Vrijwel elk montageproces kan op meerdere manieren worden uitgevoerd. De optie die een fabrikant of integrator kiest voor het beste resultaat, is er meestal een die een bewezen technologie koppelt aan een specifieke toepassing.
Solderen is zo'n proces. Solderen is een metaalverbindingsproces waarbij twee of meer metalen onderdelen worden samengevoegd door vulmetaal te smelten en in de verbinding te laten stromen. Het vulmetaal heeft een lager smeltpunt dan de aangrenzende metalen delen.
De warmte voor het hardsolderen kan worden geleverd door fakkels, ovens of inductiespoelen. Tijdens inductiesolderen creëert een inductiespoel een magnetisch veld dat het substraat verwarmt om het toevoegmateriaal te smelten. Inductiesolderen blijkt de beste keuze te zijn voor een groeiend aantal assemblagetoepassingen.
"Inductiesolderen is veel veiliger dan toortssolderen, sneller dan hardsolderen in een oven en beter herhaalbaar dan beide", zegt Steve Anderson, manager veld- en testwetenschap bij Fusion Inc., een 88-jarige integrator in Willoughby, Ohio Said, gespecialiseerd in verschillende assemblagemethoden, waaronder hardsolderen. "Bovendien is inductiesolderen gemakkelijker.In vergelijking met de andere twee methoden heb je eigenlijk alleen standaard elektriciteit nodig.”
Een paar jaar geleden ontwikkelde Fusion een volautomatische machine met zes stations voor het assembleren van 10 hardmetalen stiftfrezen voor metaalbewerking en gereedschapsmakerij. De stiftfrezen worden gemaakt door cilindrische en conische wolfraamcarbide plano's aan een stalen schacht te bevestigen. De productiesnelheid is 250 onderdelen per uur, en de afzonderlijke onderdelenlade biedt plaats aan 144 plano's en gereedschapshouders.
"Een SCARA-robot met vier assen neemt een handvat van de bak, presenteert het aan de soldeerpasta-dispenser en laadt het in het grijpernest", legt Anderson uit.Inductiesolderen wordt uitgevoerd met behulp van een elektrische spoel die zich verticaal om de twee delen wikkelt en het zilveren vulmetaal op een liquidustemperatuur van 1305 F brengt. Nadat de braamcomponent is uitgelijnd en afgekoeld, wordt deze uitgeworpen door een afvoergoot en verzameld voor verdere verwerking.
Het gebruik van inductiesolderen voor assemblage neemt toe, voornamelijk omdat het een sterke verbinding tot stand brengt tussen twee metalen onderdelen en omdat het zeer effectief is bij het verbinden van ongelijksoortige materialen. Milieuoverwegingen, verbeterde technologie en niet-traditionele toepassingen dwingen productie-ingenieurs ook om inductiesolderen nader te bekijken.
Inductiesolderen bestaat al sinds de jaren 1950, hoewel het concept van inductieverwarming (met behulp van elektromagnetisme) meer dan een eeuw eerder werd ontdekt door de Britse wetenschapper Michael Faraday. Handtoortsen waren de eerste warmtebron voor solderen, gevolgd door ovens in de jaren 1920. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden ovengebaseerde methoden vaak gebruikt om grote hoeveelheden metalen onderdelen te vervaardigen met minimale arbeid en kosten.
De vraag van de consument naar airconditioning in de jaren zestig en zeventig creëerde nieuwe toepassingen voor inductiesolderen. Het massale hardsolderen van aluminium eind jaren zeventig resulteerde zelfs in veel van de componenten die in de huidige airconditioningsystemen voor auto's worden aangetroffen.
"In tegenstelling tot toortssolderen, is inductiesolderen contactloos en wordt het risico op oververhitting geminimaliseerd", merkt Rick Bausch, salesmanager voor Ambrell Corp., inTEST.temperature op.
Volgens Greg Holland, sales en operations manager bij eldec LLC, bestaat een standaard inductiesoldeersysteem uit drie componenten. Dit zijn de voeding, de werkkop met de inductiespoel en de koeler of het koelsysteem.
De voeding is aangesloten op de werkkop en de spoelen zijn speciaal ontworpen om rond de verbinding te passen. Inductoren kunnen worden gemaakt van massieve staven, flexibele kabels, machinaal bewerkte knuppels of 3D-geprint van poedervormige koperlegeringen. Meestal is het echter gemaakt van holle koperen buizen, waardoor water stroomt om verschillende redenen. Een daarvan is om de spoel koel te houden door de warmte die door de onderdelen wordt gereflecteerd tijdens het soldeerproces tegen te gaan. en de resulterende inefficiënte warmteoverdracht.
"Soms wordt een fluxconcentrator op de spoel geplaatst om het magnetische veld op een of meer punten in de kruising te versterken", legt Holland uit. "Dergelijke concentrators kunnen van het laminaattype zijn, bestaande uit dun elektrisch staal dat strak op elkaar is gestapeld, of ferromagnetische buizen die gepoederd ferromagnetisch materiaal bevatten en diëlektrische bindingen die onder hoge druk zijn samengeperst.Gebruik een van beide. Het voordeel van de concentrator is dat het de cyclustijd verkort door sneller meer energie naar specifieke delen van het gewricht te brengen, terwijl andere gebieden koeler blijven.
Voordat metalen onderdelen voor inductiesolderen worden gepositioneerd, moet de operator de frequentie en het vermogensniveau van het systeem correct instellen. De frequentie kan variëren van 5 tot 500 kHz, hoe hoger de frequentie, hoe sneller het oppervlak opwarmt.
Voedingen kunnen vaak honderden kilowatts elektriciteit produceren. Voor het hardsolderen van een onderdeel ter grootte van een handpalm in 10 tot 15 seconden is echter slechts 1 tot 5 kilowatt nodig.
"Over het algemeen verbruiken kleinere componenten minder stroom, maar hebben ze hogere frequenties nodig, zoals 100 tot 300 kilohertz," zei Bausch. "Grotere componenten hebben daarentegen meer vermogen en lagere frequenties nodig, meestal onder de 100 kilohertz."
Ongeacht hun grootte moeten metalen onderdelen correct worden gepositioneerd voordat ze worden vastgemaakt. Er moet voor worden gezorgd dat er een nauwe opening tussen de basismetalen wordt behouden om een ​​goede capillaire werking door het stromende toevoegmateriaal mogelijk te maken.
Traditioneel of zelfbevestigend zijn acceptabel. Standaard armaturen moeten gemaakt zijn van minder geleidende materialen zoals roestvrij staal of keramiek, en de componenten zo min mogelijk aanraken.
Door onderdelen te ontwerpen met in elkaar grijpende naden, stuiken, indrukkingen of kartels, kan zelffixatie worden bereikt zonder dat er mechanische ondersteuning nodig is.
De voegen worden vervolgens gereinigd met een schuursponsje of oplosmiddel om verontreinigingen zoals olie, vet, roest, aanslag en vuil te verwijderen. Deze stap verbetert de capillaire werking van het gesmolten vulmetaal dat zichzelf door de aangrenzende oppervlakken van de voeg trekt verder.
Nadat de onderdelen goed zijn geplaatst en schoongemaakt, brengt de operator een verbindingsmiddel (meestal een pasta) aan op de verbinding. Het mengsel is een mengsel van vulmetaal, vloeimiddel (om oxidatie te voorkomen) en een bindmiddel dat het metaal en het vloeimiddel bij elkaar houdt voordat ze smelten.
Vulmetalen en vloeimiddelen die bij het solderen worden gebruikt, zijn geformuleerd om hogere temperaturen te weerstaan ​​dan die bij het solderen.
De operator positioneert vervolgens de inductiespoel, die in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar is. Spiraalvormige spoelen zijn cirkelvormig of ovaal van vorm en omringen het onderdeel volledig, terwijl vork- (of tang-) spoelen zich aan elke kant van het gewricht bevinden en kanaalspoelen haken op het onderdeel. Andere spoelen zijn onder meer binnendiameter (ID), binnendiameter / buitendiameter (OD), pannenkoek, open en multipositie.
Gelijkmatige warmte is essentieel voor hoogwaardige hardsoldeerverbindingen. Om dit te doen, moet de operator ervoor zorgen dat de verticale afstand tussen elke inductiespoellus klein is en dat de koppelingsafstand (spleetbreedte van spoel OD tot ID) uniform blijft.
Vervolgens zet de operator de stroom aan om het proces van het verwarmen van het gewricht te starten. Dit omvat het snel overbrengen van midden- of hoogfrequente wisselstroom van een stroombron naar een inductor om een ​​wisselend magnetisch veld eromheen te creëren.
Het magnetische veld induceert een stroom op het oppervlak van de verbinding, die warmte genereert om het vulmetaal te smelten, waardoor het kan vloeien en het oppervlak van het metalen onderdeel kan bevochtigen, waardoor een sterke hechting ontstaat. Met behulp van spoelen met meerdere posities kan dit proces op meerdere onderdelen tegelijk worden uitgevoerd.
Een eindreiniging en inspectie van elk gesoldeerde onderdeel wordt aanbevolen. Door onderdelen te wassen met water dat is verwarmd tot ten minste 120 F, worden vloeimiddelresten en eventuele aanslag gevormd tijdens het solderen verwijderd. Het onderdeel moet worden ondergedompeld in water nadat het toevoegmateriaal is gestold maar het geheel nog heet is.
Afhankelijk van het onderdeel kan minimale inspectie worden gevolgd door niet-destructieve en destructieve tests. NDT-methoden omvatten visuele en radiografische inspectie, evenals lek- en dichtheidstesten. Gebruikelijke destructieve testmethoden zijn metallografische, afpel-, trek-, schuif-, vermoeiings-, overdrachts- en torsietesten.
"Inductiesolderen vereist een grotere kapitaalinvestering vooraf dan de toortsmethode, maar het is het waard omdat je de extra efficiëntie en controle krijgt," zei Holland. "Als je warmte nodig hebt, hoef je bij inductie alleen maar te drukken.Als je dat niet doet, druk je op.”
Eldec produceert een breed scala aan stroombronnen voor inductiesolderen, zoals de ECO LINE MF middenfrequentielijn, die verkrijgbaar is in verschillende configuraties om het beste bij elke toepassing te passen. Deze voedingen zijn verkrijgbaar in vermogens variërend van 5 tot 150 kW en frequenties van 8 tot 40 Hz. bipolaire transistor-voedingsschakelaar met geïsoleerde poort. Deze verbruiksartikelen vergen weinig onderhoud, werken stil, nemen weinig ruimte in en kunnen eenvoudig worden geïntegreerd met werkcelcontrollers.
Fabrikanten in verschillende industrieën maken steeds vaker gebruik van inductiesolderen om onderdelen te assembleren. Bausch wijst op fabrikanten van auto's, ruimtevaart, medische apparatuur en mijnbouwapparatuur als de grootste gebruikers van Ambrell inductiesoldeerapparatuur.
"Het aantal inductiegesoldeerde aluminiumcomponenten in de auto-industrie blijft toenemen als gevolg van initiatieven voor gewichtsvermindering", benadrukt Bausch. "In de ruimtevaartsector worden nikkel en andere soorten slijtplaten vaak gesoldeerd tot straalbladen.Beide industrieën solderen ook verschillende stalen buisfittingen door inductie te solderen.”
Alle zes de EasyHeat-systemen van Ambrell hebben een frequentiebereik van 150 tot 400 kHz en zijn ideaal voor inductiesolderen van kleine onderdelen met verschillende geometrieën. De compacts (0112 en 0224) bieden vermogensregeling binnen een resolutie van 25 watt;de modellen in de LI-serie (3542, 5060, 7590, 8310) bieden controle binnen een resolutie van 50 watt.
Beide series hebben een afneembare werkkop tot 3 meter van de stroombron. De bedieningselementen op het voorpaneel van het systeem zijn programmeerbaar, waardoor de eindgebruiker maximaal vier verschillende verwarmingsprofielen kan definiëren, elk met maximaal vijf tijd- en vermogensstappen. Externe vermogensregeling is beschikbaar voor contact of analoge invoer, of optionele seriële datapoort.
"Onze belangrijkste klanten voor inductiesolderen zijn fabrikanten van onderdelen die wat koolstof bevatten, of onderdelen met een grote massa die een hoog percentage ijzer bevatten", legt Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager, uit.
Fusion verkoopt op maat gemaakte roterende systemen die 100 tot 1.000 onderdelen per uur kunnen solderen. Volgens Cukelj zijn hogere opbrengsten mogelijk voor een enkel type onderdeel of voor een specifieke serie onderdelen. Deze onderdelen variëren in grootte van 2 tot 14 vierkante inch.
"Elk systeem bevat een indexer van Stelron Components Inc. met 8, 10 of 12 werkstations", legt Cukelj uit. "Sommige werkstations worden gebruikt voor hardsolderen, terwijl andere worden gebruikt voor inspectie, het gebruik van vision-camera's of lasermeetapparatuur, of het uitvoeren van trekproeven om soldeerverbindingen van hoge kwaliteit te garanderen."
Fabrikanten gebruiken de standaard ECO LINE-voedingen van eldec voor een verscheidenheid aan inductiesoldeertoepassingen, zoals het krimpen van rotoren en assen, of het verbinden van motorbehuizingen, zei Holland.
Eldec produceert ook draagbare MiniMICO-voedingen die gemakkelijk door de fabriek kunnen worden verplaatst met een frequentiebereik van 10 tot 25 kHz. Twee jaar geleden gebruikte een fabrikant van warmtewisselaarbuizen voor auto's MiniMICO om retourbochten naar elke buis inductie te solderen. Eén persoon deed al het solderen en het duurde minder dan 30 seconden om elke buis in elkaar te zetten.
Jim is een hoofdredacteur bij ASSEMBLY met meer dan 30 jaar redactionele ervaring. Voordat hij bij ASSEMBLY kwam, was Camillo PM Engineer, redacteur van de Association for Equipment Engineering Journal en Milling Journal. Jim heeft een diploma Engels van DePaul University.
Dien een Request for Proposal (RFP) in bij een leverancier van uw keuze en klik op een knop die uw behoeften beschrijft
Blader door onze kopersgids om leveranciers te vinden van alle soorten montagetechniek, machines en systemen, dienstverleners en brancheorganisaties.
Lean Six Sigma stimuleert al tientallen jaren voortdurende verbeteringsinspanningen, maar de tekortkomingen ervan zijn duidelijk geworden. Het verzamelen van gegevens is arbeidsintensief en kan slechts kleine steekproeven vastleggen. Gegevens kunnen nu gedurende lange perioden en op meerdere locaties worden vastgelegd tegen een fractie van de kosten van oudere handmatige methoden.
Robots zijn goedkoper en gebruiksvriendelijker dan ooit. Deze technologie is direct beschikbaar, zelfs voor kleine en middelgrote fabrikanten. Luister naar deze exclusieve paneldiscussie met leidinggevenden van vier van Amerika's beste leveranciers van robotica: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America en Universal Robots.