Quasi tutti i processi di assemblaggio possono essere eseguiti in diversi modi. L'opzione che un produttore o un integratore sceglie per ottenere i migliori risultati è solitamente quella che abbina una tecnologia collaudata a un'applicazione specifica.
La brasatura è uno di questi processi. La brasatura è un processo di giunzione di metalli in cui due o più parti metalliche vengono unite fondendo il metallo d'apporto e facendolo scorrere nel giunto. Il metallo d'apporto ha un punto di fusione inferiore rispetto alle parti metalliche adiacenti.
Il calore per la brasatura può essere fornito da torce, forni o bobine di induzione. Durante la brasatura a induzione, una bobina di induzione crea un campo magnetico che riscalda il substrato per fondere il metallo d'apporto. La brasatura a induzione si sta rivelando la scelta migliore per un numero crescente di applicazioni di assemblaggio.
"La brasatura a induzione è molto più sicura della brasatura a cannello, più veloce della brasatura in forno e più ripetibile di entrambe", ha affermato Steve Anderson, responsabile della scienza sul campo e dei test presso Fusion Inc., un integratore di 88 anni a Willoughby, Ohio Said, specializzato in una varietà di metodi di assemblaggio, inclusa la brasatura.Rispetto agli altri due metodi, tutto ciò di cui hai veramente bisogno è l'elettricità standard.
Alcuni anni fa, Fusion ha sviluppato una macchina a sei stazioni completamente automatica per l'assemblaggio di 10 frese in metallo duro per la lavorazione dei metalli e la costruzione di utensili. Le frese vengono realizzate fissando grezzi cilindrici e conici in carburo di tungsteno a un gambo in acciaio.
"Un robot SCARA a quattro assi prende una maniglia dal vassoio, la presenta al distributore di pasta saldante e la carica nel nido della pinza", spiega Anderson.La brasatura a induzione viene eseguita utilizzando una bobina elettrica che avvolge verticalmente le due parti e porta il metallo d'apporto d'argento a una temperatura di liquidus di 1.305 F. Dopo che il componente della bava è stato allineato e raffreddato, viene espulso attraverso uno scivolo di scarico e raccolto per un'ulteriore lavorazione.
L'uso della brasatura a induzione per l'assemblaggio è in aumento, principalmente perché crea una forte connessione tra due parti metalliche e perché è molto efficace nell'unire materiali dissimili. Anche le preoccupazioni ambientali, la tecnologia migliorata e le applicazioni non tradizionali stanno costringendo gli ingegneri di produzione a dare un'occhiata più da vicino alla brasatura a induzione.
La brasatura a induzione esiste dagli anni '50, anche se il concetto di riscaldamento a induzione (utilizzando l'elettromagnetismo) è stato scoperto più di un secolo prima dallo scienziato britannico Michael Faraday. Le torce manuali sono state la prima fonte di calore per la brasatura, seguite dai forni negli anni '20.
La domanda dei consumatori di aria condizionata negli anni '60 e '70 ha creato nuove applicazioni per la brasatura a induzione. Infatti, la brasatura di massa dell'alluminio alla fine degli anni '70 ha prodotto molti dei componenti che si trovano negli odierni sistemi di aria condizionata per autoveicoli.
"A differenza della brasatura con torcia, la brasatura a induzione è senza contatto e riduce al minimo il rischio di surriscaldamento", osserva Rick Bausch, direttore delle vendite di Ambrell Corp., inTEST.temperature.
Secondo Greg Holland, Sales and Operations Manager di eldec LLC, un sistema di brasatura a induzione standard è costituito da tre componenti. Questi sono l'alimentatore, la testa di lavoro con la bobina di induzione e il sistema di raffreddamento o raffreddamento.
L'alimentazione è collegata alla testa di lavoro e le bobine sono progettate su misura per adattarsi al giunto. Gli induttori possono essere realizzati con aste solide, cavi flessibili, billette lavorate a macchina o stampati in 3D da leghe di rame in polvere. Di solito, tuttavia, sono realizzati con tubi di rame cavi, attraverso i quali scorre l'acqua per diversi motivi. Uno è mantenere la bobina fredda contrastando il calore riflesso dalle parti durante il processo di brasatura. e il conseguente trasferimento di calore inefficiente.
"A volte sulla bobina viene posizionato un concentratore di flusso per rafforzare il campo magnetico in uno o più punti della giunzione", spiega Holland.Usa entrambi Il vantaggio del concentratore è che riduce il tempo di ciclo portando più energia in aree specifiche dell'articolazione più velocemente, mantenendo le altre aree più fresche.
Prima di posizionare le parti metalliche per la brasatura ad induzione, l'operatore deve impostare correttamente la frequenza e i livelli di potenza del sistema. La frequenza può variare da 5 a 500 kHz, maggiore è la frequenza, più velocemente si riscalda la superficie.
Gli alimentatori sono spesso in grado di produrre centinaia di kilowatt di elettricità. Tuttavia, la brasatura di una parte delle dimensioni di un palmo in 10-15 secondi richiede solo da 1 a 5 kilowatt. In confronto, parti di grandi dimensioni possono richiedere da 50 a 100 kilowatt di potenza e impiegare fino a 5 minuti per la brasatura.
"Come regola generale, i componenti più piccoli consumano meno energia, ma richiedono frequenze più elevate, come da 100 a 300 kilohertz", ha affermato Bausch.
Indipendentemente dalle loro dimensioni, le parti metalliche devono essere posizionate correttamente prima di essere fissate. È necessario prestare attenzione a mantenere uno spazio stretto tra i metalli di base per consentire un'azione capillare adeguata da parte del metallo d'apporto che scorre. I giunti di testa, sovrapposti e sovrapposti sono il modo migliore per garantire questo gioco.
I dispositivi tradizionali o autofissanti sono accettabili. Gli apparecchi standard devono essere realizzati con materiali meno conduttivi come l'acciaio inossidabile o la ceramica e devono toccare i componenti il ​​meno possibile.
Progettando parti con giunzioni ad incastro, ricalcatura, depressioni o zigrinature, è possibile ottenere l'autofissaggio senza la necessità di supporto meccanico.
I giunti vengono quindi puliti con un tampone smeriglio o un solvente per rimuovere contaminanti come olio, grasso, ruggine, incrostazioni e sporcizia. Questo passaggio migliora ulteriormente l'azione capillare del metallo d'apporto fuso che si trascina attraverso le superfici adiacenti del giunto.
Dopo che le parti sono state correttamente posizionate e pulite, l'operatore applica un composto per giunti (di solito una pasta) al giunto. Il composto è una miscela di metallo d'apporto, flusso (per prevenire l'ossidazione) e un legante che tiene insieme il metallo e il flusso prima della fusione.
I metalli d'apporto e i flussi utilizzati nella brasatura sono formulati per resistere a temperature più elevate rispetto a quelle utilizzate nella saldatura. I metalli d'apporto utilizzati per la brasatura fondono a temperature di almeno 842 F e sono più forti quando vengono raffreddati. Includono leghe di alluminio-silicio, rame, rame-argento, ottone, bronzo, oro-argento, argento e nichel.
L'operatore posiziona quindi la bobina di induzione, disponibile in una varietà di design. Le bobine elicoidali sono di forma circolare o ovale e circondano completamente la parte, mentre le bobine a forcella (o pinza) si trovano su ciascun lato del giunto e le bobine del canale si agganciano alla parte. Altre bobine includono diametro interno (ID), diametro interno/esterno (OD), pancake, aperto e multiposizione.
Il calore uniforme è essenziale per connessioni brasate di alta qualità. Per fare questo, l'operatore deve assicurarsi che la distanza verticale tra ciascun anello della bobina di induzione sia piccola e che la distanza di accoppiamento (larghezza del gioco tra diametro esterno bobina e diametro interno) rimanga uniforme.
Successivamente, l'operatore accende l'alimentazione per iniziare il processo di riscaldamento del giunto. Ciò comporta il trasferimento rapido di corrente alternata a frequenza intermedia o alta da una fonte di alimentazione a un induttore per creare attorno ad esso un campo magnetico alternato.
Il campo magnetico induce una corrente sulla superficie del giunto, che genera calore per fondere il metallo d'apporto, permettendogli di scorrere e bagnare la superficie della parte metallica, creando un forte legame. Utilizzando bobine multiposizione, questo processo può essere eseguito su più parti contemporaneamente.
Si consiglia la pulizia finale e l'ispezione di ciascun componente brasato. Il lavaggio delle parti con acqua riscaldata ad almeno 120 F rimuoverà i residui di fondente e le incrostazioni formatesi durante la brasatura. La parte deve essere immersa in acqua dopo che il metallo d'apporto si è solidificato ma il gruppo è ancora caldo.
A seconda della parte, l'ispezione minima può essere seguita da test non distruttivi e distruttivi. I metodi NDT includono l'ispezione visiva e radiografica, nonché test di tenuta e di prova. I metodi di test distruttivi comuni sono test metallografici, peel, trazione, taglio, fatica, trasferimento e torsione.
"La brasatura a induzione richiede un investimento di capitale iniziale maggiore rispetto al metodo della torcia, ma ne vale la pena perché ottieni efficienza e controllo extra", ha affermato Holland. "Con l'induzione, quando hai bisogno di calore, basta premere.Quando non lo fai, premi.
Eldec produce un'ampia gamma di generatori per la brasatura a induzione, come la linea a frequenza intermedia ECO LINE MF, disponibile in varie configurazioni per adattarsi al meglio a ciascuna applicazione. Questi alimentatori sono disponibili con potenze nominali da 5 a 150 kW e frequenze da 8 a 40 Hz. Tutti i modelli possono essere dotati di una funzione di potenziamento della potenza che consente all'operatore di aumentare il grado di servizio continuo del 100% di un ulteriore 50% entro 3 minuti. Altre caratteristiche chiave includono il controllo della temperatura del pirometro , registratore di temperatura e interruttore di alimentazione a transistor bipolare a cancello isolato.
I produttori di diversi settori utilizzano sempre più spesso la brasatura a induzione per assemblare le parti. Bausch indica i produttori automobilistici, aerospaziali, di attrezzature mediche e minerarie come i maggiori utilizzatori delle attrezzature di brasatura a induzione Ambrell.
“Il numero di componenti in alluminio brasato a induzione nell'industria automobilistica continua ad aumentare a causa delle iniziative di riduzione del peso”, sottolinea Bausch.Entrambe le industrie effettuano anche la brasatura a induzione di vari raccordi per tubi in acciaio”.
Tutti e sei i sistemi EasyHeat di Ambrell hanno una gamma di frequenza da 150 a 400 kHz e sono ideali per la brasatura a induzione di piccole parti di varie geometrie. I compatti (0112 e 0224) offrono il controllo della potenza con una risoluzione di 25 watt;i modelli della serie LI (3542, 5060, 7590, 8310) offrono un controllo entro una risoluzione di 50 watt.
Entrambe le serie hanno una testa di lavoro rimovibile fino a 10 piedi dalla fonte di alimentazione. I controlli del pannello frontale del sistema sono programmabili, consentendo all'utente finale di definire fino a quattro diversi profili di riscaldamento, ciascuno con un massimo di cinque intervalli di tempo e potenza. Il controllo remoto dell'alimentazione è disponibile per contatto o ingresso analogico o porta dati seriale opzionale.
"I nostri principali clienti per la brasatura a induzione sono produttori di parti che contengono carbonio o parti di grande massa che contengono un'alta percentuale di ferro", spiega Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager.
Fusion vende sistemi rotanti personalizzati in grado di brasare a induzione da 100 a 1.000 parti all'ora. Secondo Cukelj, sono possibili rese più elevate per un singolo tipo di parte o per una serie specifica di parti. Queste parti hanno dimensioni comprese tra 2 e 14 pollici quadrati.
"Ogni sistema contiene un indexer di Stelron Components Inc. con 8, 10 o 12 postazioni di lavoro", spiega Cukelj.
I produttori utilizzano gli alimentatori standard ECO LINE di eldec per una varietà di applicazioni di brasatura a induzione, come rotori e alberi con calettamento a caldo o giunzione di alloggiamenti di motori, ha affermato Holland. Più recentemente, un modello da 100 kW di questo generatore è stato utilizzato in un'applicazione di componenti di grandi dimensioni che prevedeva la brasatura di anelli di circuiti in rame a connessioni di rubinetti in rame per generatori di dighe idroelettriche.
Eldec produce anche alimentatori MiniMICO portatili che possono essere facilmente spostati all'interno della fabbrica con un intervallo di frequenza da 10 a 25 kHz. Due anni fa, un produttore di tubi per scambiatori di calore automobilistici ha utilizzato MiniMICO per brasare a induzione i gomiti di ritorno a ciascun tubo. Una persona ha eseguito tutta la brasatura e ci sono voluti meno di 30 secondi per assemblare ciascun tubo.
Jim è senior editor presso ASSEMBLY con oltre 30 anni di esperienza editoriale. Prima di entrare in ASSEMBLY, Camillo è stato PM Engineer, redattore dell'Association for Equipment Engineering Journal e del Milling Journal. Jim ha una laurea in inglese conseguita alla DePaul University.
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