Niemal każdy proces montażu można przeprowadzić na kilka sposobów. Opcja, którą producent lub integrator wybiera dla uzyskania najlepszych rezultatów, to zazwyczaj taka, która dopasowuje sprawdzoną technologię do konkretnego zastosowania.
Lutowanie twarde jest jednym z takich procesów. Lutowanie twarde to proces łączenia metali, w którym dwie lub więcej części metalowych są łączone przez stopienie spoiwa i wprowadzenie go do złącza. Lut ma niższą temperaturę topnienia niż sąsiednie części metalowe.
Ciepło do lutowania może być dostarczane przez palniki, piece lub cewki indukcyjne. Podczas lutowania indukcyjnego cewka indukcyjna wytwarza pole magnetyczne, które ogrzewa podłoże w celu stopienia spoiwa. Lutowanie indukcyjne okazuje się najlepszym wyborem dla coraz większej liczby zastosowań montażowych.
„Lutowanie indukcyjne jest znacznie bezpieczniejsze niż lutowanie palnikiem, szybsze niż lutowanie w piecu i bardziej powtarzalne niż jedno i drugie” — powiedział Steve Anderson, kierownik ds. badań terenowych i testów w Fusion Inc., 88-letnim integratorze z Willoughby w stanie Ohio. Said specjalizuje się w różnych metodach montażu, w tym w lutowaniu twardym.W porównaniu z pozostałymi dwiema metodami, wszystko, czego naprawdę potrzebujesz, to standardowa energia elektryczna”.
Kilka lat temu firma Fusion opracowała w pełni automatyczną, sześciostanowiskową maszynę do montażu 10 frezów z węglików spiekanych do obróbki metali i produkcji narzędzi. Frezy są wytwarzane poprzez przymocowanie cylindrycznych i stożkowych półfabrykatów z węglika wolframu do stalowego trzonka. Szybkość produkcji wynosi 250 części na godzinę, a oddzielna taca na części może pomieścić 144 półfabrykaty i uchwyty narzędziowe.
„Czteroosiowy robot SCARA bierze uchwyt z tacy, podaje ją do dozownika pasty lutowniczej i ładuje do gniazda chwytaka” — wyjaśnia Anderson. „Następnie robot bierze kawałek półwyrobu z tacy i umieszcza go na końcu trzpienia, do którego jest przyklejony.Lutowanie indukcyjne odbywa się za pomocą cewki elektrycznej, która owija się pionowo wokół dwóch części i doprowadza srebrne luty do temperatury likwidusu 1305 F. Po wyrównaniu i ochłodzeniu elementu zadziorowego jest on wyrzucany przez rynnę wylotową i zbierany do dalszej obróbki.
Coraz częściej stosuje się lutowanie indukcyjne do montażu, głównie dlatego, że tworzy ono mocne połączenie między dwoma częściami metalowymi i jest bardzo skuteczne w łączeniu różnych materiałów. Troska o środowisko, ulepszona technologia i nietradycyjne zastosowania również zmuszają inżynierów produkcji do bliższego przyjrzenia się lutowaniu indukcyjnemu.
Lutowanie indukcyjne istnieje od lat 50. XX wieku, chociaż koncepcję nagrzewania indukcyjnego (wykorzystującego elektromagnetyzm) odkrył ponad sto lat wcześniej brytyjski naukowiec Michael Faradaya. Palniki ręczne były pierwszym źródłem ciepła do lutowania twardego, a następnie piece w latach 20.
Zapotrzebowanie konsumentów na klimatyzację w latach 60. i 70. XX wieku stworzyło nowe zastosowania lutowania indukcyjnego. W rzeczywistości masowe lutowanie aluminium pod koniec lat 70. zaowocowało wieloma komponentami, które można znaleźć w dzisiejszych samochodowych systemach klimatyzacji.
„W przeciwieństwie do lutowania palnikiem, lutowanie indukcyjne jest bezkontaktowe i minimalizuje ryzyko przegrzania” — zauważa Rick Bausch, kierownik sprzedaży w Ambrell Corp., inTEST.temperature.
Według Grega Hollanda, kierownika ds. sprzedaży i operacji w eldec LLC, standardowy system lutowania indukcyjnego składa się z trzech elementów. Są to zasilacz, głowica robocza z cewką indukcyjną oraz chłodnica lub układ chłodzenia.
Zasilacz jest podłączony do głowicy roboczej, a cewki są specjalnie zaprojektowane tak, aby pasowały do ​​złącza. Cewki indukcyjne mogą być wykonane z pełnych prętów, elastycznych kabli, obrabianych kęsów lub wydrukowanych w 3D ze sproszkowanych stopów miedzi. Zwykle jednak są one wykonane z wydrążonych rurek miedzianych, przez które przepływa woda z kilku powodów. prądu przemiennego i wynikający z tego nieefektywny transfer ciepła.
„Czasami na cewce umieszczany jest koncentrator strumienia, aby wzmocnić pole magnetyczne w jednym lub kilku punktach złącza” — wyjaśnia Holland. Takie koncentratory mogą być typu laminatu, składającego się z cienkiej stali elektrotechnicznej ciasno ułożonej razem lub rurek ferromagnetycznych zawierających sproszkowany materiał ferromagnetyczny i wiązania dielektryczne ściśnięte pod wysokim ciśnieniem.Użyj jednego z nich Zaletą koncentratora jest to, że skraca czas cyklu, dostarczając więcej energii do określonych obszarów stawu szybciej, jednocześnie utrzymując chłodniejsze inne obszary.
Przed ustawieniem części metalowych do lutowania indukcyjnego operator musi odpowiednio ustawić częstotliwość i poziomy mocy systemu. Częstotliwość może wynosić od 5 do 500 kHz, im wyższa częstotliwość, tym szybciej powierzchnia nagrzewa się.
Zasilacze często są w stanie wytworzyć setki kilowatów energii elektrycznej. Jednak lutowanie części wielkości dłoni w ciągu 10 do 15 sekund wymaga tylko 1 do 5 kilowatów. Dla porównania, duże części mogą wymagać od 50 do 100 kilowatów mocy, a lutowanie może zająć do 5 minut.
„Z reguły mniejsze komponenty zużywają mniej energii, ale wymagają wyższych częstotliwości, takich jak 100 do 300 kiloherców” — powiedział Bausch.
Niezależnie od ich rozmiaru, metalowe części muszą być prawidłowo ustawione przed zamocowaniem. Należy zachować ostrożność, aby zachować ciasną szczelinę między metalami nieszlachetnymi, aby umożliwić prawidłowe działanie kapilarne przepływającego metalu wypełniającego. Najlepszym sposobem zapewnienia tego prześwitu są połączenia doczołowe, zakładkowe i doczołowe.
Dopuszczalne są oprawy tradycyjne lub samomocujące. Standardowe oprawy powinny być wykonane z materiałów mniej przewodzących, takich jak stal nierdzewna lub ceramika, i jak najmniej stykać się z elementami.
Projektując części z zazębiającymi się szwami, wytłoczeniami, wgłębieniami lub radełkami, można osiągnąć samozamocowanie bez konieczności stosowania wsparcia mechanicznego.
Złącza są następnie czyszczone papierem ściernym lub rozpuszczalnikiem w celu usunięcia zanieczyszczeń, takich jak olej, tłuszcz, rdza, kamień i brud. Ten krok dodatkowo wzmacnia działanie kapilarne stopionego metalu wypełniającego, przeciągającego się przez sąsiednie powierzchnie złącza.
Po prawidłowym osadzeniu i oczyszczeniu części, operator nakłada na złącze masę szpachlową (zwykle pastę). Mieszanka ta jest mieszaniną spoiwa, topnika (aby zapobiec utlenianiu) i spoiwa, które utrzymuje razem metal i topnik przed stopieniem.
Spoiwa i topniki stosowane w lutowaniu są opracowane tak, aby wytrzymywały wyższe temperatury niż te stosowane w lutowaniu. Spoiwa stosowane do lutowania topią się w temperaturze co najmniej 842 F i są mocniejsze po schłodzeniu. Obejmują one stopy aluminium-krzem, miedź, miedź-srebro, mosiądz, brąz, złoto-srebro, srebro i stopy niklu.
Następnie operator ustawia cewkę indukcyjną, która jest dostępna w różnych wersjach. Cewki spiralne mają okrągły lub owalny kształt i całkowicie otaczają część, podczas gdy cewki widełkowe (lub szczypce) znajdują się po obu stronach złącza, a cewki kanałowe zaczepiają się o część. Inne cewki obejmują średnicę wewnętrzną (ID), średnicę wewnętrzną / średnicę zewnętrzną (OD), naleśnikową, otwartą i wielopozycyjną.
Jednolite ciepło jest niezbędne dla wysokiej jakości połączeń lutowanych. Aby to zrobić, operator musi upewnić się, że odległość w pionie między każdą pętlą cewki indukcyjnej jest niewielka, a odległość sprzężenia (szerokość szczeliny od średnicy zewnętrznej do wewnętrznej cewki) pozostaje jednakowa.
Następnie operator włącza zasilanie, aby rozpocząć proces nagrzewania złącza. Polega to na szybkim przeniesieniu prądu przemiennego o średniej lub wysokiej częstotliwości ze źródła zasilania do induktora w celu wytworzenia wokół niego zmiennego pola magnetycznego.
Pole magnetyczne indukuje prąd na powierzchni złącza, który wytwarza ciepło w celu stopienia spoiwa, umożliwiając jego przepływ i zwilżenie powierzchni części metalowej, tworząc silne wiązanie. Używając cewek wielopozycyjnych, proces ten można przeprowadzić na wielu częściach jednocześnie.
Zalecane jest końcowe czyszczenie i kontrola każdego lutowanego elementu. Mycie części wodą podgrzaną do co najmniej 120 F usunie pozostałości topnika i wszelkich zgorzelin powstałych podczas lutowania. Część należy zanurzyć w wodzie po zestaleniu się spoiwa, ale zespół jest nadal gorący.
W zależności od części, po minimalnej kontroli można przeprowadzić badania nieniszczące i niszczące. Metody NDT obejmują kontrolę wizualną i radiograficzną, a także badanie szczelności i sprawdzanie szczelności. Typowe metody badań niszczących to badania metalograficzne, odrywania, rozciągania, ścinania, zmęczenia, przenoszenia i skręcania.
„Lutowanie indukcyjne wymaga większych nakładów inwestycyjnych niż metoda palnika, ale jest tego warte, ponieważ zapewnia dodatkową wydajność i kontrolę” — powiedział Holland. „Dzięki indukcji, kiedy potrzebujesz ciepła, po prostu naciskasz.Kiedy tego nie robisz, naciskasz.
Eldec produkuje szeroką gamę źródeł zasilania do lutowania indukcyjnego, takich jak linia pośredniej częstotliwości ECO LINE MF, która jest dostępna w różnych konfiguracjach, aby jak najlepiej dopasować się do każdego zastosowania. Zasilacze te są dostępne w zakresie mocy znamionowej od 5 do 150 kW i częstotliwości od 8 do 40 Hz. Wszystkie modele mogą być wyposażone w funkcję zwiększania mocy, która pozwala operatorowi zwiększyć ciągłą pracę znamionową o 100% o dodatkowe 50% w ciągu 3 minut. Inne kluczowe funkcje obejmują kontrolę temperatury za pomocą pirometru , rejestrator temperatury i przełącznik zasilania z izolowaną bramką na tranzystorze bipolarnym. Te materiały eksploatacyjne wymagają niewielkiej konserwacji, pracują cicho, zajmują niewiele miejsca i można je łatwo zintegrować ze sterownikami gniazd roboczych.
Producenci w kilku branżach coraz częściej wykorzystują lutowanie indukcyjne do montażu części. Bausch wskazuje producentów samochodów, lotnictwa, sprzętu medycznego i sprzętu górniczego jako największych użytkowników urządzeń do lutowania indukcyjnego Ambrell.
„Liczba elementów aluminiowych lutowanych indukcyjnie w przemyśle motoryzacyjnym stale rośnie dzięki inicjatywom zmierzającym do zmniejszenia masy”, podkreśla Bausch.Obie branże lutują również indukcyjnie różne łączniki rur stalowych”.
Wszystkie sześć systemów EasyHeat firmy Ambrell ma zakres częstotliwości od 150 do 400 kHz i idealnie nadaje się do lutowania indukcyjnego małych części o różnej geometrii. Kompakty (0112 i 0224) oferują kontrolę mocy w rozdzielczości 25 watów;modele z serii LI (3542, 5060, 7590, 8310) oferują sterowanie w rozdzielczości 50 W.
Obie serie mają wyjmowaną głowicę roboczą w odległości do 10 stóp od źródła zasilania. Elementy sterujące na panelu przednim systemu są programowalne, co pozwala użytkownikowi końcowemu zdefiniować do czterech różnych profili ogrzewania, każdy z maksymalnie pięcioma stopniami czasu i mocy. Zdalne sterowanie mocą jest dostępne dla wejścia stykowego lub analogowego lub opcjonalnego portu danych szeregowych.
„Nasi główni klienci lutowania indukcyjnego to producenci części zawierających trochę węgla lub części o dużej masie, które zawierają wysoki procent żelaza”, wyjaśnia Rich Cukelj, kierownik ds.
Firma Fusion sprzedaje niestandardowe systemy obrotowe, które mogą lutować indukcyjnie od 100 do 1000 części na godzinę. Według Cukelj możliwe są wyższe wydajności w przypadku pojedynczego typu części lub określonej serii części. Rozmiary tych części wahają się od 2 do 14 cali kwadratowych.
„Każdy system zawiera indeksator firmy Stelron Components Inc. z 8, 10 lub 12 stanowiskami roboczymi”, wyjaśnia Cukelj.
Producenci używają standardowych zasilaczy ECO LINE firmy eldec do różnych zastosowań związanych z lutowaniem indukcyjnym, takich jak obkurczanie wirników i wałów lub łączenie obudów silników, powiedział Holland. Ostatnio model tego generatora o mocy 100 kW był używany w zastosowaniach związanych z dużymi częściami, które obejmowały lutowanie miedzianych pierścieni obwodów do miedzianych połączeń kranowych w generatorach hydroelektrycznych.
Eldec produkuje również przenośne zasilacze MiniMICO, które można łatwo przenosić w fabryce, pracując w zakresie częstotliwości od 10 do 25 kHz. Dwa lata temu producent rur samochodowych wymienników ciepła wykorzystał MiniMICO do lutowania indukcyjnego kolanek powrotnych do każdej rury. Całe lutowanie wykonała jedna osoba, a montaż każdej rury zajął mniej niż 30 sekund.
Jim jest starszym redaktorem w ASSEMBLY z ponad 30-letnim doświadczeniem redakcyjnym. Przed dołączeniem do ASSEMBLY Camillo był PM Engineer, redaktorem Association for Equipment Engineering Journal i Milling Journal. Jim ukończył filologię angielską na Uniwersytecie DePaul.
Prześlij zapytanie ofertowe (RFP) do wybranego dostawcy i kliknij przycisk szczegółowo określający Twoje potrzeby
Przejrzyj nasz przewodnik dla kupujących, aby znaleźć dostawców wszystkich rodzajów technologii montażu, maszyn i systemów, usługodawców i organizacje branżowe.
Lean Six Sigma od dziesięcioleci napędza ciągłe doskonalenie, ale jego wady stały się oczywiste. Gromadzenie danych jest pracochłonne i pozwala uchwycić tylko małe próbki. Dane można teraz zbierać przez długi czas i w wielu lokalizacjach za ułamek kosztów starszych metod ręcznych.
Roboty są tańsze i łatwiejsze w użyciu niż kiedykolwiek wcześniej. Ta technologia jest łatwo dostępna nawet dla małych i średnich producentów. Posłuchaj ekskluzywnej dyskusji panelowej z udziałem dyrektorów czterech największych amerykańskich dostawców robotyki: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America i Universal Robots.