ท่ออลูมิเนียมประสานการเหนี่ยวนำพร้อมเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง

พื้นที่การใช้งานใหม่ของ ความร้อนเหนี่ยวนำ จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การกระจายของอุณหภูมิภายในส่วนประกอบที่ให้ความร้อนโดยคำนึงถึงโครงสร้างที่เกี่ยวข้องและคุณสมบัติของวัสดุ วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการวิเคราะห์และเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำผ่านการวิเคราะห์และการจำลองเชิงตัวเลขแม่เหล็กไฟฟ้าและความร้อนควบคู่กันไป

จุดมุ่งหมายหลักของการสนับสนุนนี้คือเพื่อบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการประสานเหนี่ยวนำที่เหมาะสมซับซ้อนและมีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตเครื่องสะสมพลังงานแสงอาทิตย์โดยอาศัยการจำลองเชิงตัวเลขและการทดลองที่ดำเนินการ

คำอธิบายปัญหา

งานนี้เกี่ยวข้องกับการออกแบบส่วนประกอบสำหรับเครื่องสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการประสาน ได้แก่ ชิ้นส่วนของการรวบรวมท่อ (รูปที่ 1a) ท่อทำจากโลหะผสม Al ของประเภท AW 3000 โดยมีองค์ประกอบทางเคมีที่ระบุไว้ในตารางที่ 1 สำหรับการเชื่อมโลหะผสมจะใช้โลหะผสมประเภท Al 104 (ตารางที่ 2) ร่วมกับฟลักซ์ Braze Tec 32/80 ซึ่งไม่มีสารตกค้าง - กัดกร่อน ช่วงอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิ solidus และ liquidus สำหรับโลหะผสมประสาน Al 104 อยู่ระหว่าง 575 ° C ถึง 585 ° C อุณหภูมิโซลิดัสของวัสดุท่อคือ 650 ° C

ตารางที่ 1 องค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสม AW 3000 [wt. %]

ตารางที่ 2 องค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมประสานชนิด Al 104 [wt. %]

ขั้นตอนการประสานสนับสนุนการใช้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ จำเป็นต้องออกแบบระบบการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำในลักษณะที่อุณหภูมิของการประสานควรจะทำได้ในบริเวณรอยต่อ (โลหะประสาน - โลหะผสมประสาน) ในเวลาเดียวกัน จากมุมมองนี้การเลือกขดลวดเหนี่ยวนำที่เหมาะสมรูปทรงเรขาคณิตและพารามิเตอร์การทำงาน (ส่วนใหญ่คือความถี่และกระแสที่มา) มีความสำคัญมาก รูปร่างและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำระบายความร้อนด้วยน้ำทองแดงที่ออกแบบแสดงไว้ในรูปที่ 1b

ผลของพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำต่อการกระจายอุณหภูมิในชิ้นส่วนประสานได้รับการประเมินโดยใช้การจำลองเชิงตัวเลขของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำโดยใช้รหัสโปรแกรม ANSYS 10.0

โมเดลจำลอง

ตามวิธีการแก้ปัญหาแม่เหล็กไฟฟ้าและความร้อนคู่โดย FEM โดยใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS 10.0 [3-5] แบบจำลองการจำลองกระบวนการให้ความร้อนเหนี่ยวนำสำหรับการประสานได้รับการพัฒนารวมถึงเงื่อนไขทางเรขาคณิตกายภาพและเริ่มต้นและขอบเขต จุดมุ่งหมายหลักของการจำลองเชิงตัวเลขคือการกำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ (ความถี่และกระแสที่มา) เพื่อให้ได้การกระจายอุณหภูมิที่ต้องการในโซนของการก่อตัวร่วมกัน

โมเดล 3 มิติที่แนะนำ (รูปที่ 2) สำหรับการวิเคราะห์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยแบบจำลองของท่อโลหะผสมประสานขดลวดเหนี่ยวนำระบายความร้อนด้วยน้ำและอากาศโดยรอบ (ไม่แสดงในรูปที่ 2) ในการวิเคราะห์เชิงความร้อนจะพิจารณาเฉพาะท่อและโลหะผสมประสานเท่านั้น รายละเอียดของตาข่ายที่สร้างขึ้นจากองค์ประกอบเชิงเส้น 8 โหนดในโซนของการก่อตัวร่วมแสดงไว้ในรูปที่ 2b

รูปที่ 2 ก) แบบจำลองทางเรขาคณิตสำหรับการวิเคราะห์แม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่มีอากาศโดยรอบและ b) รายละเอียดของตาข่าย 3 มิติที่สร้างขึ้นในโซนของการก่อตัวของรอยต่อขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อนของโลหะผสม AW 3000 และโลหะผสมประสาน Al 104 ได้โดยใช้ JMatPro ซอฟต์แวร์ [6]. จากข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุที่ใช้ไม่เป็นแม่เหล็กความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ µr = 1

อุณหภูมิเริ่มต้นของวัสดุประสานคือ 20 ° C ควรมีการสัมผัสทางไฟฟ้าและความร้อนที่สมบูรณ์แบบบนพื้นผิวขอบเขตของวัสดุ ความถี่ของแหล่งจ่ายกระแสในขดลวดเหนี่ยวนำควรเป็น 350 kHz ค่าของกระแสต้นทางถูกกำหนดจากช่วงเวลาตั้งแต่ 600 A ถึง 700 A การระบายความร้อนของท่อที่เชื่อมด้วยการพาความร้อนและการแผ่รังสีอิสระสู่อากาศโดยคำนึงถึงอุณหภูมิ 20 ° C มีการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนร่วมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิพื้นผิวของชิ้นส่วนประสาน ในรูปที่ 3 การกระจายตัวของอุณหภูมิในส่วนประกอบประสานหลังจากบรรลุอุณหภูมิที่ต้องการในโซนรอยต่อจะแสดงสำหรับค่าที่เลือกของกระแสต้นทางที่ใช้ใน ขดลวดความร้อนเหนี่ยวนำ. เวลา 36 วินาทีโดยใช้กระแสต้นทาง 600 A ดูเหมือนจะค่อนข้างนาน การให้ความร้อนอย่างรวดเร็วโดยใช้กระแสต้นทาง 700 A ไม่เพียงพอสำหรับการหลอมโลหะผสมประสาน Al 104 ด้วยเหตุนี้จึงแนะนำให้ใช้กระแสไฟฟ้าโดยประมาณที่ระดับ 620 A ถึง 640 A ซึ่งนำไปสู่ระยะเวลาในการประสานจาก 25 ถึง 27.5 วินาที……

ท่ออลูมิเนียมประสานพร้อมระบบทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ