컴퓨터 지원을 통한 유도 알루미늄 브레이징

컴퓨터 지원을 통한 유도 알루미늄 브레이징

유도 알루미늄 브레이징 업계에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 전형적인 예는 자동차 열교환 기 본체에 다양한 파이프를 납땜하는 것입니다. 그만큼 유도 가열 코일 이러한 유형의 프로세스에 널리 사용되는 프로세스는 "말굽 머리핀"스타일이라고 할 수있는 비-둘러싸 기 프로세스입니다. 이러한 코일의 경우 자기장과 그에 따른 와전류 분포는 본질적으로 3D입니다. 이러한 응용 분야에서는 접합 품질 및 부품 간 결과의 일관성에 문제가 있습니다. 대형 자동차 제조업체의 이러한 문제를 해결하기 위해 Flux3D 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램이 공정 연구 및 최적화에 사용되었습니다. 최적화에는 유도 코일 및 자속 컨트롤러 구성 변경이 포함되었습니다. 실험실에서 실험적으로 검증 된 새로운 유도 코일은 여러 생산 현장에서 고품질 조인트를 가진 부품을 생산합니다.

각 차량에는 파워 트레인 냉각, 에어컨, 오일 냉각 등을 위해 여러 가지 열교환 기 (히터 코어, 증발기, 콘덴서, 라디에이터 등)가 필요합니다. 오늘날 승용차 열교환 기의 대부분은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 여러 자동차 모델에 동일한 엔진을 사용하더라도 후드 아래의 레이아웃이 다르기 때문에 연결이 다를 수 있습니다. 이러한 이유로 부품 제조업체는 몇 가지 기본 열교환 기 본체를 만든 다음 XNUMX 차 작업에서 서로 다른 커넥터를 연결하는 것이 표준 관행입니다.

열교환 기 본체는 일반적으로 용광로에서 함께 납땜 된 알루미늄 핀, 튜브 및 헤더로 구성됩니다. 브레이징 후, 열 교환기는 나일론 탱크 또는 연결 블록이있는 가장 일반적으로 다른 알루미늄 파이프를 부착하여 주어진 자동차 모델에 맞게 사용자 정의됩니다. 이 파이프는 MIG 용접, 화염 또는 유도 브레이징으로 부착됩니다. 브레이징의 경우 알루미늄의 용융 및 브레이징 온도 (합금, 용가재 및 대기에 따라 20 ~ 50 ° C)의 차이가 적고 알루미늄의 열전도율이 높고 타와의 거리가 짧아 매우 정밀한 온도 제어가 필요합니다. 이전 작업에서 납땜 된 관절.

유도 가열 다양한 파이프를 열교환 기 헤더에 납땜하는 일반적인 방법입니다. 그림 1은 유도 브레이징 열교환 기 헤더의 튜브에 파이프를 납땜하기위한 설정. 정밀 가열에 대한 요구 사항으로 인해 유도 코일의면은 납땜 할 조인트에 매우 근접해야합니다. 따라서 조인트가 브레이징 된 후에 부품을 제거 할 수 없기 때문에 단순한 원통형 코일을 사용할 수 없습니다.

이러한 조인트를 브레이징하는 데 사용되는 두 가지 주요 유도 코일 스타일이 있습니다. "클램 쉘"및 "말굽 머리핀"스타일 인덕터입니다. "클램 쉘"인덕터는 원통형 인덕터와 유사하지만 부품을 제거 할 수 있도록 개방됩니다. "Horseshoe-hairpin"인덕터는 부품을로드하기위한 말굽 모양이며 기본적으로 조인트의 반대쪽에있는 두 개의 헤어핀 코일입니다.

"Clamshell"인덕터 사용의 장점은 가열이 원주에서 더 균일하고 상대적으로 예측하기 쉽다는 것입니다. "클램 셸"인덕터의 단점은 필요한 기계 시스템이 더 복잡하고 고전류 접점이 상대적으로 신뢰할 수 없다는 것입니다.

"Horseshoe-hairpin"인덕터는 "Clamshells"보다 더 복잡한 3D 열 패턴을 생성합니다. "Horseshoe-hairpin"스타일 인덕터의 장점은 부품 처리가 단순화된다는 것입니다.

유도 알루미늄 브레이징

컴퓨터 시뮬레이션으로 브레이징 최적화

대형 열교환 기 제조업체는 말굽 머리핀 스타일 인덕터를 사용하여 그림 1에 표시된 조인트를 납땜하는 데 품질 문제가있었습니다. 브레이즈 조인트는 대부분의 부품에 적합했지만 일부 부품의 경우 가열이 완전히 다르기 때문에 국소 과열로 인해 조인트 깊이가 불충분하고 콜드 조인트 및 필러 금속이 파이프 벽 위로 흐르게됩니다. 각 열 교환기의 누출 테스트를했지만 서비스중인이 조인트에서 일부 부품이 여전히 누출되었습니다. 이 문제를 분석하고 해결하기 위해 Center for Induction Technology Inc.를 계약했습니다.

작업에 사용되는 전원 공급 장치의 가변 주파수는 10 ~ 25kHz이고 정격 출력은 60kW입니다. 브레이징 공정에서 작업자는 파이프 끝단에 용가재 링을 설치하고 파이프를 튜브 내부에 삽입합니다. 열교환 기는 특수 장비에 배치되고 말굽 인덕터 내부로 이동합니다.

전체 브레이징 영역이 사전 유동화됩니다. 부품을 가열하는 데 사용되는 주파수는 일반적으로 12 ~ 15kHz이고 가열 시간은 약 20 초입니다. 전력 레벨은 가열 사이클이 끝날 때 선형 감소로 프로그래밍됩니다. 광학 고온계는 조인트 뒷면의 온도가 미리 설정된 값에 도달하면 전원을 끕니다.

조인트 부품 (치수 및 위치)의 변화, 튜브, 파이프, 필러 링 등 사이의 불안정하고 가변적 인 (시간 내) 전기 및 열 접촉과 같이 제조업체가 겪고 있던 불일치를 유발할 수있는 많은 요인이 있습니다. 일부 현상 본질적으로 불안정하며 이러한 요인의 작은 변화는 다른 공정 역학을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 개방형 금속 용가재 링은 전자기력에 의해 부분적으로 풀릴 수 있으며 링의 자유 단부는 모세관 힘에 의해 뒤로 빨려 들어가거나 용융되지 않은 상태로 남아있을 수 있습니다. 소음 요인은 줄이거 나 제거하기가 어려우며 문제에 대한 해결책은 전체 공정의 견고성을 높여야했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 프로세스를 분석하고 최적화하는 효과적인 도구입니다.

브레이징 공정을 평가하는 동안 강한 전기 역학적 힘이 관찰되었습니다. 전원이 켜지는 순간 말굽 코일은 갑작스런 전기 역학적 힘의 적용으로 인해 분명히 팽창을 경험합니다. 따라서 인덕터는 두 개의 헤어핀 코일의 뿌리를 연결하는 추가 유리 섬유 (G10) 플레이트를 통합하는 것을 포함하여 기계적으로 더 강해졌습니다. 존재하는 전기 역학적 힘의 다른 증명은 자기장이 더 강한 구리 회전에 가까운 영역에서 용융 된 용가재가 이동하는 것입니다. 정상적인 공정에서는 용가재가 조인트에서 빠져 나가거나 파이프 표면을 따라 올라갈 수있는 비정상적인 공정과 달리 모세관 힘과 중력으로 인해 용가재가 조인트 주변에 균일하게 분포합니다.

때문에 유도 알루미늄 브레이징 매우 복잡한 프로세스이므로 상호 결합 된 현상의 전체 체인 (전자기, 열, 기계, 유체 역학 및 야금)에 대한 정확한 시뮬레이션을 기대하는 것은 불가능합니다. 가장 중요하고 제어 가능한 프로세스는 Flux 3D 프로그램을 사용하여 분석 된 전자기 열원의 생성입니다. 유도 브레이징 공정의 복잡한 특성으로 인해 공정 설계 및 최적화를 위해 컴퓨터 시뮬레이션과 실험의 조합이 사용되었습니다.

 

Induction_Aluminum_Brazing with Computer_Assisted