Hầu hết mọi quy trình lắp ráp đều có thể được thực hiện theo nhiều cách. Tùy chọn mà nhà sản xuất hoặc nhà tích hợp chọn để có kết quả tốt nhất thường là tùy chọn phù hợp với công nghệ đã được kiểm chứng cho một ứng dụng cụ thể.
Hàn là một trong những quy trình như vậy. Hàn là một quá trình nối kim loại trong đó hai hoặc nhiều bộ phận kim loại được nối với nhau bằng cách nấu chảy kim loại phụ và đưa nó vào mối nối. Kim loại phụ có điểm nóng chảy thấp hơn các bộ phận kim loại liền kề.
Nhiệt để hàn có thể được cung cấp bởi đèn khò, lò nung hoặc cuộn cảm ứng. Trong quá trình hàn cảm ứng, cuộn dây cảm ứng tạo ra từ trường làm nóng chất nền để làm chảy kim loại phụ. Hàn cảm ứng đang chứng tỏ là lựa chọn tốt nhất cho số lượng ứng dụng lắp ráp ngày càng tăng.
Steve Anderson, giám đốc bộ phận khoa học thử nghiệm và hiện trường tại Fusion Inc., một nhà tích hợp 88 tuổi ở Willoughby, Ohio Said, chuyên về nhiều phương pháp lắp ráp khác nhau, bao gồm hàn đồng cho biết: “Hàn nóng bằng cảm ứng an toàn hơn nhiều so với hàn bằng mỏ hàn, nhanh hơn so với hàn bằng lò và có khả năng lặp lại cao hơn cả hai.So với hai phương pháp còn lại, tất cả những gì bạn thực sự cần là điện tiêu chuẩn.”
Một vài năm trước, Fusion đã phát triển một máy sáu trạm hoàn toàn tự động để lắp ráp 10 mũi khoan cacbua cho gia công kim loại và chế tạo công cụ. Các mũi khoan này được tạo ra bằng cách gắn các phôi cacbua vonfram hình trụ và hình nón vào một cán thép. Tốc độ sản xuất là 250 sản phẩm mỗi giờ và khay phụ tùng riêng biệt có thể chứa 144 phôi và giá đỡ dụng cụ.
Anderson giải thích: “Robot SCARA bốn trục lấy một tay cầm từ khay, đưa nó đến bộ phân phối kem hàn và đưa nó vào tổ kẹp. “Sau đó, rô bốt lấy một mảnh giấy trắng từ khay và đặt nó vào phần cuối của cán mà nó được dán vào.Quá trình hàn cảm ứng được thực hiện bằng cách sử dụng một cuộn dây điện quấn theo chiều dọc xung quanh hai bộ phận và đưa kim loại phụ bạc đến nhiệt độ chất lỏng là 1.305 F. Sau khi bộ phận lưỡi gờ được căn chỉnh và làm mát, nó được đẩy ra ngoài qua máng xả và được thu gom để xử lý tiếp.”
Việc sử dụng hàn cảm ứng để lắp ráp ngày càng tăng, chủ yếu là do nó tạo ra mối liên kết chặt chẽ giữa hai bộ phận kim loại và vì nó rất hiệu quả trong việc nối các vật liệu khác nhau. Mối quan tâm về môi trường, công nghệ cải tiến và các ứng dụng phi truyền thống cũng buộc các kỹ sư sản xuất phải xem xét kỹ hơn về hàn cảm ứng.
Phương pháp hàn cảm ứng đã xuất hiện từ những năm 1950, mặc dù khái niệm gia nhiệt cảm ứng (sử dụng điện từ) đã được nhà khoa học người Anh Michael Faraday phát hiện ra hơn một thế kỷ trước. Đèn khò cầm tay là nguồn nhiệt đầu tiên để hàn, sau đó là lò nung vào những năm 1920. Trong Thế chiến II, các phương pháp dựa trên lò nung thường được sử dụng để sản xuất số lượng lớn các bộ phận kim loại với chi phí và nhân công tối thiểu.
Nhu cầu của người tiêu dùng về điều hòa không khí trong những năm 1960 và 1970 đã tạo ra các ứng dụng mới cho hàn cảm ứng. Trên thực tế, việc hàn nhôm hàng loạt vào cuối những năm 1970 đã tạo ra nhiều bộ phận được tìm thấy trong hệ thống điều hòa không khí ô tô ngày nay.
Rick Bausch, giám đốc bán hàng của Ambrell Corp., lưu ý: “Không giống như hàn bằng mỏ hàn, hàn cảm ứng không tiếp xúc và giảm thiểu nguy cơ quá nhiệt”.
Theo Greg Holland, giám đốc bán hàng và vận hành tại eldec LLC, một hệ thống hàn cảm ứng tiêu chuẩn bao gồm ba thành phần. Đó là nguồn điện, đầu làm việc với cuộn dây cảm ứng và bộ làm mát hoặc hệ thống làm mát.
Nguồn điện được kết nối với đầu làm việc và các cuộn dây được thiết kế tùy chỉnh để vừa với khớp. Cuộn cảm có thể được làm từ các thanh đặc, cáp linh hoạt, phôi gia công hoặc in 3D từ hợp kim đồng dạng bột. Tuy nhiên, thông thường, nó được làm bằng ống đồng rỗng, qua đó nước chảy qua vì nhiều lý do. Một là để giữ cho cuộn dây mát bằng cách chống lại nhiệt phản xạ bởi các bộ phận trong quá trình hàn. Dòng nước chảy cũng ngăn nhiệt tích tụ trong cuộn dây do sự hiện diện thường xuyên của dòng điện xoay chiều và kết quả là truyền nhiệt kém hiệu quả.
Holland giải thích: “Đôi khi, một bộ tập trung từ thông được đặt trên cuộn dây để tăng cường từ trường tại một hoặc nhiều điểm trong mối nối.Sử dụng một trong hai Lợi ích của bộ tập trung là nó giảm thời gian chu kỳ bằng cách đưa nhiều năng lượng hơn vào các khu vực cụ thể của khớp nhanh hơn, đồng thời giữ cho các khu vực khác mát hơn.
Trước khi định vị các bộ phận kim loại để hàn cảm ứng, người vận hành cần đặt đúng tần số và mức công suất của hệ thống. Tần số có thể nằm trong khoảng từ 5 đến 500 kHz, tần số càng cao thì bề mặt nóng lên càng nhanh.
Nguồn điện thường có khả năng sản xuất hàng trăm kilowatt điện. Tuy nhiên, việc hàn một bộ phận có kích thước bằng lòng bàn tay trong 10 đến 15 giây chỉ cần từ 1 đến 5 kilowatt. Để so sánh, các bộ phận lớn có thể cần từ 50 đến 100 kilowatt điện và mất tới 5 phút để hàn.
Bausch cho biết: “Theo nguyên tắc chung, các bộ phận nhỏ hơn sử dụng ít năng lượng hơn nhưng yêu cầu tần số cao hơn, chẳng hạn như 100 đến 300 kilohertz.
Bất kể kích thước của chúng là gì, các bộ phận kim loại cần phải được định vị chính xác trước khi được gắn chặt. Cần cẩn thận để duy trì khe hở chặt chẽ giữa các kim loại cơ bản để cho phép hoạt động mao dẫn thích hợp của kim loại điền đầy chảy. Mối nối mông, khớp nối và khớp nối mông là cách tốt nhất để đảm bảo khoảng hở này.
Có thể chấp nhận cách truyền thống hoặc tự cố định. Các thiết bị cố định tiêu chuẩn phải được làm bằng vật liệu ít dẫn điện hơn như thép không gỉ hoặc gốm và càng ít chạm vào các bộ phận càng tốt.
Bằng cách thiết kế các bộ phận có các đường nối lồng vào nhau, cuộn dây, lõm hoặc khía, có thể đạt được khả năng tự cố định mà không cần hỗ trợ cơ học.
Sau đó, các mối nối được làm sạch bằng miếng nhám hoặc dung môi để loại bỏ các chất gây ô nhiễm như dầu, mỡ, rỉ sét, cặn và bụi bẩn. Bước này tăng cường hơn nữa hoạt động mao dẫn của kim loại phụ nóng chảy tự kéo qua các bề mặt liền kề của mối nối.
Sau khi các bộ phận được lắp đúng cách và làm sạch, người vận hành bôi một hợp chất nối (thường là bột nhão) vào mối nối. Hợp chất này là hỗn hợp của kim loại phụ, chất trợ dung (để ngăn quá trình oxy hóa) và chất kết dính giữ kim loại và chất trợ dung lại với nhau trước khi nóng chảy.
Các kim loại phụ và chất trợ dung được sử dụng trong quá trình hàn được chế tạo để chịu được nhiệt độ cao hơn so với các kim loại được sử dụng trong quá trình hàn. Các kim loại phụ được sử dụng để hàn nóng chảy ở nhiệt độ ít nhất 842 F và bền hơn khi được làm lạnh. Chúng bao gồm các hợp kim nhôm-silicon, đồng, đồng-bạc, đồng thau, đồng, vàng-bạc, bạc và niken.
Sau đó, người vận hành định vị cuộn dây cảm ứng, cuộn dây này có nhiều kiểu dáng khác nhau. Cuộn dây xoắn ốc có hình tròn hoặc hình bầu dục và bao quanh hoàn toàn bộ phận, trong khi cuộn dây nĩa (hoặc gọng kìm) được đặt ở mỗi bên của mối nối và cuộn dây kênh móc vào bộ phận. Các cuộn dây khác bao gồm Đường kính trong (ID), ID/Đường kính ngoài (OD), Bánh kếp, Mở và Đa vị trí.
Nhiệt đồng nhất là điều cần thiết cho các kết nối hàn chất lượng cao. Để làm điều này, người vận hành cần đảm bảo rằng khoảng cách thẳng đứng giữa mỗi vòng cuộn dây cảm ứng là nhỏ và khoảng cách khớp nối (độ rộng khe hở từ cuộn dây OD đến ID) vẫn đồng nhất.
Tiếp theo, người vận hành bật nguồn để bắt đầu quá trình làm nóng mối nối. Quá trình này liên quan đến việc truyền nhanh dòng điện xoay chiều tần số trung bình hoặc cao từ nguồn điện sang cuộn cảm để tạo ra từ trường xoay chiều xung quanh nó.
Từ trường tạo ra một dòng điện trên bề mặt của mối nối, tạo ra nhiệt để làm nóng chảy kim loại phụ, cho phép nó chảy và làm ướt bề mặt của bộ phận kim loại, tạo ra một liên kết bền chặt. Sử dụng cuộn dây nhiều vị trí, quá trình này có thể được thực hiện đồng thời trên nhiều bộ phận.
Nên làm sạch và kiểm tra lần cuối từng bộ phận hàn. Rửa các bộ phận bằng nước đun nóng ít nhất 120 độ F sẽ loại bỏ cặn trợ dung và bất kỳ cặn nào hình thành trong quá trình hàn. Bộ phận nên được ngâm trong nước sau khi kim loại phụ đã đông đặc nhưng bộ phận lắp ráp vẫn còn nóng.
Tùy thuộc vào bộ phận, kiểm tra tối thiểu có thể được thực hiện bằng kiểm tra không phá hủy và phá hủy. Các phương pháp NDT bao gồm kiểm tra bằng mắt và chụp X quang, cũng như kiểm tra rò rỉ và bằng chứng. Các phương pháp kiểm tra phá hủy phổ biến là kiểm tra kim loại, bóc vỏ, độ bền kéo, cắt, độ mỏi, chuyển và kiểm tra xoắn.
Holland cho biết: “Hàn bằng cảm ứng đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn hơn so với phương pháp hàn mỏ hàn, nhưng nó đáng giá vì bạn có thêm hiệu quả và khả năng kiểm soát,” Holland nói. “Với cảm ứng, khi bạn cần nhiệt, bạn chỉ cần nhấn.Khi bạn không, bạn nhấn.
Eldec sản xuất nhiều loại nguồn điện cho hàn cảm ứng, chẳng hạn như dòng tần số trung gian ECO LINE MF, có nhiều cấu hình khác nhau để phù hợp nhất với từng ứng dụng. công tắc nguồn bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện. Những vật tư tiêu hao này cần ít bảo trì, hoạt động yên tĩnh, chiếm diện tích nhỏ và dễ dàng tích hợp với bộ điều khiển workcell.
Các nhà sản xuất trong một số ngành công nghiệp đang ngày càng sử dụng phương pháp hàn cảm ứng để lắp ráp các bộ phận. Bausch chỉ ra rằng các nhà sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và thiết bị khai thác mỏ là những người sử dụng thiết bị hàn cảm ứng Ambrell nhiều nhất.
Bausch chỉ ra: “Số lượng các thành phần nhôm được hàn cảm ứng trong ngành công nghiệp ô tô tiếp tục tăng do các sáng kiến ​​giảm trọng lượng.Cả hai ngành công nghiệp cũng cảm ứng hàn các phụ kiện ống thép khác nhau.”
Tất cả sáu hệ thống EasyHeat của Ambrell đều có dải tần từ 150 đến 400 kHz và rất lý tưởng để hàn cảm ứng các bộ phận nhỏ có dạng hình học khác nhau. Máy compact (0112 và 0224) cung cấp khả năng kiểm soát công suất ở độ phân giải 25 watt;các mẫu trong sê-ri LI (3542, 5060, 7590, 8310) cung cấp khả năng điều khiển trong phạm vi độ phân giải 50 watt.
Cả hai dòng sản phẩm đều có đầu làm việc có thể tháo rời cách nguồn điện tới 10 feet. Bảng điều khiển phía trước của hệ thống có thể lập trình được, cho phép người dùng cuối xác định tối đa bốn cấu hình gia nhiệt khác nhau, mỗi cấu hình có tối đa năm bước thời gian và công suất. Điều khiển công suất từ ​​xa có sẵn cho đầu vào tiếp xúc hoặc analog hoặc cổng dữ liệu nối tiếp tùy chọn.
Rich Cukelj, Giám đốc Phát triển Kinh doanh của Fusion giải thích: “Khách hàng chính của chúng tôi đối với hàn cảm ứng là các nhà sản xuất các bộ phận có chứa một số carbon hoặc các bộ phận có khối lượng lớn chứa tỷ lệ sắt cao.
Fusion bán các hệ thống quay tùy chỉnh có thể hàn từ 100 đến 1.000 bộ phận mỗi giờ. Theo Cukelj, năng suất cao hơn có thể đạt được đối với một loại bộ phận hoặc một loạt bộ phận cụ thể. Các bộ phận này có kích thước từ 2 đến 14 inch vuông.
Cukelj giải thích: “Mỗi hệ thống chứa một bộ lập chỉ mục từ Stelron Components Inc. với 8, 10 hoặc 12 máy trạm.
Holland cho biết: Các nhà sản xuất sử dụng bộ nguồn ECO LINE tiêu chuẩn của eldec cho nhiều ứng dụng hàn cảm ứng, chẳng hạn như rô-to và trục lắp co ngót, hoặc nối các vỏ động cơ. Gần đây, kiểu máy phát điện 100 kW này đã được sử dụng trong một ứng dụng bộ phận lớn liên quan đến việc hàn các vòng mạch đồng vào đầu nối vòi đồng cho các máy phát đập thủy điện.
Eldec cũng sản xuất các bộ nguồn MiniMICO di động có thể dễ dàng di chuyển quanh nhà máy với dải tần số từ 10 đến 25 kHz. Hai năm trước, một nhà sản xuất ống trao đổi nhiệt ô tô đã sử dụng MiniMICO để tạo cảm ứng cho khuỷu tay hàn lại cho mỗi ống. Một người đã thực hiện tất cả việc hàn và chỉ mất chưa đến 30 giây để lắp ráp từng ống.
Jim là biên tập viên cấp cao tại ASSEMBLY với hơn 30 năm kinh nghiệm biên tập. Trước khi gia nhập ASSEMBLY, Camillo là Kỹ sư PM, biên tập viên của Hiệp hội Tạp chí Kỹ thuật Thiết bị và Tạp chí Phay. Jim có bằng tiếng Anh tại Đại học DePaul.
Gửi Yêu cầu Đề xuất (RFP) tới nhà cung cấp mà bạn chọn và nhấp vào nút nêu chi tiết nhu cầu của bạn
Duyệt qua hướng dẫn dành cho người mua của chúng tôi để tìm nhà cung cấp tất cả các loại công nghệ lắp ráp, máy móc và hệ thống, nhà cung cấp dịch vụ và tổ chức thương mại.
Lean Six Sigma đã thúc đẩy các nỗ lực cải tiến liên tục trong nhiều thập kỷ, nhưng những thiếu sót của nó đã trở nên rõ ràng. Việc thu thập dữ liệu tốn nhiều công sức và chỉ có thể thu thập các mẫu nhỏ. Dữ liệu hiện có thể được thu thập trong thời gian dài và ở nhiều địa điểm với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các phương pháp thủ công cũ.
Rô-bốt rẻ hơn và dễ sử dụng hơn bao giờ hết. Công nghệ này có sẵn ngay cả đối với các nhà sản xuất vừa và nhỏ. Hãy lắng nghe cuộc thảo luận độc quyền này với sự góp mặt của các giám đốc điều hành từ bốn nhà cung cấp rô-bốt hàng đầu của Mỹ: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America và Universal Robots.