Nästan varje monteringsprocess kan utföras på flera sätt. Det alternativ som en tillverkare eller integratör väljer för bästa resultat är vanligtvis ett som matchar en beprövad teknik till en specifik applikation.
Hårdlödning är en sådan process. Hårdlödning är en metallförbindningsprocess där två eller flera metalldelar sammanfogas genom att smälta tillsatsmetall och strömma in den i fogen. Tillsatsmetallen har en lägre smältpunkt än de intilliggande metalldelarna.
Värmen för lödning kan tillhandahållas av brännare, ugnar eller induktionsspolar. Under induktionslödning skapar en induktionsspole ett magnetfält som värmer substratet för att smälta tillsatsmetallen. Induktionslödning har visat sig vara det bästa valet för ett växande antal monteringsapplikationer.
"Induktionslödning är mycket säkrare än brännarlödning, snabbare än ugnslödning och mer repeterbar än båda", säger Steve Anderson, chef för fält- och testvetenskap vid Fusion Inc., en 88-årig integratör i Willoughby, Ohio Said, specialiserad på en mängd olika monteringsmetoder, inklusive hårdlödning." Dessutom är induktionslödning enklare.Jämfört med de andra två metoderna är allt du egentligen behöver vanlig el.”
För några år sedan utvecklade Fusion en helautomatisk sexstationsmaskin för montering av 10 hårdmetallskär för metallbearbetning och verktygstillverkning.Fräsarna tillverkas genom att cylindriska och koniska volframkarbidämnen fästs på ett stålskaft. Produktionshastigheten är 250 delar per timme, och den separata detaljbrickan rymmer 144 ämnen och verktygshållare.
"En fyraxlig SCARA-robot tar ett handtag från brickan, presenterar det för lödpastadispensern och laddar det i griparboet", förklarar Anderson. "Roboten tar sedan en bit ämne från brickan och placerar den på änden av skaftet som den är limmad på.Induktionslödning utförs med hjälp av en elektrisk spole som sveper vertikalt runt de två delarna och bringar silverfyllnadsmetallen till en likvidustemperatur på 1 305 F. Efter att gradkomponenten har riktats in och kylts ut kastas den ut genom en utloppsränna och samlas upp för vidare bearbetning."
Användningen av induktionslödning för montering ökar, främst för att det skapar en stark koppling mellan två metalldelar och för att det är mycket effektivt för att sammanfoga olika material. Miljöhänsyn, förbättrad teknik och otraditionella tillämpningar tvingar också tillverkningsingenjörer att titta närmare på induktionslödning.
Induktionslödning har funnits sedan 1950-talet, även om konceptet med induktionsuppvärmning (med hjälp av elektromagnetism) upptäcktes mer än ett sekel tidigare av den brittiske forskaren Michael Faraday. Handbrännare var den första värmekällan för hårdlödning, följt av ugnar på 1920-talet. Under andra världskriget användes ugnskostnader för tillverkning av metalldelar med minimala kostnader för att tillverka metalldelar ofta.
Konsumenternas efterfrågan på luftkonditionering på 1960- och 1970-talen skapade nya tillämpningar för induktionslödning. Faktum är att masslödningen av aluminium i slutet av 1970-talet resulterade i många av de komponenter som finns i dagens luftkonditioneringssystem för bilar.
"Till skillnad från brännarlödning är induktionslödning beröringsfri och minimerar risken för överhettning", konstaterar Rick Bausch, försäljningschef för Ambrell Corp., inTEST.temperature.
Enligt Greg Holland, försäljnings- och driftschef på eldec LLC, består ett standardinduktionssystem av tre komponenter. Dessa är strömförsörjningen, arbetshuvudet med induktionsspolen och kylaren eller kylsystemet.
Strömförsörjningen är ansluten till arbetshuvudet och spolarna är specialdesignade för att passa runt skarven. Induktorer kan vara gjorda av solida stavar, flexibla kablar, bearbetade ämnen eller 3D-utskrivna från pulverformiga kopparlegeringar. Vanligtvis är den dock gjord av ihåliga kopparrör, genom vilka vatten strömmar av flera skäl. En är att hålla spolen svalt under lödningsprocessen genom att även motverka värmeflödet genom att motverka uppvärmningsprocessen. i spolarna på grund av den frekventa närvaron av växelström och den resulterande ineffektiva värmeöverföringen.
"Ibland placeras en flödeskoncentrator på spolen för att stärka magnetfältet vid en eller flera punkter i korsningen", förklarar Holland. Sådana koncentratorer kan vara av laminattyp, bestående av tunna elektriska stål som är tätt staplade tillsammans, eller ferromagnetiska rör som innehåller pulveriserat ferromagnetiskt material och dielektriska bindningar under högt tryck.Använd antingen Fördelen med koncentratorn är att den minskar cykeltiden genom att föra in mer energi till specifika områden av leden snabbare, samtidigt som andra områden hålls svalare.”
Innan metalldelar placeras för induktionslödning måste operatören ställa in systemets frekvens och effektnivåer korrekt. Frekvensen kan variera från 5 till 500 kHz, ju högre frekvens desto snabbare värms ytan upp.
Strömförsörjningar kan ofta producera hundratals kilowatt elektricitet. Men att löda en del i palmstorlek på 10 till 15 sekunder kräver endast 1 till 5 kilowatt. Som jämförelse kan stora delar kräva 50 till 100 kilowatt kraft och ta upp till 5 minuter att löda.
"Som en generell regel använder mindre komponenter mindre effekt, men kräver högre frekvenser, som 100 till 300 kilohertz," sa Bausch. "I motsats kräver större komponenter mer effekt och lägre frekvenser, vanligtvis under 100 kilohertz."
Oavsett storlek måste metalldelar placeras korrekt innan de fästs. Försiktighet bör iakttas för att bibehålla ett tätt mellanrum mellan basmetallerna för att möjliggöra korrekt kapillärverkan av den strömmande tillsatsmetallen. Rumpa, höft- och stumhöftskarvar är det bästa sättet att säkerställa detta spel.
Traditionella eller självfixerande är acceptabla. Standardarmaturer bör vara gjorda av mindre ledande material som rostfritt stål eller keramik, och röra komponenterna så lite som möjligt.
Genom att utforma delar med sammankopplade sömmar, sänkning, fördjupningar eller räfflor kan självfixering uppnås utan behov av mekaniskt stöd.
Fogarna rengörs sedan med en smärgeldyna eller lösningsmedel för att avlägsna föroreningar som olja, fett, rost, glödskal och smuts. Detta steg förstärker ytterligare kapillärverkan hos den smälta tillsatsmetallen som drar sig själv genom fogens intilliggande ytor.
Efter att delarna sitter ordentligt och rengjorda applicerar operatören en fogmassa (vanligtvis en pasta) på skarven. Sammansättningen är en blandning av tillsatsmetall, flussmedel (för att förhindra oxidation) och ett bindemedel som håller ihop metallen och flussmedlet innan smältning.
Tillsatsmetaller och flussmedel som används vid lödning är formulerade för att tåla högre temperaturer än de som används vid lödning. Tillsatsmetaller som används för lödning smälter vid temperaturer på minst 842 F och är starkare när de kyls. De inkluderar aluminium-kisel, koppar, koppar-silver, mässing, brons, guld-silver, silver och nickellegeringar.
Operatören placerar sedan induktionsspolen, som finns i en mängd olika utföranden.Spiralformade spolar är cirkulära eller ovala till formen och omger delen helt, medan gaffelspolen (eller tångspolen) är placerad på varje sida av fogen och kanalspolarna hakar fast på delen. Andra spolar inkluderar innerdiameter (ID), ID/yttre diameter (OD), pannkaka, öppen och multi-polig.
Jämn värme är avgörande för högkvalitativa lödda anslutningar. För att göra detta måste operatören säkerställa att det vertikala avståndet mellan varje induktionsspolslinga är litet och att kopplingsavståndet (gapets bredd från spolens ytterdiameter till ID) förblir enhetligt.
Därefter slår operatören på strömmen för att påbörja processen att värma fogen. Detta innebär att snabbt överföra mellan- eller högfrekvent växelström från en strömkälla till en induktor för att skapa ett växlande magnetfält runt den.
Det magnetiska fältet inducerar en ström på ytan av fogen, som genererar värme för att smälta tillsatsmetallen, vilket gör att den kan flyta och väta ytan på metalldelen, vilket skapar en stark bindning. Genom att använda flerpositionsspolar kan denna process utföras på flera delar samtidigt.
Slutrengöring och inspektion av varje lödd komponent rekommenderas. Om du tvättar delar med vatten uppvärmt till minst 120 F kommer flussmedelsrester och eventuella beläggningar som bildas under lödning avlägsnas. Delen ska sänkas ner i vatten efter att tillsatsmetallen har stelnat men monteringen är fortfarande varm.
Beroende på detalj kan minimal inspektion följas av oförstörande och destruktiv testning. NDT-metoder inkluderar visuell och radiografisk inspektion, såväl som läckage- och bevistestning. Vanliga destruktiva testmetoder är metallografiska, avdragnings-, drag-, skjuv-, utmattnings-, överförings- och torsionstestning.
"Induktionslödning kräver en större kapitalinvestering i förväg än brännarmetoden, men det är värt det eftersom du får extra effektivitet och kontroll," sa Holland. Med induktion, när du behöver värme, trycker du bara på.När du inte gör det trycker du på.”
Eldec tillverkar ett brett utbud av strömkällor för induktionslödning, såsom ECO LINE MF mellanfrekvenslinje, som finns tillgänglig i olika konfigurationer för att bäst passa varje applikation. Dessa strömförsörjningar finns tillgängliga i märkeffekter från 5 till 150 kW och frekvenser från 8 till 40 Hz. Alla modeller kan utrustas med en kontinuerlig effektökning med 0 %. ytterligare 50 % inom 3 minuter.Andra nyckelfunktioner inkluderar pyrometertemperaturkontroll, temperaturskrivare och bipolär transistorströmbrytare för isolerad grind. Dessa förbrukningsvaror kräver lite underhåll, fungerar tyst, har ett litet fotavtryck och är lätta att integrera med arbetscellskontroller.
Tillverkare i flera branscher använder allt oftare induktionslödning för att montera delar. Bausch pekar på tillverkare av bil-, flyg-, medicinsk utrustning och gruvutrustning som de största användarna av Ambrells induktionslödningsutrustning.
"Antalet induktionslödda aluminiumkomponenter i bilindustrin fortsätter att öka på grund av viktminskningsinitiativ", påpekar Bausch. "Inom flygsektorn löds nickel och andra typer av slitkuddar ofta till jetblad.Båda industrierna induktionslödder också olika stålrörskopplingar."
Alla sex Ambrells EasyHeat-system har ett frekvensområde på 150 till 400 kHz och är idealiska för induktionslödning av små delar av olika geometrier. Kompaktarna (0112 och 0224) erbjuder effektkontroll inom 25 watts upplösning;modellerna i LI-serien (3542, 5060, 7590, 8310) erbjuder kontroll inom 50 watts upplösning.
Båda serierna har ett löstagbart arbetshuvud upp till 10 fot från strömkällan. Systemets frontpanelkontroller är programmerbara, vilket gör att slutanvändaren kan definiera upp till fyra olika värmeprofiler, var och en med upp till fem tids- och effektsteg. Fjärrströmkontroll är tillgänglig för kontakt eller analog ingång, eller valfri seriell dataport.
"Våra huvudkunder för induktionslödning är tillverkare av delar som innehåller lite kol, eller stora delar som innehåller en hög andel järn", förklarar Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager. "Några av dessa företag betjänar fordons- och flygindustrin, medan andra tillverkar pistoler, skärverktyg, VVS-kranar och avlopp, eller kraftfördelningsblock och säkringar."
Fusion säljer skräddarsydda roterande system som kan induktionslöda 100 till 1 000 delar per timme. Enligt Cukelj är högre utbyten möjliga för en enda typ av del eller för en specifik serie delar. Dessa delar varierar i storlek från 2 till 14 kvadrattum.
"Varje system innehåller en indexerare från Stelron Components Inc. med 8, 10 eller 12 arbetsstationer", förklarar Cukelj. "Vissa arbetsstationer används för lödning, medan andra används för inspektion, användning av visionkameror eller lasermätutrustning, eller för att utföra dragtester för att säkerställa högkvalitativa lödfogar."
Tillverkare använder eldecs standard ECO LINE strömförsörjning för en mängd olika induktionslödningstillämpningar, såsom krymppassande rotorer och axlar, eller sammanfogning av motorhus, sade Holland. På senare tid användes en 100 kW-modell av denna generator i en stor delapplikation som involverade lödning av kopparkretsringar till kopparkrananslutningar för vattenkraftsgeneratorer.
Eldec tillverkar också portabla MiniMICO-strömförsörjningar som enkelt kan flyttas runt i fabriken med ett frekvensområde på 10 till 25 kHz. För två år sedan använde en tillverkare av bilvärmeväxlarrör MiniMICO för att induktionslöda returbågar till varje rör. En person gjorde all lödning, och det tog mindre än 30 sekunder att montera rören.
Jim är seniorredaktör på ASSEMBLY med över 30 års redaktionell erfarenhet. Innan han började på ASSEMBLY var Camillo PM Engineer, redaktör för Association for Equipment Engineering Journal och Milling Journal. Jim har en examen i engelska från DePaul University.
Skicka in en begäran om förslag (RFP) till en leverantör som du väljer och klicka på en knapp som beskriver dina behov
Bläddra i vår köparguide för att hitta leverantörer av alla typer av monteringsteknik, maskiner och system, tjänsteleverantörer och branschorganisationer.
Lean Six Sigma har drivit på kontinuerliga förbättringsansträngningar i decennier, men dess brister har blivit uppenbara. Datainsamlingen är arbetskrävande och kan bara fånga små prover. Data kan nu fångas in under långa tidsperioder och på flera platser till en bråkdel av kostnaden för äldre manuella metoder.
Robotar är billigare och enklare att använda än någonsin. Den här tekniken är lätt tillgänglig även för små och medelstora tillverkare. Lyssna på denna exklusiva paneldiskussion med chefer från fyra av USA:s främsta robotleverantörer: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America och Universal Robots.