Induzione di Alluminiu Brazing cun Computer Assisted

Induzione di Alluminiu Brazing cun Computer Assisted

Brasatura di alluminiu à induzione diventa di più in più cumunu in l'industria. Un esempiu tipicu hè di saldatura di vari tubi à un corpu di scambiatore di calore automobilisticu. U induction heating coil ampiamente adupratu per stu tipu di prucessu ùn hè micca circundante, chì pò esse chjamatu stile "Ferru di cavallu". Per queste bobine, u campu magneticu è a distribuzione currente eddy resultante sò intrinsecamente 3-D in natura. In queste applicazioni, ci sò prublemi cù a qualità cumuna è a consistenza di i risultati da parte à parte. Per risolve un tali prublema per un grande fabbricante automobilisticu, u prugramma di simulazione urdinatore Flux3D hè statu adupratu per u studiu di prucessu è l'ottimisazione. L'ottimizazione hà inclusu cambià a bobina di induzione è a cunfigurazione di u regulatore di flussu magneticu. E nuove bobine di induzione, chì sò state validate sperimentalmente in un laburatoriu, producenu pezzi cù ghjunti di qualità superiore in parechji siti di pruduzzione.

Ogni vittura richiede parechji scambiatori di calore diversi (nuclei di riscaldatore, evaporatori, condensatori, radiatori, ecc.) Per u raffreddamentu di u powertrain, aria condizionata, raffreddamentu di l'oliu, ecc. Ancu se u stessu mutore hè adupratu per parechji mudelli di vitture, e cunnessioni ponu variare per via di diversi schemi sott'à u cappucciu. Per questa ragione, hè una pratica standard per i pruduttori di pezzi di fà parechji corpi di scambiu di calore di basa è poi attaccà connettori diversi in una operazione secondaria.

I corpi di u scambiatore di calore sò generalmente cunsistenti in alette d'aluminiu, tubi è teste saldate inseme in un fornu. Dopu a brasatura, i scambiatori di calore sò persunalizati per u mudellu di vittura datu attaccendu sia serbatoi di nylon sia più spessu tubi d'aluminiu diversi cù blocchi di cunnessione. Questi tubi sò attaccati sia da saldatura MIG, fiamma o brasatura a induzione. In u casu di brasatura, hè necessariu un cuntrollu di temperatura assai precisu per via di a piccula differenza di temperature di fusione è brasatura per l'aluminiu (20-50 C dipende da lega, metallo di riempimento è atmosfera), alta conducibilità termica di l'aluminiu è poca distanza da l'altru ghjunti brasati in una operazione precedente.

Induction heating hè un metudu cumunu per brasà vari tubi per scambià e teste di scambiatore. A Figura 1 hè una figura di un induction brazing installazione per brasà una pipa à un tubu nantu à un header di scambiatore di calore. A causa di i requisiti per un riscaldamentu precisu, a faccia di a bobina d'induzione deve esse vicinu à a giunzione da brasà. Dunque una bobina cilindrica simplice ùn pò micca esse usata, perchè a parte ùn puderia micca esse rimossa dopu a brasatura di a giuntura.

Ci hè dui stili principali di bobina di induzione aduprati per brasà queste articulazioni: induttori di stile "à clamshell" è "ferru di ferru". L'induttori "Clamshell" sò simili à l'induttori cilindrici, ma si aprenu per permette a rimozione di a parte. L'induttori "Horseshoe-hairpin" sò in forma di ferro di cavallu per caricare a parte è sò essenzialmente duie bobine di hairpin in i lati opposti di l'articulazione.

U vantaghju di aduprà un induttore "Clamshell" hè chì u riscaldamentu hè più uniforme in circonferenza è relativamente faciule da prevede. U svantaghju di un induttore "Clamshell" hè chì u sistema meccanicu necessariu hè più cumplicatu è i cuntatti di alta corrente sò relativamente pocu affidabili.

L'induttori "Horseshoe-hairpin" producenu schemi di calore 3-D più cumplicati cà "Clamshells". U vantaghju di un induttore di stile "Horseshoe-hairpin" hè chì a manipulazione di a parte hè simplificata.

Induzzioni Aluminum Brazing

A simulazione urdinatore ottimizza a brasatura

Un grande fabbricante di scambiatore di calore avia prublemi di qualità cù a saldatura di l'articulazione mostrata in Fig.1 cù un induttore di stile di ferru di ferru. L'articulu di brace era bonu per a maggior parte di e parti, ma u riscaldamentu seria totalmente diversu per alcune parti, resultendu in prufundità insuffisante di l'articulu, articulazioni fredde è metallo di riempimentu chì corre sopra u muru di a pipa per via di surriscaldamentu locale. Ancu cù i testi di ogni scambiatore di calore per perdite, alcune parti sò sempre scappate à questu giuntu in serviziu. U Centre for Induction Technology Inc. hè statu cuntrattu per analisà è risolve u prublema.

L'alimentazione aduprata per u travagliu hà una frequenza variabile da 10 à 25 kHz è una potenza nominale di 60 kW. In u prucessu di brasatura, un operatore installa un anellu metallicu di riempimentu nantu à a fine di a pipa è inserisce a pipa in u tubu. Un scambiatore di calore hè piazzatu nantu à una piattaforma speciale è spostatu in l'induttore di ferraghju.

L'intera zona di brasatura hè preflussata. A frequenza aduprata per scaldà a parte hè tipicamente di 12 à 15 kHz, è u tempu di riscaldamentu hè di circa 20 secondi. U livellu di putenza hè prugrammatu cù riduzzione lineare à a fine di u ciculu di riscaldamentu. Un pirometru otticu spegne a putenza quandu a temperatura di u latu posteriore di a cunghjunta ghjunghje à un valore predefinitu.

Ci sò parechji fattori chì ponu causà l'incongruenza chì u fabbricante stava sperimentendu, cume a variazione di cumpunenti cumuni (dimensioni è posizione) è instabile è variabile (in tempu) cuntattu elettricu è termicu trà u tubu, a pipa, l'anellu di riempimentu, ecc. Alcuni fenomeni sò intrinsecamente instabili, è piccule variazioni di questi fattori ponu causà diverse dinamiche di prucessu. Per esempiu, l'anellu di metallo di riempimentu apertu pò sbulicà in parte sottu à e forze elettromagnetiche, è l'estremità libera di l'anellu pò esse succhiata indietro da e forze capillari o rimanuta senza fusione. I fattori di rumore sò difficiuli da riduce o eliminà, è a soluzione à u prublema richiede di aumentà a robustezza di u prucessu tutale. A simulazione per urdinatore hè un strumentu efficace per analizà è ottimisà u prucessu.

Durante a valutazione di u prucessu di brasatura, sò state osservate forti forze elettrodinamiche. À u mumentu chì a putenza hè accesa, a bobina di ferraghju sperimenta chjaramente una espansione per via di una applicazione improvvisa di forza elettrodinamica. Cusì, l'induttore hè statu fattu meccanicamente più forte, cumprendu l'incorporazione di una piastra in fibra di vetru addizionale (G10) chì cunnessa e radici di duie bobine di forcelle. L'altra dimostrazione di e forze elettrodinamiche prisente era u spostamentu di u metallu di riempimentu fusu luntanu da e zone vicine à i giri di rame induve u campu magneticu hè più forte. In un prucessu normale, u metalu di riempimentu distribuisce uniformemente intornu à a cunghjunta per via di e forze capillari è di a gravità in cuntrastu cù un prucessu anormale induve u metale di riempimentu pò scappà fora di a cunghjunta o cullà longu a superficie di u tubu.

picchì induction aluminum brazing hè un prucessu assai cumplicatu, ùn hè micca fattibile d'aspittà una simulazione precisa di tutta a catena di fenomeni mutuu accoppiati (elettromagnetica, termica, meccanica, idrodinamica è metallurgica). U prucessu più impurtante è cuntrullabile hè a generazione di fonti di calore elettromagneticu, chì sò state analizate cù u prugramma Flux 3D. A causa di a natura cumplessa di u prucessu di brasatura à induzione, una cumbinazione di simulazione in computer è sperimenti hè stata aduprata per a cuncezzione è l'ottimisazione di i prucessi.

 

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