コンピュータ支援による誘導アルミニウムろう付け

コンピュータ支援による誘導アルミニウムろう付け

誘導アルミニウムろう付け 業界ではますます一般的になっています。 典型的な例は、自動車の熱交換器本体にさまざまなパイプをろう付けすることです。 ザ・ 誘導加熱コイル このタイプのプロセスに広く使用されているのは、「ホースシューヘアピン」スタイルと呼ばれる非包囲プロセスです。 これらのコイルの場合、磁場とその結果生じる渦電流分布は本質的に3Dです。 これらのアプリケーションでは、ジョイントの品質とパーツ間の結果の一貫性に問題があります。 大手自動車メーカーのこのような問題の3つを解決するために、FluxXNUMXDコンピューターシミュレーションプログラムをプロセスの研究と最適化に使用しました。 最適化には、誘導コイルと磁束コントローラーの構成の変更が含まれていました。 実験室で実験的に検証された新しい誘導コイルは、いくつかの生産現場でより高品質のジョイントを備えた部品を生産します。

各車には、パワートレインの冷却、空調、オイル冷却などのために、いくつかの異なる熱交換器(ヒーターコア、エバポレーター、コンデンサー、ラジエーターなど)が必要です。今日の乗用車の熱交換器の大部分は、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできています。 同じエンジンが複数の自動車モデルに使用されている場合でも、ボンネットの下のレイアウトが異なるため、接続が異なる場合があります。 このため、部品メーカーは、いくつかの基本的な熱交換器本体を作成してから、XNUMX次操作で異なるコネクタを取り付けるのが標準的な方法です。

熱交換器本体は通常、炉内で一緒にろう付けされたアルミニウムフィン、チューブ、およびヘッダーで構成されています。 ろう付け後、熱交換器は、ナイロンタンクまたは最も一般的には異なるアルミニウムパイプを接続ブロックに取り付けることにより、特定の車種に合わせてカスタマイズされます。 これらのパイプは、MIG溶接、火炎、または誘導ろう付けのいずれかによって取り付けられます。 ろう付けの場合、アルミニウムの溶融温度とろう付け温度の差が小さく(合金、溶加材、雰囲気によって20〜50℃)、アルミニウムの熱伝導率が高く、他のアルミニウムとの距離が短いため、非常に正確な温度制御が必要です。前の操作でろう付けされたジョイント。

誘導加熱 は、さまざまなパイプを熱交換器ヘッダーにろう付けするための一般的な方法です。 図1はの写真です 誘導ろう付け 熱交換器ヘッダーのチューブにパイプをろう付けするためのセットアップ。 正確な加熱が必要なため、誘導コイルの面はろう付けする接合部に近接している必要があります。 そのため、接合部をろう付けした後、部品を取り外すことができなかったため、単純な円筒コイルは使用できません。

これらの接合部のろう付けに使用されるXNUMXつの主要な誘導コイルスタイルがあります。「クラムシェル」スタイルと「ホースシューヘアピン」スタイルのインダクタです。 「クラムシェル」インダクタは円筒形インダクタに似ていますが、部品を取り外すために開きます。 「ホースシューヘアピン」インダクタは、パーツをロードするためのホースシューのような形状であり、基本的にはジョイントの反対側にあるXNUMXつのヘアピンコイルです。

「クラムシェル」インダクタを使用する利点は、加熱が円周でより均一になり、予測が比較的容易になることです。 「クラムシェル」インダクタの欠点は、必要な機械システムがより複雑であり、大電流接点の信頼性が比較的低いことです。

「ホースシューヘアピン」インダクタは、「クラムシェル」よりも複雑な3D熱パターンを生成します。 「ホースシューヘアピン」スタイルのインダクタの利点は、部品の取り扱いが簡素化されることです。

誘導アルミニウムろう付け

コンピュータシミュレーションはろう付けを最適化します

大手熱交換器メーカーは、馬蹄形ヘアピン式インダクターを使用して図1に示す接合部をろう付けする際に品質の問題を抱えていました。 ろう付け接合部は大部分の部品で良好でしたが、一部の部品では加熱がまったく異なり、局部的な過熱により接合部の深さが不十分になり、接合部が冷たくなり、溶加材がパイプ壁に流れ込みました。 各熱交換器の漏れをテストしても、使用中のこのジョイントで一部の部品が漏れていました。 Center for Induction Technology Inc.は、問題の分析と解決を請け負いました。

ジョブに使用される電源は、10〜25 kHzの可変周波数と、60kWの定格電力を備えています。 ろう付け工程では、オペレーターがパイプの端に溶加材リングを取り付け、パイプをチューブ内に挿入します。 熱交換器は特別なリグに配置され、馬蹄形インダクター内に移動します。

ろう付け領域全体が事前にフラックス処理されています。 部品の加熱に使用される周波数は通常12〜15 kHzで、加熱時間は約20秒です。 電力レベルは、加熱サイクルの終わりに線形減少でプログラムされます。 高温計は、接合部の裏側の温度がプリセット値に達すると電源をオフにします。

ジョイントコンポーネント(寸法と位置)の変動や、チューブ、パイプ、フィラーリング間の電気的および熱的接触が不安定で変動する(時間的に)など、メーカーが経験した不整合を引き起こす可能性のある多くの要因があります。いくつかの現象は本質的に不安定であり、これらの要因のわずかな変動が異なるプロセスダイナミクスを引き起こす可能性があります。 例えば、開いた溶加材リングは、電磁力の下で部分的にほどける可能性があり、リングの自由端は、毛細管力によって吸い戻されるか、または溶融されないままである可​​能性がある。 ノイズ要因を低減または排除することは困難であり、問​​題を解決するには、プロセス全体の堅牢性を高める必要がありました。 コンピュータシミュレーションは、プロセスを分析および最適化するための効果的なツールです。

ろう付けプロセスの評価中に、強い電気力が観察されました。 電源を入れた瞬間、突然の動電力により、馬蹄形コイルが明らかに膨張します。 したがって、インダクタは、10つのヘアピンコイルのルートを接続する追加のグラスファイバー(GXNUMX)プレートを組み込むことを含め、機械的に強力になりました。 存在する電気力学的力の他の実証は、磁場がより強い銅のターンに近い領域から溶融溶加材が移動することでした。 通常のプロセスでは、毛細管力と重力により、溶加材が接合部から流出したり、パイプ表面に沿って上昇したりする異常なプロセスとは対照的に、溶加材は接合部の周囲に均一に分布します。

なぜなら 誘導アルミニウムろう付け は非常に複雑なプロセスであるため、相互に結合した現象(電磁気、熱、機械、流体力学、冶金)のチェーン全体の正確なシミュレーションを期待することはできません。 最も重要で制御可能なプロセスは、Flux3Dプログラムを使用して分析された電磁熱源の生成です。 誘導ろう付けプロセスは複雑であるため、プロセスの設計と最適化にはコンピューターシミュレーションと実験の組み合わせが使用されました。

 

Computer_Assistedを使用したInduction_Aluminum_Brazing