Téměř každý montážní proces lze provést několika způsoby. Možnost, kterou si výrobce nebo integrátor zvolí pro dosažení nejlepších výsledků, je obvykle taková, která odpovídá osvědčené technologii konkrétní aplikaci.
Pájení natvrdo je jedním z takových procesů. Pájení natvrdo je proces spojování kovů, při kterém se dva nebo více kovových dílů spojí roztavením přídavného kovu a jeho zalitím do spoje. Přídavný kov má nižší bod tání než sousední kovové díly.
Teplo pro pájení může být zajištěno hořáky, pecemi nebo indukčními cívkami. Během indukčního pájení vytváří indukční cívka magnetické pole, které ohřívá substrát a roztaví přídavný kov. Indukční pájení se ukazuje jako nejlepší volba pro stále více montážních aplikací.
„Indukční pájení je mnohem bezpečnější než pájení hořákem, rychlejší než pájení v peci a opakovatelnější než obojí,“ řekl Steve Anderson, manažer pro terénní a zkušební vědy ve společnosti Fusion Inc., 88leté integrační firmě z Willoughby v Ohiu, která se specializuje na různé metody montáže, včetně pájení. „Navíc je indukční pájení jednodušší. Ve srovnání s ostatními dvěma metodami potřebujete pouze standardní elektřinu.“
Před několika lety vyvinula společnost Fusion plně automatický šestistaniční stroj pro montáž 10 karbidových fréz pro obrábění kovů a výrobu nástrojů. Frézy se vyrábějí připevněním válcových a kuželových polotovarů z karbidu wolframu k ocelové stopce. Výrobní rychlost je 250 dílů za hodinu a samostatný zásobník na díly pojme 144 polotovarů a držáků nástrojů.
„Čtyřosý robot SCARA vezme rukojeť z misky, přiloží ji k dávkovači pájecí pasty a vloží ji do úchytu,“ vysvětluje Anderson. „Robot poté vezme kus polotovaru z misky a umístí ho na konec stopky, ke které je přilepen. Indukční pájení se provádí pomocí elektrické cívky, která se svisle ovíjí kolem obou částí a přivádí stříbrný přídavný kov na teplotu likvidu 1 305 F. Poté, co je otřepová součást zarovnána a ochlazena, je vyhozena výstupním žlabem a shromážděna k dalšímu zpracování.“
Používání indukčního pájení pro montáž se zvyšuje, a to především proto, že vytváří silné spojení mezi dvěma kovovými díly a protože je velmi účinné při spojování odlišných materiálů. Obavy o životní prostředí, zdokonalené technologie a netradiční aplikace nutí výrobní inženýry, aby se indukčnímu pájení věnovali bližšímu pohledu.
Indukční pájení existuje již od 50. let 20. století, ačkoli koncept indukčního ohřevu (s využitím elektromagnetismu) objevil o více než století dříve britský vědec Michael Faraday. Ruční hořáky byly prvním zdrojem tepla pro pájení, následované pecemi ve 20. letech 20. století. Během druhé světové války se metody založené na pecích často používaly k výrobě velkého množství kovových dílů s minimálními náklady a prací.
Poptávka spotřebitelů po klimatizaci v 60. a 70. letech 20. století vytvořila nové aplikace pro indukční pájení. Ve skutečnosti masové pájení hliníku na konci 70. let vedlo k mnoha součástem, které se nacházejí v dnešních automobilových klimatizačních systémech.
„Na rozdíl od pájení hořákem je indukční pájení bezkontaktní a minimalizuje riziko přehřátí,“ poznamenává Rick Bausch, obchodní manažer společnosti Ambrell Corp., v rozhovoru pro inTEST.temperature.
Podle Grega Hollanda, manažera prodeje a provozu ve společnosti eldec LLC, se standardní indukční pájecí systém skládá ze tří komponent. Jsou to napájecí zdroj, pracovní hlava s indukční cívkou a chladič nebo chladicí systém.
Napájecí zdroj je připojen k pracovní hlavě a cívky jsou navrženy na míru tak, aby se vešly kolem spoje. Induktory mohou být vyrobeny z plných tyčí, ohebných kabelů, obráběných polotovarů nebo vytištěny 3D tiskárnou z práškových slitin mědi. Obvykle jsou však vyrobeny z dutých měděných trubek, kterými protéká voda z několika důvodů. Jedním z nich je udržování cívky v chladu tím, že působí proti teplu odráženému od součástí během procesu pájení. Proudící voda také zabraňuje hromadění tepla v cívkách v důsledku časté přítomnosti střídavého proudu a výsledného neefektivního přenosu tepla.
„Někdy se na cívku umístí koncentrátor magnetického toku, aby se zesílilo magnetické pole v jednom nebo více bodech spoje,“ vysvětluje Holland. „Takové koncentrátory mohou být laminátového typu, sestávajícího z tenkých elektrotechnických ocelí těsně naskládaných k sobě, nebo z feromagnetických trubek obsahujících práškový feromagnetický materiál a dielektrické vazby stlačené pod vysokým tlakem. Použijte buď Výhodou koncentrátoru je, že zkracuje dobu cyklu tím, že rychleji přivádí více energie do specifických oblastí spoje, zatímco ostatní oblasti udržuje chladnější.“
Před umístěním kovových dílů pro indukční pájení musí obsluha správně nastavit frekvenci a výkon systému. Frekvence se může pohybovat od 5 do 500 kHz, čím vyšší frekvence, tím rychleji se povrch zahřívá.
Napájecí zdroje jsou často schopny vyrobit stovky kilowattů elektřiny. Pájení součásti o velikosti dlaně za 10 až 15 sekund však vyžaduje pouze 1 až 5 kilowattů. Pro srovnání, velké součásti mohou vyžadovat 50 až 100 kilowattů energie a pájení trvá až 5 minut.
„Obecně platí, že menší součástky spotřebovávají méně energie, ale vyžadují vyšší frekvence, například 100 až 300 kilohertzů,“ řekl Bausch. „Naproti tomu větší součástky vyžadují více energie a nižší frekvence, obvykle pod 100 kilohertzů.“
Bez ohledu na jejich velikost je nutné kovové díly před upevněním správně umístit. Je třeba dbát na to, aby mezi základními kovy byla těsná mezera, která umožní správné kapilární působení proudícího přídavného materiálu. Nejlepším způsobem, jak tuto vůli zajistit, jsou tupé, přeplátované a tupé přeplátované spoje.
Tradiční nebo samoupevňovací jsou přijatelné. Standardní svítidla by měla být vyrobena z méně vodivých materiálů, jako je nerezová ocel nebo keramika, a měla by se co nejméně dotýkat součástí.
Navržením dílů s propletenými švy, kováním, prohlubněmi nebo vroubkováním lze dosáhnout samofixace bez nutnosti mechanické podpory.
Spoje se poté očistí brusným kotoučem nebo rozpouštědlem, aby se odstranily nečistoty, jako je olej, mastnota, rez, okují a špína. Tento krok dále zvyšuje kapilární působení roztaveného přídavného kovu, který se protahuje přes přilehlé povrchy spoje.
Po řádném usazení a vyčištění dílů nanese obsluha na spoj tmel (obvykle pastu). Tmel je směsí přídavného kovu, tavidla (aby se zabránilo oxidaci) a pojiva, které drží kov a tavidlo pohromadě před roztavením.
Přídavné kovy a tavidla používané při pájení natvrdo jsou formulovány tak, aby odolaly vyšším teplotám než ty, které se používají při pájení. Přídavné kovy používané k pájení natvrdo se taví při teplotách nejméně 842 °F a po ochlazení jsou pevnější. Patří mezi ně slitiny hliníku a křemíku, mědi, mědi a stříbra, mosazi, bronzu, zlata a stříbra, stříbra a niklu.
Obsluha poté umístí indukční cívku, která se dodává v různých provedeních. Šroubovité cívky mají kruhový nebo oválný tvar a zcela obklopují díl, zatímco vidlicové (nebo klešťové) cívky jsou umístěny na každé straně spoje a kanálové cívky se zaháčkují na díl. Mezi další cívky patří cívky s vnitřním průměrem (ID), cívky s vnitřním/vnějším průměrem (OD), cívky typu „palacinka“, otevřené cívky a cívky s více polohami.
Rovnoměrné teplo je nezbytné pro vysoce kvalitní pájené spoje. Aby toho bylo dosaženo, musí obsluha zajistit, aby vertikální vzdálenost mezi jednotlivými smyčkami indukční cívky byla malá a aby vazební vzdálenost (šířka mezery od vnějšího k vnitřnímu průměru cívky) zůstala rovnoměrná.
Poté obsluha zapne napájení, aby zahájila proces ohřevu spoje. To zahrnuje rychlý přenos střídavého proudu střední nebo vysoké frekvence ze zdroje energie do induktoru, čímž se kolem něj vytvoří střídavé magnetické pole.
Magnetické pole indukuje na povrchu spoje proud, který generuje teplo pro roztavení přídavného kovu, což mu umožňuje tečení a smáčení povrchu kovové součásti, čímž vzniká silná vazba. Pomocí vícepolohových cívek lze tento proces provádět na více součástech současně.
Doporučuje se závěrečné čištění a kontrola každé pájené součásti. Omytí součástí vodou ohřátou na alespoň 50 °C odstraní zbytky tavidla a veškeré okujové kameny vytvořené během pájení. Součást by měla být ponořena do vody po ztuhnutí přídavného kovu, ale sestava je stále horká.
V závislosti na dílu může po minimální kontrole následovat nedestruktivní a destruktivní testování. Metody NDT zahrnují vizuální a radiografickou kontrolu, stejně jako testování těsnosti a důkazu. Běžné metody destruktivního testování jsou metalografické, odlupovací, tahové, smykové, únavové, přenosové a torzní testování.
„Indukční pájení vyžaduje větší počáteční investici než metoda s hořákem, ale vyplatí se to, protože získáte větší účinnost a kontrolu,“ řekl Holland. „U indukce, když potřebujete teplo, stačí přitlačit. Když ne, tak přitlačíte.“
Společnost Eldec vyrábí širokou škálu zdrojů energie pro indukční pájení, jako je například řada ECO LINE MF se střední frekvencí, která je k dispozici v různých konfiguracích, aby nejlépe vyhovovala každé aplikaci. Tyto zdroje jsou k dispozici s výkonem od 5 do 150 kW a frekvencí od 8 do 40 Hz. Všechny modely mohou být vybaveny funkcí zvýšení výkonu, která umožňuje obsluze zvýšit 100% trvalý provozní výkon o dalších 50 % během 3 minut. Mezi další klíčové funkce patří pyrometrická regulace teploty, záznamník teploty a bipolární tranzistorový spínač s izolovanou hradlou. Tyto spotřební materiály vyžadují minimální údržbu, pracují tiše, mají malé rozměry a lze je snadno integrovat s řídicími jednotkami pracovních buněk.
Výrobci v několika odvětvích stále častěji používají indukční pájení k montáži dílů. Společnost Bausch uvádí výrobce automobilového, leteckého, lékařského a těžebního průmyslu jako největší uživatele indukčních pájecích zařízení Ambrell.
„Počet indukčně pájených hliníkových komponentů v automobilovém průmyslu neustále roste díky iniciativám na snižování hmotnosti,“ zdůrazňuje Bausch. „V leteckém průmyslu se nikl a další typy otěruvzdorných destiček často pájejí na lopatky trysek. Oba obory také indukčně pájejí různé ocelové potrubní tvarovky.“
Všech šest systémů EasyHeat od společnosti Ambrell má frekvenční rozsah 150 až 400 kHz a je ideální pro indukční pájení malých součástí různých geometrií. Kompaktní modely (0112 a 0224) nabízejí regulaci výkonu s rozlišením 25 wattů; modely řady LI (3542, 5060, 7590, 8310) nabízejí regulaci s rozlišením 50 wattů.
Obě řady mají odnímatelnou pracovní hlavu až do vzdálenosti 3 metrů od zdroje napájení. Ovládací prvky na předním panelu systému jsou programovatelné, což umožňuje koncovému uživateli definovat až čtyři různé topné profily, každý s až pěti časovými a výkonovými kroky. Dálkové ovládání výkonu je k dispozici pro kontaktní nebo analogový vstup, případně volitelný sériový datový port.
„Našimi hlavními zákazníky pro indukční pájení jsou výrobci dílů, které obsahují určitý uhlík, nebo dílů s velkou hmotností, které obsahují vysoké procento železa,“ vysvětluje Rich Cukelj, manažer rozvoje podnikání v oblasti fúze. „Některé z těchto společností slouží automobilovému a leteckému průmyslu, zatímco jiné vyrábějí pistole, sestavy řezných nástrojů, vodovodní kohoutky a odpady nebo rozvodné bloky a pojistky.“
Společnost Fusion prodává zakázkové rotační systémy, které dokáží indukčním pájením pájet 100 až 1 000 dílů za hodinu. Podle Cukelje je možné dosáhnout vyšších výtěžků u jednoho typu dílu nebo u konkrétní série dílů. Velikost těchto dílů se pohybuje od 2 do 14 čtverečních palců.
„Každý systém obsahuje indexer od společnosti Stelron Components Inc. s 8, 10 nebo 12 pracovními stanicemi,“ vysvětluje Cukelj. „Některé pracovní stanice se používají pro pájení, zatímco jiné pro kontrolu s využitím kamerového vidění nebo laserového měřicího zařízení, nebo pro provádění tahových zkoušek pro zajištění vysoce kvalitních pájených spojů.“
Výrobci používají standardní napájecí zdroje ECO LINE od společnosti eldec pro různé aplikace indukčního pájení, jako je smršťování rotorů a hřídelí nebo spojování skříní motorů, uvedl Holland. V nedávné době byl model tohoto generátoru o výkonu 100 kW použit ve velké aplikaci na výrobu dílů, která zahrnovala pájení měděných obvodových kroužků k měděným odbočným spojům pro generátory vodních elektráren.
Společnost Eldec také vyrábí přenosné napájecí zdroje MiniMICO, které lze snadno přemisťovat po továrně, s frekvenčním rozsahem 10 až 25 kHz. Před dvěma lety výrobce trubek pro automobilové výměníky tepla použil MiniMICO k indukčnímu pájení zpětných kolen ke každé trubce. Veškeré pájení prováděla jedna osoba a montáž každé trubky trvala méně než 30 sekund.
Jim je vedoucím redaktorem v časopise ASSEMBLY s více než 30 lety redakční praxe. Před nástupem do ASSEMBLY byl Camillo projektovým inženýrem a redaktorem časopisů Association for Equipment Engineering Journal a Milling Journal. Jim má titul z angličtiny z DePaul University.
Odešlete žádost o nabídku (RFP) vámi vybranému dodavateli a klikněte na tlačítko s podrobnostmi o vašich potřebách.
Prohlédněte si našeho průvodce kupujícího a najděte dodavatele všech typů montážních technologií, strojů a systémů, poskytovatele služeb a obchodní organizace.
Lean Six Sigma je po desetiletí hnací silou úsilí o neustálé zlepšování, ale její nedostatky se ukázaly jako zjevné. Sběr dat je pracný a dokáže zachytit pouze malé vzorky. Data lze nyní shromažďovat po dlouhou dobu a na více místech za zlomek nákladů starších manuálních metod.
Roboti jsou levnější a snadněji se používají než kdy dříve. Tato technologie je snadno dostupná i pro malé a střední výrobce. Poslechněte si tuto exkluzivní panelovou diskusi s vedoucími pracovníky čtyř předních amerických dodavatelů robotiky: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America a Universal Robots.