Gairebé tots els processos de muntatge es poden dur a terme de diverses maneres. L'opció que un fabricant o integrador tria per obtenir els millors resultats sol ser la que combina una tecnologia provada amb una aplicació específica.
La soldadura és un d'aquests processos. La soldadura és un procés d'unió de metalls en què dues o més peces metàl·liques s'uneixen fonent metall d'aportació i fent-lo fluir a la unió. El metall d'aportació té un punt de fusió més baix que les peces metàl·liques adjacents.
La calor per a la soldadura pot ser proporcionada per torxes, forns o bobines d'inducció. Durant la soldadura per inducció, una bobina d'inducció crea un camp magnètic que escalfa el substrat per fondre el metall d'aportació. La soldadura per inducció està demostrant ser la millor opció per a un nombre creixent d'aplicacions d'acoblament.
«La soldadura per inducció és molt més segura que la soldadura amb torxa, més ràpida que la soldadura al forn i més repetible que ambdues», va dir Steve Anderson, gerent de ciència de camp i proves a Fusion Inc., un integrador de 88 anys a Willoughby, Ohio. Said, especialitzat en una varietat de mètodes de muntatge, inclosa la soldadura. «A més, la soldadura per inducció és més fàcil. En comparació amb els altres dos mètodes, tot el que realment necessiteu és electricitat estàndard».
Fa uns anys, Fusion va desenvolupar una màquina totalment automàtica de sis estacions per muntar 10 freses de carbur per a la metal·lúrgia i la fabricació d'eines. Les freses es fabriquen unint peces en brut cilíndriques i còniques de carbur de tungstè a una tija d'acer. La taxa de producció és de 250 peces per hora, i la safata de peces separada pot contenir 144 peces en brut i portaeines.
«Un robot SCARA de quatre eixos agafa una nansa de la safata, la presenta al dispensador de pasta de soldadura i la carrega al niu de pinces», explica Anderson. «El robot agafa una peça en brut de la safata i la col·loca a l'extrem de la tija a la qual està enganxada. La soldadura per inducció es realitza mitjançant una bobina elèctrica que envolta verticalment les dues peces i porta el metall d'aportació de plata a una temperatura de líquidus de 1.305 F. Després que el component de la rebava s'alineï i es refredi, s'expulsa a través d'un conducte de descàrrega i es recull per al seu processament posterior.»
L'ús de la soldadura per inducció per al muntatge està augmentant, principalment perquè crea una connexió forta entre dues peces metàl·liques i perquè és molt eficaç per unir materials diferents. Les preocupacions mediambientals, la tecnologia millorada i les aplicacions no tradicionals també obliguen els enginyers de fabricació a examinar més de prop la soldadura per inducció.
La soldadura per inducció existeix des de la dècada del 1950, tot i que el concepte d'escalfament per inducció (mitjançant electromagnetisme) va ser descobert més d'un segle abans pel científic britànic Michael Faraday. Les torxes manuals van ser la primera font de calor per a la soldadura, seguides dels forns a la dècada del 1920. Durant la Segona Guerra Mundial, els mètodes basats en forns es van utilitzar amb freqüència per fabricar grans quantitats de peces metàl·liques amb una mà d'obra i despeses mínimes.
La demanda de climatització per part dels consumidors durant les dècades de 1960 i 1970 va crear noves aplicacions per a la soldadura per inducció. De fet, la soldadura en massa d'alumini a finals de la dècada de 1970 va donar lloc a molts dels components que es troben en els sistemes de climatització d'automòbils actuals.
«A diferència de la soldadura amb bufador, la soldadura per inducció no requereix contacte i minimitza el risc de sobreescalfament», assenyala Rick Bausch, gerent de vendes d'Ambrell Corp., a inTEST.temperature.
Segons Greg Holland, gerent de vendes i operacions d'eldec LLC, un sistema de soldadura per inducció estàndard consta de tres components. Aquests són la font d'alimentació, el capçal de treball amb la bobina d'inducció i el refrigerador o sistema de refrigeració.
La font d'alimentació està connectada al capçal de treball i les bobines estan dissenyades a mida per adaptar-se a la junta. Els inductors poden estar fets de varetes sòlides, cables flexibles, lingots mecanitzats o impresos en 3D a partir d'aliatges de coure en pols. Normalment, però, estan fets de tubs de coure buits, a través dels quals flueix aigua per diverses raons. Una és mantenir la bobina freda contrarestar la calor reflectida per les peces durant el procés de soldadura. L'aigua que flueix també evita l'acumulació de calor a les bobines a causa de la presència freqüent de corrent altern i la transferència de calor ineficient resultant.
«De vegades es col·loca un concentrador de flux a la bobina per enfortir el camp magnètic en un o més punts de la unió», explica Holland. «Aquests concentradors poden ser del tipus laminat, que consisteixen en acers elèctrics prims apilats junts, o tubs ferromagnètics que contenen material ferromagnètic en pols i enllaços dielèctrics comprimits a alta pressió. Utilitzeu qualsevol dels dos. El benefici del concentrador és que redueix el temps de cicle aportant més energia a zones específiques de la unió més ràpidament, alhora que manté altres zones més fresques».
Abans de posicionar les peces metàl·liques per a la soldadura per inducció, l'operador ha de configurar correctament els nivells de freqüència i potència del sistema. La freqüència pot oscil·lar entre 5 i 500 kHz; com més alta sigui la freqüència, més ràpid s'escalfarà la superfície.
Les fonts d'alimentació sovint són capaces de produir centenars de quilowatts d'electricitat. Tanmateix, la soldadura d'una peça de la mida d'un palmell en 10 a 15 segons només requereix d'1 a 5 quilowatts. En comparació, les peces grans poden requerir de 50 a 100 quilowatts de potència i trigar fins a 5 minuts a soldar-se.
«Com a regla general, els components més petits utilitzen menys energia, però requereixen freqüències més altes, com ara de 100 a 300 quilohertzs», va dir Bausch. «En canvi, els components més grans requereixen més potència i freqüències més baixes, normalment per sota dels 100 quilohertzs».
Independentment de la seva mida, les peces metàl·liques s'han de col·locar correctament abans de fixar-les. Cal tenir cura de mantenir un espai ajustat entre els metalls base per permetre una acció capil·lar adequada del metall d'aportació que flueix. Les unions a topall, solapades i solapades a topall són la millor manera de garantir aquest espai lliure.
Els accessoris tradicionals o autofixants són acceptables. Els accessoris estàndard han d'estar fets de materials menys conductors com l'acer inoxidable o la ceràmica, i han de tocar els components el mínim possible.
Dissenyant peces amb costures entrellaçades, estampació, depressions o moletes, es pot aconseguir l'autofixació sense necessitat de suport mecànic.
A continuació, es netegen les juntes amb una esmerila o un dissolvent per eliminar contaminants com ara oli, greix, òxid, incrustacions i brutícia. Aquest pas millora encara més l'acció capil·lar del metall d'aportació fos que s'estira a través de les superfícies adjacents de la junta.
Després que les peces estiguin correctament col·locades i netejades, l'operador aplica un compost per a juntes (normalment una pasta) a la junta. El compost és una barreja de metall d'aportació, flux (per evitar l'oxidació) i un aglutinant que manté el metall i el flux units abans de fondre's.
Els metalls de farciment i els fluxos utilitzats en la soldadura estan formulats per suportar temperatures més altes que els utilitzats en la soldadura. Els metalls de farciment utilitzats per a la soldadura es fonen a temperatures d'almenys 842 F i són més forts quan es refreden. Inclouen aliatges d'alumini-silici, coure, coure-plata, llautó, bronze, or-plata, plata i níquel.
L'operador posiciona la bobina d'inducció, que es presenta en una varietat de dissenys. Les bobines helicoïdals tenen forma circular o ovalada i envolten completament la peça, mentre que les bobines de forquilla (o pinça) es troben a cada costat de la junta i les bobines de canal s'enganxen a la peça. Altres bobines inclouen diàmetre interior (ID), diàmetre interior/exterior (OD), de tipus pancake, obertes i multiposició.
La calor uniforme és essencial per a connexions soldades d'alta qualitat. Per fer-ho, l'operador ha d'assegurar-se que la distància vertical entre cada bucle de bobina d'inducció sigui petita i que la distància d'acoblament (amplada de la separació des del diàmetre exterior fins al diàmetre interior de la bobina) es mantingui uniforme.
A continuació, l'operador encén l'alimentació per començar el procés d'escalfament de la junta. Això implica transferir ràpidament corrent altern de freqüència intermèdia o alta des d'una font d'alimentació a un inductor per crear un camp magnètic altern al seu voltant.
El camp magnètic indueix un corrent a la superfície de la junta, que genera calor per fondre el metall d'aportació, permetent que flueixi i mulli la superfície de la peça metàl·lica, creant una unió forta. Mitjançant bobines multiposició, aquest procés es pot realitzar en diverses peces simultàniament.
Es recomana la neteja i la inspecció final de cada component soldat. Rentar les peces amb aigua escalfada a almenys 120 F eliminarà els residus de flux i qualsevol incrustació formada durant la soldadura. La peça s'ha de submergir en aigua després que el metall d'aportació s'hagi solidificat, però el conjunt encara estigui calent.
Depenent de la peça, una inspecció mínima pot anar seguida d'assajos no destructius i destructius. Els mètodes d'assaig no destructius inclouen la inspecció visual i radiogràfica, així com proves de fuites i estanquitat. Els mètodes d'assaig destructius habituals són les proves metal·logràfiques, de pelat, de tracció, de cisallament, de fatiga, de transferència i de torsió.
«La soldadura per inducció requereix una inversió inicial de capital més gran que el mètode de la torxa, però val la pena perquè s'obté una eficiència i un control addicionals», va dir Holland. «Amb la inducció, quan necessiteu calor, només heu de prémer. Quan no, premeu».
Eldec fabrica una àmplia gamma de fonts d'alimentació per a la soldadura per inducció, com ara la línia de freqüència intermèdia ECO LINE MF, que està disponible en diverses configuracions per adaptar-se millor a cada aplicació. Aquestes fonts d'alimentació estan disponibles en potències nominals que van des de 5 fins a 150 kW i freqüències de 8 a 40 Hz. Tots els models poden estar equipats amb una funció d'augment de potència que permet a l'operador augmentar la potència de servei continu del 100% en un 50% addicional en 3 minuts. Altres característiques clau inclouen el control de temperatura del piròmetre, el registrador de temperatura i l'interruptor d'alimentació del transistor bipolar de porta aïllada. Aquests consumibles requereixen poc manteniment, funcionen silenciosament, tenen una petjada petita i s'integren fàcilment amb els controladors de cel·la de treball.
Els fabricants de diverses indústries utilitzen cada cop més la soldadura per inducció per muntar peces. Bausch assenyala els fabricants d'automoció, aeroespacial, equips mèdics i equips miners com els majors usuaris dels equips de soldadura per inducció d'Ambrell.
«El nombre de components d'alumini soldats per inducció a la indústria de l'automoció continua augmentant a causa de les iniciatives de reducció de pes», assenyala Bausch. «En el sector aeroespacial, el níquel i altres tipus de coixinets de desgast sovint es solden a les pales del raig. Ambdues indústries també solden per inducció diversos accessoris de canonades d'acer».
Els sis sistemes EasyHeat d'Ambrell tenen un rang de freqüència de 150 a 400 kHz i són ideals per a la soldadura per inducció de peces petites de diverses geometries. Els models compactes (0112 i 0224) ofereixen control de potència amb una resolució de 25 watts; els models de la sèrie LI (3542, 5060, 7590, 8310) ofereixen control amb una resolució de 50 watts.
Ambdues sèries tenen un capçal de treball extraïble de fins a 3 metres de la font d'alimentació. Els controls del panell frontal del sistema són programables, cosa que permet a l'usuari final definir fins a quatre perfils de calefacció diferents, cadascun amb fins a cinc passos de temps i potència. El control remot de potència està disponible per a entrada de contacte o analògica, o port de dades sèrie opcional.
«Els nostres principals clients de soldadura per inducció són fabricants de peces que contenen una mica de carboni o peces de gran massa que contenen un alt percentatge de ferro», explica Rich Cukelj, gerent de desenvolupament de negocis de fusió. «Algunes d'aquestes empreses serveixen a les indústries de l'automoció i l'aeroespacial, mentre que d'altres fabriquen pistoles, conjunts d'eines de tall, aixetes i desguassos de fontaneria, o blocs i fusibles de distribució d'energia».
Fusion ven sistemes rotatius personalitzats que poden soldar per inducció de 100 a 1.000 peces per hora. Segons Cukelj, és possible obtenir rendiments més alts per a un sol tipus de peça o per a una sèrie específica de peces. Aquestes peces tenen una mida de 2 a 14 polzades quadrades.
«Cada sistema conté un indexador de Stelron Components Inc. amb 8, 10 o 12 estacions de treball», explica Cukelj. «Algunes estacions de treball s'utilitzen per a la soldadura, mentre que d'altres s'utilitzen per a la inspecció, mitjançant càmeres de visió o equips de mesurament làser, o realitzant proves de tracció per garantir unions soldades d'alta qualitat».
Els fabricants utilitzen les fonts d'alimentació ECO LINE estàndard d'Eldec per a una varietat d'aplicacions de soldadura per inducció, com ara rotors i eixos per encaix retràctil o unió de carcasses de motors, va dir Holland. Més recentment, es va utilitzar un model de 100 kW d'aquest generador en una aplicació de peces grans que implicava la soldadura d'anells de circuit de coure a connexions de taps de coure per a generadors de preses hidroelèctriques.
Eldec també fabrica fonts d'alimentació MiniMICO portàtils que es poden moure fàcilment per la fàbrica amb un rang de freqüència de 10 a 25 kHz. Fa dos anys, un fabricant de tubs d'intercanviador de calor per a automòbils va utilitzar MiniMICO per soldar per inducció els colzes de retorn a cada tub. Una persona va fer tota la soldadura i va trigar menys de 30 segons a muntar cada tub.
En Jim és editor sènior a ASSEMBLY amb més de 30 anys d'experiència editorial. Abans d'unir-se a ASSEMBLY, en Camillo va ser enginyer de gestió de projectes i editor de l'Association for Equipment Engineering Journal i del Milling Journal. En Jim té una llicenciatura en anglès per la Universitat DePaul.
Envieu una sol·licitud de proposta (RFP) al proveïdor que trieu i feu clic a un botó que detalli les vostres necessitats.
Navegueu per la nostra guia del comprador per trobar proveïdors de tot tipus de tecnologia de muntatge, màquines i sistemes, proveïdors de serveis i organitzacions comercials.
Lean Six Sigma ha estat impulsant els esforços de millora contínua durant dècades, però les seves deficiències s'han fet evidents. La recopilació de dades requereix molta mà d'obra i només pot capturar petites mostres. Ara es poden capturar dades durant llargs períodes de temps i en múltiples ubicacions a una fracció del cost dels mètodes manuals antics.
Els robots són més barats i fàcils d'utilitzar que mai. Aquesta tecnologia està disponible fins i tot per a fabricants petits i mitjans. Escolteu aquesta taula rodona exclusiva amb executius de quatre dels principals proveïdors de robòtica dels Estats Units: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America i Universal Robots.