใช้สำหรับงานมีความถี่ตัวแปร 10 ถึง 25 kHz และกำลังไฟ 60 กิโลวัตต์ ในขั้นตอนการประสานผู้ปฏิบัติงานจะติดตั้งวงแหวนโลหะฟิลเลอร์ที่ปลายท่อและสอดท่อเข้าไปในท่อ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนถูกวางลงบนแท่นขุดเจาะพิเศษและเคลื่อนย้ายเข้าไปในตัวเหนี่ยวนำเกือกม้า

พื้นที่ประสานทั้งหมดเป็น prefluxed ความถี่ที่ใช้ในการทำให้ชิ้นส่วนร้อนขึ้นโดยทั่วไปคือ 12 ถึง 15 kHz และเวลาในการทำความร้อนอยู่ที่ประมาณ 20 วินาที ระดับพลังงานถูกตั้งโปรแกรมด้วยการลดเชิงเส้นเมื่อสิ้นสุดรอบการทำความร้อน ไพโรมิเตอร์แบบออปติคัลจะปิดการทำงานเมื่ออุณหภูมิที่ด้านหลังของข้อต่อถึงค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

มีหลายปัจจัยที่อาจทำให้เกิดความไม่สอดคล้องกันที่ผู้ผลิตประสบเช่นความแปรปรวนของส่วนประกอบข้อต่อ (ขนาดและตำแหน่ง) และการสัมผัสทางไฟฟ้าและความร้อนที่ไม่เสถียรและแปรผัน (ตามเวลา) ระหว่างท่อท่อแหวนฟิลเลอร์เป็นต้นปรากฏการณ์บางอย่าง มีความไม่เสถียรโดยเนื้อแท้และปัจจัยเหล่านี้ที่แปรผันเล็กน้อยอาจทำให้เกิดพลวัตของกระบวนการที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นวงแหวนโลหะฟิลเลอร์ที่เปิดอยู่สามารถคลายออกได้บางส่วนภายใต้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและปลายด้านที่ว่างของวงแหวนอาจถูกดูดกลับด้วยแรงของเส้นเลือดฝอยหรือยังคงไม่ละลาย ปัจจัยด้านเสียงนั้นยากที่จะลดหรือกำจัดและการแก้ปัญหานั้นจำเป็นต้องเพิ่มความแข็งแกร่งของกระบวนการทั้งหมด การจำลองคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการวิเคราะห์และปรับกระบวนการให้เหมาะสม

ในระหว่างการประเมินกระบวนการประสานจะสังเกตเห็นกองกำลังไฟฟ้าพลศาสตร์ที่แข็งแกร่ง ในขณะที่เปิดเครื่องขดลวดเกือกม้าจะมีการขยายตัวอย่างชัดเจนเนื่องจากมีการใช้แรงไฟฟ้าพลศาสตร์อย่างกะทันหัน ดังนั้นตัวเหนี่ยวนำจึงแข็งแรงขึ้นโดยใช้กลไกรวมถึงการรวมแผ่นไฟเบอร์กลาสเพิ่มเติม (G10) ที่เชื่อมต่อรากของขดลวดกิ๊บสองตัว การสาธิตอื่น ๆ ของกองกำลังไฟฟ้าไดนามิคที่มีอยู่คือการขยับของโลหะฟิลเลอร์ที่หลอมละลายออกไปจากบริเวณที่ใกล้กับทองแดงเปลี่ยนที่สนามแม่เหล็กแรงกว่า ในกระบวนการปกติโลหะฟิลเลอร์จะกระจายอย่างสม่ำเสมอรอบ ๆ ข้อต่อเนื่องจากแรงของเส้นเลือดฝอยและแรงโน้มถ่วงในทางตรงกันข้ามกับกระบวนการที่ผิดปกติซึ่งโลหะฟิลเลอร์อาจไหลออกจากข้อต่อหรือเคลื่อนขึ้นไปตามพื้นผิวท่อ

เพราะ การประสานอลูมิเนียมเหนี่ยวนำ เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมากเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดหวังการจำลองที่ถูกต้องของห่วงโซ่ทั้งหมดของปรากฏการณ์ที่ควบคู่กัน (แม่เหล็กไฟฟ้าความร้อนกลไกอุทกพลศาสตร์และโลหะวิทยา) กระบวนการที่สำคัญที่สุดและสามารถควบคุมได้คือการสร้างแหล่งความร้อนแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งวิเคราะห์โดยใช้โปรแกรม Flux 3D เนื่องจากลักษณะที่ซับซ้อนของกระบวนการประสานแบบเหนี่ยวนำจึงใช้การจำลองทางคอมพิวเตอร์และการทดลองร่วมกันเพื่อออกแบบกระบวนการและการเพิ่มประสิทธิภาพ

 

Induction_Aluminum_Brazing with Computer_Assisted