Почти всеки процес на сглобяване може да се осъществи по няколко начина. Опцията, която производителят или интеграторът избира за най-добри резултати, обикновено е тази, която съответства на доказана технология, съобразена с конкретно приложение.
Спояването е един такъв процес. Спояването е процес на съединяване на метал, при който две или повече метални части се съединяват чрез разтопяване на пълнителен метал и вливането му в съединението. Пълнителният метал има по-ниска точка на топене от съседните метални части.
Топлината за запояване може да се осигури от горелки, пещи или индукционни бобини. По време на индукционно запояване, индукционната бобина създава магнитно поле, което нагрява основата, за да разтопи пълнителния метал. Индукционното запояване се оказва най-добрият избор за все по-голям брой приложения за сглобяване.
„Индукционното запояване е много по-безопасно от запояването с горелка, по-бързо от запояването в пещ и по-повторяемо от двете“, каза Стив Андерсън, мениджър „Полеви и тестови науки“ във Fusion Inc., 88-годишен интегратор в Уилоуби, Охайо. Той е специализиран в различни методи за сглобяване, включително запояване. „Освен това, индукционното запояване е по-лесно. В сравнение с другите два метода, всичко, от което наистина се нуждаете, е стандартно електричество.“
Преди няколко години Fusion разработи напълно автоматична машина с шест станции за сглобяване на 10 карбидни борфрези за металообработване и инструментално производство. Борфрезите се изработват чрез закрепване на цилиндрични и конични волфрамово-карбидни заготовки към стоманена опашка. Производствената скорост е 250 части на час, а отделната тава за части може да побере 144 заготовки и държачи за инструменти.
„Четириосен робот SCARA взема дръжка от тавата, подава я към дозатора за спояваща паста и я зарежда в гнездото за захващане“, обяснява Андерсън. „След това роботът взема парче заготовка от тавата и го поставя върху края на опашката, към която е залепена. Индукционното запояване се извършва с помощта на електрическа бобина, която се увива вертикално около двете части и довежда сребърния пълнител до температура на ликвидус от 1305 F. След като компонентът с жлеб е подравнен и охладен, той се изхвърля през изпускателен улей и се събира за по-нататъшна обработка.“
Използването на индукционно запояване за сглобяване се увеличава, главно защото създава здрава връзка между две метални части и защото е много ефективно при съединяването на различни материали. Екологичните проблеми, подобрените технологии и нетрадиционните приложения също принуждават производствените инженери да разгледат по-отблизо индукционното запояване.
Индукционното запояване съществува от 50-те години на миналия век, въпреки че концепцията за индукционно нагряване (използвайки електромагнетизъм) е открита повече от век по-рано от британския учен Майкъл Фарадей. Ръчните горелки са били първият източник на топлина за запояване, последвани от пещите през 20-те години на миналия век. По време на Втората световна война методите, базирани на пещи, често са били използвани за производство на големи количества метални части с минимален труд и разходи.
Потребителското търсене на климатици през 60-те и 70-те години на миналия век създаде нови приложения за индукционно запояване. Всъщност масовото запояване на алуминий в края на 70-те години доведе до появата на много от компонентите, които се намират в днешните автомобилни климатични системи.
„За разлика от запояването с горелка, индукционното запояване е безконтактно и минимизира риска от прегряване“, отбелязва Рик Бауш, мениджър продажби на Ambrell Corp., в TEST.temperature.“
Според Грег Холанд, мениджър продажби и операции в eldec LLC, стандартната система за индукционно запояване се състои от три компонента. Това са захранването, работната глава с индукционната бобина и охладителят или охладителната система.
Захранването е свързано към работната глава, а намотките са проектирани по поръчка, за да паснат около съединението. Индукторите могат да бъдат изработени от плътни пръти, гъвкави кабели, машинно обработени заготовки или 3D-отпечатани от прахообразни медни сплави. Обикновено обаче са изработени от кухи медни тръби, през които тече вода по няколко причини. Едната е да се поддържа намотката хладна, като се противодейства на топлината, отразена от частите по време на процеса на запояване. Течащата вода също така предотвратява натрупването на топлина в намотките поради честото наличие на променлив ток и произтичащото от това неефективно топлопреминаване.
„Понякога върху бобината се поставя концентратор на магнитен поток, за да се усили магнитното поле в една или повече точки на съединението“, обяснява Холанд. „Такива концентратори могат да бъдат от ламинатен тип, състоящ се от тънки електротехнически стомани, плътно подредени заедно, или от феромагнитни тръби, съдържащи прахообразен феромагнитен материал и диелектрични връзки, компресирани под високо налягане. Използвайте или едното, или другото. Предимството на концентратора е, че той намалява времето на цикъла, като по-бързо вкарва повече енергия в специфични области на съединението, като същевременно поддържа други области по-хладни.“
Преди да позиционира металните части за индукционно запояване, операторът трябва правилно да настрои честотата и нивата на мощност на системата. Честотата може да варира от 5 до 500 kHz, като колкото по-висока е честотата, толкова по-бързо се нагрява повърхността.
Захранващите устройства често са способни да произвеждат стотици киловати електроенергия. Въпреки това, запояването на детайл с размерите на длан за 10 до 15 секунди изисква само от 1 до 5 киловата. За сравнение, големите части могат да изискват от 50 до 100 киловата мощност и да отнемат до 5 минути за запояване.
„Като общо правило, по-малките компоненти използват по-малко енергия, но изискват по-високи честоти, например от 100 до 300 килохерца“, каза Бауш. „За разлика от това, по-големите компоненти изискват повече мощност и по-ниски честоти, обикновено под 100 килохерца.“
Независимо от размера им, металните части трябва да бъдат позиционирани правилно, преди да бъдат закрепени. Трябва да се внимава да се поддържа плътна хлабина между основните метали, за да се осигури правилно капилярно действие от течащия добавъчен метал. Челно-припокриващите съединения са най-добрият начин да се осигури тази хлабина.
Традиционните или самозакрепващите се са приемливи. Стандартните приспособления трябва да бъдат изработени от по-малко проводими материали като неръждаема стомана или керамика и да докосват компонентите възможно най-малко.
Чрез проектиране на части с преплетени шевове, щамповане, вдлъбнатини или назъбвания, може да се постигне самофиксация без необходимост от механична опора.
След това фугите се почистват с шкурка или разтворител, за да се отстранят замърсители като масло, грес, ръжда, котлен камък и мръсотия. Тази стъпка допълнително засилва капилярното действие на разтопения пълнител, който се издърпва през съседните повърхности на фугата.
След като частите са правилно поставени и почистени, операторът нанася фугираща паста (обикновено паста) върху съединението. Пастата е смес от пълнителен метал, флюс (за предотвратяване на окисляване) и свързващо вещество, което държи метала и флюса заедно преди разтопяване.
Допълнителните метали и флюсовете, използвани при запояване, са формулирани да издържат на по-високи температури от тези, използвани при запояване. Допълнителните метали, използвани за запояване, се стопяват при температури най-малко 842 F и са по-здрави при охлаждане. Те включват алуминиево-силициеви, медни, медно-сребърни, месингови, бронзови, златно-сребърни, сребърни и никелови сплави.
След това операторът позиционира индукционната бобина, която се предлага в различни дизайни. Спиралните бобини са с кръгла или овална форма и напълно обграждат детайла, докато вилковидни (или щипковидни) бобини са разположени от всяка страна на съединението, а каналните бобини се закачат към детайла. Други бобини включват вътрешен диаметър (ID), вътрешен/външен диаметър (OD), палачинка, отворени и многопозиционни.
Равномерното нагряване е от съществено значение за висококачествените запоени съединения. За да направи това, операторът трябва да се увери, че вертикалното разстояние между всяка индукционна намотка е малко и че разстоянието на свързване (ширината на пролуката от външния до вътрешния диаметър на намотката) остава равномерно.
След това операторът включва захранването, за да започне процеса на нагряване на съединението. Това включва бързо прехвърляне на средночестотен или високочестотен променлив ток от източник на захранване към индуктор, за да се създаде променливо магнитно поле около него.
Магнитното поле индуцира ток върху повърхността на съединението, който генерира топлина, за да разтопи пълнителния метал, позволявайки му да тече и да намокри повърхността на металната част, създавайки здрава връзка. С помощта на многопозиционни бобини този процес може да се извърши върху множество части едновременно.
Препоръчва се окончателно почистване и проверка на всеки споен компонент. Измиването на частите с вода, загрята до поне 120 F (59,9°C), ще премахне остатъците от флюс и евентуалния накип, образуван по време на запояване. Детайлът трябва да се потопи във вода, след като пълнителният метал се е втвърдил, но сглобката е все още гореща.
В зависимост от детайла, минималната инспекция може да бъде последвана от безразрушителен и разрушителен контрол. Методите за безразрушителен контрол включват визуален и радиографски контрол, както и контрол на течове и доказателство. Често срещани методи за разрушителен контрол са металографски, тест за отлепване, опън, срязване, умора, пренос и усукване.
„Индукционното запояване изисква по-голяма първоначална капиталова инвестиция от метода с горелка, но си заслужава, защото получавате допълнителна ефективност и контрол“, каза Холанд. „С индукцията, когато имате нужда от топлина, просто натискате. Когато не, натискате.“
Eldec произвежда широка гама от захранващи източници за индукционно запояване, като например линията ECO LINE MF със средна честота, която се предлага в различни конфигурации, за да отговаря най-добре на всяко приложение. Тези захранващи устройства се предлагат с мощност от 5 до 150 kW и честоти от 8 до 40 Hz. Всички модели могат да бъдат оборудвани с функция за повишаване на мощността, която позволява на оператора да увеличи 100% непрекъсната работна мощност с допълнителни 50% в рамките на 3 минути. Други ключови характеристики включват пирометър за контрол на температурата, температурен рекордер и биполярен транзисторен превключвател за захранване с изолиран затвор. Тези консумативи изискват малко поддръжка, работят тихо, имат малък отпечатък и лесно се интегрират с контролери за работни клетки.
Производителите в няколко индустрии все по-често използват индукционно запояване за сглобяване на части. Bausch посочва производителите на автомобилна, аерокосмическа, медицинска и минна техника като най-големите потребители на оборудване за индукционно запояване Ambrell.
„Броят на индукционно запоените алуминиеви компоненти в автомобилната индустрия продължава да се увеличава поради инициативите за намаляване на теглото“, посочва Бауш. „В аерокосмическия сектор никеловите и други видове износоустойчиви накладки често се запояват към лопатките на реактивните двигатели. И двете индустрии също така индукционно запояват различни стоманени тръбни фитинги.“
И шестте системи EasyHeat на Ambrell имат честотен диапазон от 150 до 400 kHz и са идеални за индукционно запояване на малки части с различна геометрия. Компактните модели (0112 и 0224) предлагат контрол на мощността с резолюция от 25 вата; моделите от серията LI (3542, 5060, 7590, 8310) предлагат контрол с резолюция от 50 вата.
И двете серии имат подвижна работна глава, която може да се монтира на разстояние до 3 метра от източника на захранване. Управлението на предния панел на системата е програмируемо, което позволява на крайния потребител да дефинира до четири различни профила на нагряване, всеки с до пет стъпки на време и мощност. Дистанционно управление на мощността е налично чрез контактен или аналогов вход, или опционален сериен порт за данни.
„Основните ни клиенти за индукционно запояване са производители на части, които съдържат известно количество въглерод, или части с голяма маса, които съдържат висок процент желязо“, обяснява Рич Кукел, мениджър „Развитие на бизнеса с термоядрен синтез“. „Някои от тези компании обслужват автомобилната и аерокосмическата промишленост, докато други произвеждат пистолети, сглобки на режещи инструменти, водопроводни кранове и канали или блокове за разпределение на енергия и предпазители.“
Fusion продава персонализирани ротационни системи, които могат да запояват чрез индукционно запояване от 100 до 1000 части на час. Според Цукель, по-високи добиви са възможни за един вид част или за определена серия части. Размерът на тези части варира от 2 до 14 квадратни инча.
„Всяка система съдържа индексатор от Stelron Components Inc. с 8, 10 или 12 работни станции“, обяснява Цукель. „Някои работни станции се използват за запояване, докато други се използват за инспекция, използвайки камери за зрение или лазерно измервателно оборудване, или извършвайки тестове на опън, за да се гарантира висококачествено запоено съединение.“
Производителите използват стандартните захранвания ECO LINE на eldec за различни приложения за индукционно запояване, като например свиване на ротори и валове или съединяване на корпуси на двигатели, каза Холанд. Съвсем наскоро, 100 kW модел на този генератор беше използван в голямо приложение за части, което включваше запояване на медни пръстени за вериги към медни връзки за генератори на водноелектрически язовири.
Eldec произвежда и преносими захранвания MiniMICO, които могат лесно да се местят из фабриката, с честотен диапазон от 10 до 25 kHz. Преди две години производител на автомобилни топлообменни тръби използва MiniMICO за индукционно запояване на обратни колена към всяка тръба. Един човек извършваше цялото запояване и сглобяването на всяка тръба отнемаше по-малко от 30 секунди.
Джим е старши редактор в ASSEMBLY с над 30 години редакторски опит. Преди да се присъедини към ASSEMBLY, Камило е бил проектант на проекти, редактор на списанието Association for Equipment Engineering Journal и Milling Journal. Джим има степен по английски език от университета DePaul.
Изпратете заявка за предложение (RFP) до избран от вас доставчик и кликнете върху бутон, в който подробно описвате вашите нужди.
Разгледайте нашето ръководство за купувачи, за да намерите доставчици на всички видове монтажни технологии, машини и системи, доставчици на услуги и търговски организации.
Lean Six Sigma е движеща сила за непрекъснато усъвършенстване от десетилетия, но недостатъците му станаха очевидни. Събирането на данни е трудоемко и може да обхване само малки извадки. Данните вече могат да се събират за дълги периоди от време и на множество места на част от цената на по-старите ръчни методи.
Роботите са по-евтини и по-лесни за употреба от всякога. Тази технология е леснодостъпна дори за малки и средни производители. Чуйте тази ексклузивна панелна дискусия с участието на ръководители на четири от водещите американски доставчици на роботика: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America и Universal Robots.