Presque tous les processus d'assemblage peuvent être réalisés de plusieurs manières.

Presque tous les processus d'assemblage peuvent être réalisés de plusieurs manières. L'option qu'un fabricant ou un intégrateur choisit pour obtenir les meilleurs résultats est généralement celle qui associe une technologie éprouvée à une application spécifique.
Le brasage est l'un de ces processus. Le brasage est un processus d'assemblage de métaux dans lequel deux ou plusieurs pièces métalliques sont jointes en faisant fondre du métal d'apport et en le faisant couler dans le joint. Le métal d'apport a un point de fusion inférieur à celui des pièces métalliques adjacentes.
La chaleur nécessaire au brasage peut être fournie par des torches, des fours ou des bobines d'induction. Pendant le brasage par induction, une bobine d'induction crée un champ magnétique qui chauffe le substrat pour faire fondre le métal d'apport. Le brasage par induction s'avère être le meilleur choix pour un nombre croissant d'applications d'assemblage.
"Le brasage par induction est beaucoup plus sûr que le brasage au chalumeau, plus rapide que le brasage au four et plus reproductible que les deux", a déclaré Steve Anderson, responsable de la science sur le terrain et des tests chez Fusion Inc., un intégrateur de 88 ans à Willoughby, Ohio Said, spécialisé dans une variété de méthodes d'assemblage, y compris le brasage. "De plus, le brasage par induction est plus facile.Par rapport aux deux autres méthodes, tout ce dont vous avez vraiment besoin est de l'électricité standard.
Il y a quelques années, Fusion a développé une machine entièrement automatique à six stations pour assembler 10 fraises en carbure pour le travail des métaux et la fabrication d'outils. Les fraises sont fabriquées en fixant des ébauches cylindriques et coniques en carbure de tungstène à une tige en acier. Le taux de production est de 250 pièces par heure et le plateau de pièces séparé peut contenir 144 ébauches et porte-outils.
"Un robot SCARA à quatre axes prend une poignée du plateau, la présente au distributeur de pâte à souder et la charge dans le nid de préhension", explique Anderson. "Le robot prend ensuite un morceau de flan du plateau et le place à l'extrémité de la tige à laquelle il est collé.Le brasage par induction est effectué à l'aide d'une bobine électrique qui s'enroule verticalement autour des deux pièces et amène le métal d'apport d'argent à une température de liquidus de 1 305 F. Une fois le composant de bavure aligné et refroidi, il est éjecté à travers une goulotte de décharge et collecté pour un traitement ultérieur.
L'utilisation du brasage par induction pour l'assemblage est en augmentation, principalement parce qu'il crée une connexion solide entre deux pièces métalliques et parce qu'il est très efficace pour assembler des matériaux dissemblables. Les préoccupations environnementales, l'amélioration de la technologie et les applications non traditionnelles obligent également les ingénieurs de fabrication à examiner de plus près le brasage par induction.
Le brasage par induction existe depuis les années 1950, bien que le concept de chauffage par induction (utilisant l'électromagnétisme) ait été découvert plus d'un siècle auparavant par le scientifique britannique Michael Faraday. Les torches manuelles ont été la première source de chaleur pour le brasage, suivies des fours dans les années 1920. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les méthodes basées sur les fours étaient fréquemment utilisées pour fabriquer de grandes quantités de pièces métalliques avec un travail et des dépenses minimes.
La demande des consommateurs pour la climatisation dans les années 1960 et 1970 a créé de nouvelles applications pour le brasage par induction.
"Contrairement au brasage au chalumeau, le brasage par induction est sans contact et minimise le risque de surchauffe", note Rick Bausch, directeur des ventes pour Ambrell Corp., inTEST.temperature.
Selon Greg Holland, directeur des ventes et des opérations chez eldec LLC, un système de brasage par induction standard se compose de trois composants. Il s'agit de l'alimentation électrique, de la tête de travail avec la bobine d'induction et du refroidisseur ou système de refroidissement.
L'alimentation est connectée à la tête de travail et les bobines sont conçues sur mesure pour s'adapter autour du joint. Les inducteurs peuvent être fabriqués à partir de tiges solides, de câbles flexibles, de billettes usinées ou imprimés en 3D à partir d'alliages de cuivre en poudre. courant et le transfert de chaleur inefficace qui en résulte.
"Parfois, un concentrateur de flux est placé sur la bobine pour renforcer le champ magnétique en un ou plusieurs points de la jonction", explique Holland.Utilisez l'un ou l'autre L'avantage du concentrateur est qu'il réduit le temps de cycle en apportant plus d'énergie dans des zones spécifiques de l'articulation plus rapidement, tout en gardant les autres zones plus fraîches.
Avant de positionner des pièces métalliques pour le brasage par induction, l'opérateur doit régler correctement la fréquence et les niveaux de puissance du système. La fréquence peut varier de 5 à 500 kHz, plus la fréquence est élevée, plus la surface chauffe rapidement.
Les blocs d'alimentation sont souvent capables de produire des centaines de kilowatts d'électricité. Cependant, le brasage d'une pièce de la taille d'une paume en 10 à 15 secondes ne nécessite que 1 à 5 kilowatts. En comparaison, les grandes pièces peuvent nécessiter 50 à 100 kilowatts de puissance et prendre jusqu'à 5 minutes pour se braser.
"En règle générale, les composants plus petits utilisent moins d'énergie, mais nécessitent des fréquences plus élevées, telles que 100 à 300 kilohertz", a déclaré Bausch. "En revanche, les composants plus grands nécessitent plus de puissance et des fréquences plus basses, généralement inférieures à 100 kilohertz."
Quelle que soit leur taille, les pièces métalliques doivent être positionnées correctement avant d'être fixées. Il convient de veiller à maintenir un espace étroit entre les métaux de base pour permettre une action capillaire appropriée par le métal d'apport qui coule. Les joints bout à bout, à recouvrement et à recouvrement sont le meilleur moyen d'assurer ce dégagement.
Les fixations traditionnelles ou autofixantes sont acceptables. Les fixations standard doivent être faites de matériaux moins conducteurs tels que l'acier inoxydable ou la céramique, et toucher le moins possible les composants.
En concevant des pièces avec des coutures imbriquées, des emboutissages, des dépressions ou des moletages, l'auto-fixation peut être obtenue sans avoir besoin d'un support mécanique.
Les joints sont ensuite nettoyés avec un tampon émeri ou un solvant pour éliminer les contaminants tels que l'huile, la graisse, la rouille, le tartre et la crasse. Cette étape améliore encore l'action capillaire du métal d'apport en fusion se tirant à travers les surfaces adjacentes du joint.
Une fois les pièces correctement installées et nettoyées, l'opérateur applique un composé à joints (généralement une pâte) sur le joint. Le composé est un mélange de métal d'apport, de fondant (pour éviter l'oxydation) et d'un liant qui maintient le métal et le fondant ensemble avant la fusion.
Les métaux d'apport et les flux utilisés dans le brasage sont formulés pour résister à des températures plus élevées que celles utilisées dans le brasage. Les métaux d'apport utilisés pour le brasage fondent à des températures d'au moins 842 F et sont plus résistants lorsqu'ils sont refroidis. Ils comprennent les alliages d'aluminium-silicium, de cuivre, de cuivre-argent, de laiton, de bronze, d'or-argent, d'argent et de nickel.
L'opérateur positionne ensuite la bobine d'induction, qui se décline en une variété de modèles. Les bobines hélicoïdales sont de forme circulaire ou ovale et entourent complètement la pièce, tandis que les bobines à fourche (ou à pince) sont situées de chaque côté du joint et les bobines de canal s'accrochent à la pièce. Les autres bobines incluent le diamètre intérieur (ID), l'ID/diamètre extérieur (OD), la crêpe, l'ouverture et la multiposition.
Une chaleur uniforme est essentielle pour des connexions brasées de haute qualité. Pour ce faire, l'opérateur doit s'assurer que la distance verticale entre chaque boucle de bobine d'induction est petite et que la distance de couplage (largeur d'écart entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur de la bobine) reste uniforme.
Ensuite, l'opérateur allume l'alimentation pour commencer le processus de chauffage du joint. Cela implique de transférer rapidement un courant alternatif de fréquence intermédiaire ou élevée d'une source d'alimentation à une inductance pour créer un champ magnétique alternatif autour de celle-ci.
Le champ magnétique induit un courant à la surface du joint, qui génère de la chaleur pour faire fondre le métal d'apport, lui permettant de s'écouler et de mouiller la surface de la pièce métallique, créant ainsi une liaison solide. En utilisant des bobines multipositions, ce processus peut être effectué sur plusieurs pièces simultanément.
Le nettoyage final et l'inspection de chaque composant brasé sont recommandés. Le lavage des pièces avec de l'eau chauffée à au moins 120 F éliminera les résidus de flux et tout tartre formé pendant le brasage. La pièce doit être immergée dans l'eau après la solidification du métal d'apport, mais l'assemblage est encore chaud.
Selon la pièce, une inspection minimale peut être suivie d'essais non destructifs et destructifs. Les méthodes CND comprennent l'inspection visuelle et radiographique, ainsi que les tests d'étanchéité et d'étanchéité. Les méthodes d'essai destructrices courantes sont les tests métallographiques, de pelage, de traction, de cisaillement, de fatigue, de transfert et de torsion.
"Le brasage par induction nécessite un investissement initial plus important que la méthode de la torche, mais cela en vaut la peine car vous obtenez une efficacité et un contrôle supplémentaires", a déclaré Holland. "Avec l'induction, lorsque vous avez besoin de chaleur, il vous suffit d'appuyer.Quand tu ne le fais pas, tu appuies.
Eldec fabrique une large gamme de sources d'alimentation pour le brasage par induction, telles que la ligne de fréquence intermédiaire ECO LINE MF, qui est disponible dans différentes configurations pour s'adapter au mieux à chaque application. Ces alimentations sont disponibles dans des puissances allant de 5 à 150 kW et des fréquences de 8 à 40 Hz. enregistreur et interrupteur d'alimentation à transistor bipolaire à grille isolée. Ces consommables nécessitent peu d'entretien, fonctionnent silencieusement, ont un faible encombrement et s'intègrent facilement aux contrôleurs de cellule de travail.
Les fabricants de plusieurs industries utilisent de plus en plus le brasage par induction pour assembler des pièces. Bausch désigne les fabricants d'équipements automobiles, aérospatiaux, médicaux et miniers comme les plus grands utilisateurs d'équipements de brasage par induction Ambrell.
"Le nombre de composants en aluminium brasés par induction dans l'industrie automobile continue d'augmenter en raison des initiatives de réduction de poids", souligne Bausch. "Dans le secteur aérospatial, le nickel et d'autres types de patins d'usure sont souvent brasés sur des pales de jet.Les deux industries brasent également par induction divers raccords de tuyauterie en acier. »
Les six systèmes EasyHeat d'Ambrell ont une gamme de fréquences de 150 à 400 kHz et sont idéaux pour le brasage par induction de petites pièces de différentes géométries. Les compacts (0112 et 0224) offrent un contrôle de puissance dans une résolution de 25 watts ;les modèles de la série LI (3542, 5060, 7590, 8310) offrent un contrôle dans une résolution de 50 watts.
Les deux séries ont une tête de travail amovible jusqu'à 10 pieds de la source d'alimentation. Les commandes du panneau avant du système sont programmables, permettant à l'utilisateur final de définir jusqu'à quatre profils de chauffage différents, chacun avec jusqu'à cinq étapes de temps et de puissance. Le contrôle de l'alimentation à distance est disponible pour le contact ou l'entrée analogique, ou le port de données série en option.
"Nos principaux clients pour le brasage par induction sont des fabricants de pièces contenant du carbone ou des pièces de grande masse contenant un pourcentage élevé de fer", explique Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager.
Fusion vend des systèmes rotatifs personnalisés qui peuvent braser par induction 100 à 1 000 pièces par heure. Selon Cukelj, des rendements plus élevés sont possibles pour un seul type de pièce ou pour une série spécifique de pièces. Ces pièces varient en taille de 2 à 14 pouces carrés.
"Chaque système contient un indexeur de Stelron Components Inc. avec 8, 10 ou 12 postes de travail", explique Cukelj. "Certains postes de travail sont utilisés pour le brasage, tandis que d'autres sont utilisés pour l'inspection, à l'aide de caméras de vision ou d'équipements de mesure laser, ou pour effectuer des tests de traction pour garantir des joints brasés de haute qualité."
Les fabricants utilisent les alimentations électriques ECO LINE standard d'eldec pour une variété d'applications de brasage par induction, telles que les rotors et les arbres à ajustement rétractable, ou l'assemblage de carters de moteur, a déclaré Holland.
Eldec fabrique également des alimentations MiniMICO portables qui peuvent être facilement déplacées dans l'usine avec une gamme de fréquences de 10 à 25 kHz. Il y a deux ans, un fabricant de tubes d'échangeurs de chaleur automobiles utilisait MiniMICO pour braser par induction les coudes de retour à chaque tube. Une personne a fait tout le brasage et il a fallu moins de 30 secondes pour assembler chaque tube.
Jim est rédacteur en chef chez ASSEMBLY avec plus de 30 ans d'expérience éditoriale. Avant de rejoindre ASSEMBLY, Camillo était ingénieur PM, rédacteur en chef de l'Association for Equipment Engineering Journal et Milling Journal. Jim est diplômé en anglais de l'Université DePaul.
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Heure de publication : 12 juillet 2022