Brazing Aluminium Induksi dengan Bantuan Komputer
Mematri aluminium induksi menjadi semakin umum dalam industri. Contoh tipikal adalah memasang berbagai pipa ke badan penukar panas otomotif. Itu koil pemanas induksi banyak digunakan untuk jenis proses ini adalah non-melingkar, yang dapat disebut sebagai gaya "Horseshoe-hairpin". Untuk kumparan ini, medan magnet dan distribusi arus eddy yang dihasilkan secara inheren bersifat 3-D. Dalam aplikasi ini, terdapat masalah dengan kualitas sambungan dan konsistensi hasil dari bagian ke bagian. Untuk mengatasi satu masalah tersebut untuk pabrikan otomotif besar, program simulasi komputer Flux3D digunakan untuk studi proses dan optimasi. Optimasi termasuk mengubah koil induksi dan konfigurasi pengontrol fluks magnet. Kumparan induksi baru, yang telah divalidasi secara eksperimental di laboratorium, menghasilkan suku cadang dengan sambungan berkualitas lebih tinggi di beberapa lokasi produksi.
Setiap mobil membutuhkan beberapa penukar panas yang berbeda (inti pemanas, evaporator, kondensor, radiator, dll.) Untuk pendingin powertrain, AC, pendingin oli, dll. Sebagian besar penukar panas mobil penumpang saat ini terbuat dari aluminium atau paduan aluminium. Meskipun mesin yang sama digunakan untuk beberapa model mobil, sambungan dapat bervariasi karena tata letak yang berbeda di bawah kap. Untuk alasan ini, merupakan praktik standar bagi produsen suku cadang untuk membuat beberapa badan penukar panas dasar dan kemudian memasang konektor yang berbeda dalam operasi sekunder.
Badan penukar panas biasanya terdiri dari sirip aluminium, tabung, dan header yang dibrazing bersama dalam tungku. Setelah mematri, penukar panas disesuaikan untuk model mobil tertentu dengan memasang tangki nilon atau pipa aluminium yang paling umum berbeda dengan blok sambungan. Pipa-pipa ini dipasang baik dengan pengelasan MIG, api atau mematri induksi. Dalam kasus mematri, diperlukan kontrol suhu yang sangat tepat karena perbedaan kecil dalam suhu leleh dan mematri untuk aluminium (20-50 C tergantung pada paduan, logam pengisi, dan atmosfer), konduktivitas termal aluminium yang tinggi, dan jarak yang pendek dengan lainnya. sendi mematri pada operasi sebelumnya.
Pemanasan induksi adalah metode umum untuk mematri berbagai pipa ke header penukar panas. Gambar 1 adalah gambar sebuah Induksi mematri set-up untuk mematri pipa ke tabung di header penukar panas. Karena persyaratan untuk pemanasan yang tepat, permukaan koil induksi harus dekat dengan sambungan yang akan dibrazing. Oleh karena itu kumparan silindris sederhana tidak dapat digunakan, karena bagian tersebut tidak dapat dilepas setelah sambungan dibrazing.
Ada dua gaya koil induksi utama yang digunakan untuk mematri sambungan ini: induktor gaya "kulit kerang" dan "jepit rambut-tapal kuda". Induktor "Clamshell" mirip dengan induktor silinder, tetapi mereka terbuka untuk memungkinkan pelepasan bagian. Induktor “Horseshoe-hairpin” berbentuk seperti tapal kuda untuk memuat bagian dan pada dasarnya adalah dua gulungan jepit rambut di sisi berlawanan dari sambungan.
Keuntungan menggunakan induktor “Clamshell” adalah lingkar pemanasnya lebih seragam dan relatif mudah diprediksi. Kerugian dari induktor "Clamshell" adalah bahwa sistem mekanik yang dibutuhkan lebih rumit dan kontak arus tinggi relatif tidak dapat diandalkan.
Induktor "Horseshoe-hairpin" menghasilkan pola panas 3-D yang lebih rumit daripada "Clamshells". Keuntungan dari induktor model “Horseshoe-hairpin” adalah penanganan bagian yang disederhanakan.
Induksi Aluminium BrazingSimulasi komputer mengoptimalkan mematri
Produsen penukar panas besar mengalami masalah kualitas dengan mematri sambungan yang ditunjukkan pada Gambar. 1 menggunakan induktor model tapal kuda. Sambungan braze baik untuk sebagian besar bagian, tetapi pemanasan akan sangat berbeda untuk beberapa bagian, mengakibatkan kedalaman sambungan yang tidak mencukupi, sambungan dingin dan logam pengisi mengalir ke dinding pipa karena panas berlebih di daerah tersebut. Bahkan dengan pengujian kebocoran pada setiap penukar panas, beberapa bagian masih bocor pada sambungan ini dalam pelayanan. Center for Induction Technology Inc. dikontrak untuk menganalisis dan memecahkan masalah.
Catu daya yang digunakan untuk pekerjaan itu memiliki frekuensi variabel 10 hingga 25 kHz dan daya pengenal 60 kW. Dalam proses mematri, seorang operator memasang cincin logam pengisi di ujung pipa dan memasukkan pipa ke dalam tabung. Penukar panas ditempatkan ke rig khusus dan dipindahkan ke dalam induktor tapal kuda.
Seluruh area mematri sudah dilumuri terlebih dahulu. Frekuensi yang digunakan untuk memanaskan bagian biasanya adalah 12 hingga 15 kHz, dan waktu pemanasan sekitar 20 detik. Tingkat daya diprogram dengan reduksi linier di akhir siklus pemanasan. Pirometer optik mematikan daya ketika suhu di sisi belakang sambungan mencapai nilai yang telah ditetapkan.
Ada banyak faktor yang dapat menyebabkan ketidakkonsistenan yang dialami oleh pabrikan, seperti variasi komponen sambungan (dimensi dan posisi) dan kontak listrik dan termal yang tidak stabil dan variabel (dalam waktu) antara tabung, pipa, ring pengisi, dll. Beberapa fenomena secara inheren tidak stabil, dan variasi kecil dari faktor-faktor ini dapat menyebabkan dinamika proses yang berbeda. Misalnya, cincin logam pengisi terbuka sebagian dapat terlepas di bawah gaya elektromagnetik, dan ujung cincin yang bebas dapat terhisap kembali oleh gaya kapiler atau tetap tidak meleleh. Faktor kebisingan sulit untuk dikurangi atau dihilangkan, dan solusi untuk masalah tersebut membutuhkan peningkatan ketahanan dari proses total. Simulasi komputer adalah alat yang efektif untuk menganalisis dan mengoptimalkan proses.
Selama evaluasi proses mematri, gaya elektrodinamik yang kuat diamati. Pada saat daya dihidupkan, kumparan tapal kuda jelas mengalami perluasan karena penerapan gaya elektrodinamik secara tiba-tiba. Dengan demikian, induktor dibuat lebih kuat secara mekanis, termasuk memasukkan pelat fiberglass (G10) tambahan yang menghubungkan akar dua gulungan jepit rambut. Demonstrasi lain dari gaya elektrodinamika yang ada adalah pergeseran logam pengisi cair dari daerah dekat lilitan tembaga di mana medan magnet lebih kuat. Dalam proses normal, logam pengisi menyebar secara merata di sekitar sambungan karena gaya kapiler dan gravitasi berbeda dengan proses abnormal di mana logam pengisi dapat kehabisan sambungan atau bergerak ke atas di sepanjang permukaan pipa.
Karena mematri aluminium induksi adalah proses yang sangat rumit, tidak mungkin mengharapkan simulasi yang akurat dari seluruh rantai fenomena yang saling terkait (elektromagnetik, termal, mekanis, hidrodinamik, dan metalurgi). Proses yang paling penting dan dapat dikontrol adalah pembuatan sumber panas elektromagnetik, yang dianalisis menggunakan program Flux 3D. Karena sifat kompleks dari proses mematri induksi, kombinasi simulasi dan eksperimen komputer digunakan untuk desain dan optimasi proses.
