誘導加熱によるアルミニウム管のろう付け

高周波誘導加熱を備えた誘導ろう付けアルミニウム管

の新しいアプリケーション分野 誘導加熱 対応する構造と材料特性を考慮して、加熱されたコンポーネント内の温度分布を分析する必要があります。 有限要素法(FEM)は、電磁および熱の数値解析とシミュレーションを組み合わせて、誘導加熱プロセスのそのような解析と最適化を実行するための強力なツールを提供します。

この貢献の主な目的は、数値シミュレーションと実行された実験に基づいて、ソーラーコレクターの製造に適切で洗練された効率的な誘導ろう付け技術の適用の可能性を示すことです。

問題の説明

この作業では、ろう付けプロセスに適したソーラーコレクターのコンポーネント、つまり収集チューブの部品の設計を扱います(図1a)。 チューブは、表3000に示す化学組成のAW 1タイプのAl合金で作られています。ろう付けには、Al 104タイプの合金が使用され(表2)、残留物がないフラックスBraze Tec32 / 80と一緒に使用されます。 -腐食性。 Al 104ろう付け合金の固相線温度と液相線温度の間の温度間隔は、575°Cから585°Cの範囲です。 チューブ材料の固相線温度は650°Cです。

表1AW3000合金の化学組成[wt。 %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Al
0.05-0.15 0.06-0.35 最大。 0.1 0.3-0.6 0.02-0.20 0.05-0.3 最大。 0.25

表2Al104タイプのろう付け合金の化学組成[wt。 %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
11-13 0.6 最大。 0.3 0.15 0.1 0.2 最大。 0.15

ろう付けプロセスは、誘導加熱の適用を想定しています。 接合部(ろう付け金属-ろう付け合金)で同時にろう付け温度を達成するように誘導加熱システムを設計する必要があります。 この観点から、誘導コイル、その形状、および動作パラメータ(主に周波数とソース電流)の適切な選択は非常に重要です。 設計した銅製水冷誘導コイルの形状と寸法を図1bに示します。

プログラムコードANSYS10.0を適用した誘導加熱の数値シミュレーションを使用して、ろう付け部品の温度分布に対する誘導加熱の関連パラメータの影響を評価しました。

シミュレーションモデル

ANSYS 10.0ソフトウェアを使用したFEMによる電磁気と熱の結合問題の解決方法[3-5]に従って、幾何学的、物理的、初期条件、境界条件を含むろう付けの誘導加熱プロセスのシミュレーションモデルを開発しました。 数値シミュレーションの主な目的は、接合部形成ゾーンで必要な温度分布を達成するために、誘導加熱の最適なパラメータ(周波数とソース電流)を定義することでした。

電磁解析に推奨される3Dモデル(図2)は、チューブ、ろう付け合金、水冷誘導コイル、および周囲の空気(図2には示されていません)のモデルで構成されています。 熱分析では、チューブとろう付け合金のみが考慮されました。 ジョイント形成ゾーンの線形8ノード要素から生成されたメッシュの詳細を図2bに示します。

図2a)周囲の空気がない場合の電磁解析の幾何学的モデルb)接合部形成ゾーンで生成された3Dメッシュの詳細AW3000合金とAl104ろう付け合金の電気的および熱的特性の温度依存性はJMatProを使用して得られましたソフトウェア[6]。 適用された材料が非磁性であるという事実に続いて、それらの相対透磁率 µr = 1。

ろう材の初期温度は20℃でした。 材料の境界面での完全な電気的および熱的接触が想定されていました。 誘導コイルのソース電流の周波数は350kHzであると想定されていました。 ソース電流の値は、600Aから700Aの間隔で定義されました。20°Cの温度での自然対流と空気への放射によるろう付けされたチューブの冷却が考慮されました。 ろう付け部品の表面温度に依存する複合熱伝達係数を定義しました。 図3には、接合ゾーンで必要な温度に達した後のろう付けされたコンポーネントの温度分布が、 誘導加熱コイル。 36Aのソース電流を使用した600秒の時間はかなり長いようです。 700 Aのソース電流を適用する高速加熱は、Al104ろう付け合金の溶融には十分ではありません。 このため、約620 A〜640 Aのレベルのソース電流が推奨され、ろう付け時間は25〜27.5秒になります……

誘導加熱によるアルミニウム管のろう付け