Næsten alle monteringsprocesser kan udføres på flere måder. Den mulighed, som en producent eller integrator vælger for at opnå de bedste resultater, er normalt en, der matcher en gennemprøvet teknologi til en specifik anvendelse.
Lodning er en sådan proces. Lodning er en metalforbindelsesproces, hvor to eller flere metaldele samles ved at smelte tilsatsmetal og lade det flyde ind i samlingen. Tilsatsmetallet har et lavere smeltepunkt end de tilstødende metaldele.
Varmen til lodning kan tilvejebringes af brændere, ovne eller induktionsspoler. Under induktionslodning skaber en induktionsspole et magnetfelt, der opvarmer substratet for at smelte tilsatsmetallet. Induktionslodning viser sig at være det bedste valg til et stigende antal monteringsapplikationer.
"Induktionslodning er meget sikrere end brænderlodning, hurtigere end ovnlodning og mere gentagelig end begge dele," sagde Steve Anderson, leder af felt- og testvidenskab hos Fusion Inc., en 88 år gammel integrator i Willoughby, Ohio Said, der specialiserer sig i en række forskellige monteringsmetoder, herunder lodning. "Derudover er induktionslodning nemmere. Sammenlignet med de to andre metoder er alt, hvad du virkelig behøver, standardelektricitet."
For et par år siden udviklede Fusion en fuldautomatisk maskine med seks stationer til samling af 10 hårdmetalfræsere til metalbearbejdning og værktøjsfremstilling. Fræserne fremstilles ved at fastgøre cylindriske og koniske wolframkarbidemner til et stålskaft. Produktionshastigheden er 250 dele i timen, og den separate emnebakke kan indeholde 144 emner og værktøjsholdere.
"En fireakset SCARA-robot tager et håndtag fra bakken, præsenterer det for loddepasta-dispenseren og lægger det i griberen," forklarer Anderson. "Robotten tager derefter et stykke emne fra bakken og placerer det på enden af ​​skaftet, som det er limet til. Induktionslodning udføres ved hjælp af en elektrisk spole, der vikler sig lodret omkring de to dele og bringer sølvfyldmetallet til en liquidustemperatur på 1.305 F. Efter at skærkomponenten er justeret og afkølet, skubbes den ud gennem en udledningsrende og opsamles til videre bearbejdning."
Brugen af ​​induktionslodning til samling er stigende, primært fordi det skaber en stærk forbindelse mellem to metaldele, og fordi det er meget effektivt til at sammenføje forskellige materialer. Miljøhensyn, forbedret teknologi og ikke-traditionelle anvendelser tvinger også produktionsingeniører til at se nærmere på induktionslodning.
Induktionslodning har eksisteret siden 1950'erne, selvom konceptet med induktionsopvarmning (ved hjælp af elektromagnetisme) blev opdaget mere end et århundrede tidligere af den britiske videnskabsmand Michael Faraday. Håndbrændere var den første varmekilde til lodning, efterfulgt af ovne i 1920'erne. Under Anden Verdenskrig blev ovnbaserede metoder ofte brugt til at fremstille store mængder metaldele med minimal arbejdskraft og udgifter.
Forbrugernes efterspørgsel efter aircondition i 1960'erne og 1970'erne skabte nye anvendelser for induktionslodning. Faktisk resulterede masselodning af aluminium i slutningen af ​​1970'erne i mange af de komponenter, der findes i nutidens airconditionsystemer til biler.
"I modsætning til brænderlodning er induktionslodning berøringsfri og minimerer risikoen for overophedning," bemærker Rick Bausch, salgschef for Ambrell Corp., i TEST.temperature.
Ifølge Greg Holland, salgs- og driftschef hos eldec LLC, består et standard induktionslodningssystem af tre komponenter. Disse er strømforsyningen, arbejdshovedet med induktionsspolen og køleren eller kølesystemet.
Strømforsyningen er tilsluttet arbejdshovedet, og spolerne er specialdesignet til at passe rundt samlingen. Induktorer kan fremstilles af massive stænger, fleksible kabler, maskinbearbejdede barrer eller 3D-printes af pulveriserede kobberlegeringer. Normalt er de dog lavet af hule kobberrør, hvorigennem vand strømmer af flere årsager. En af dem er at holde spolen kølig ved at modvirke den varme, der reflekteres af delene under lodningsprocessen. Det strømmende vand forhindrer også varmeophobning i spolerne på grund af den hyppige tilstedeværelse af vekselstrøm og den resulterende ineffektive varmeoverførsel.
"Nogle gange placeres en fluxkoncentrator på spolen for at forstærke magnetfeltet på et eller flere punkter i samlingen," forklarer Holland. "Sådanne koncentratorer kan være af laminattypen, bestående af tynde elektriske ståltyper tæt stablet sammen, eller ferromagnetiske rør indeholdende pulveriseret ferromagnetisk materiale og dielektriske bindinger komprimeret under højt tryk. Brug begge. Fordelen ved koncentratoren er, at den reducerer cyklustiden ved at bringe mere energi hurtigere ind i bestemte områder af samlingen, samtidig med at andre områder holdes køligere."
Før positionering af metaldele til induktionslodning skal operatøren korrekt indstille systemets frekvens og effektniveauer. Frekvensen kan variere fra 5 til 500 kHz, jo højere frekvensen er, desto hurtigere opvarmes overfladen.
Strømforsyninger er ofte i stand til at producere hundredvis af kilowatt elektricitet. Lodning af en håndfladestor del på 10 til 15 sekunder kræver dog kun 1 til 5 kilowatt. Til sammenligning kan store dele kræve 50 til 100 kilowatt strøm og tage op til 5 minutter at lodde.
"Som en generel regel bruger mindre komponenter mindre strøm, men kræver højere frekvenser, såsom 100 til 300 kilohertz," sagde Bausch. "I modsætning hertil kræver større komponenter mere strøm og lavere frekvenser, typisk under 100 kilohertz."
Uanset deres størrelse skal metaldele placeres korrekt, før de fastgøres. Der skal udvises omhu med at opretholde et tæt mellemrum mellem basismetallerne for at muliggøre korrekt kapillarvirkning af det strømmende tilsatsmetal. Stump-, overlap- og stumpoverlapsamlinger er den bedste måde at sikre denne frigang på.
Traditionelle eller selvmonterende armaturer er acceptable. Standardarmaturer bør være lavet af mindre ledende materialer såsom rustfrit stål eller keramik, og berøre komponenterne så lidt som muligt.
Ved at designe dele med sammenlåsende sømme, sænksænkning, fordybninger eller rifler kan selvfiksering opnås uden behov for mekanisk støtte.
Samlingerne rengøres derefter med en smergelpude eller et opløsningsmiddel for at fjerne forurenende stoffer såsom olie, fedt, rust, glødeskaller og snavs. Dette trin forstærker yderligere kapillærvirkningen af ​​det smeltede tilsatsmetal, der trækker sig selv gennem de tilstødende overflader af samlingen.
Når delene er korrekt monteret og rengjort, påfører operatøren en fugemasse (normalt en pasta) på samlingen. Fugemassen er en blanding af fyldstof, flusmiddel (for at forhindre oxidation) og et bindemiddel, der holder metallet og flusmiddelet sammen, før det smelter.
Fyldmetaller og flusmidler, der anvendes til lodning, er formuleret til at modstå højere temperaturer end dem, der anvendes til lodning. Fyldmetaller, der anvendes til lodning, smelter ved temperaturer på mindst 842 F og er stærkere, når de afkøles. De omfatter aluminium-silicium, kobber, kobber-sølv, messing, bronze, guld-sølv, sølv og nikkellegeringer.
Operatøren placerer derefter induktionsspolen, som findes i en række forskellige designs. Spiralformede spoler er cirkulære eller ovale i form og omgiver emnet fuldstændigt, mens gaffel- (eller tang-) spoler er placeret på hver side af samlingen, og kanalspoler hægtes fast på emnet. Andre spoler omfatter indvendig diameter (ID), ID/ydre diameter (OD), pandekage, åben og multipositionsspoler.
Ensartet varme er afgørende for loddede forbindelser af høj kvalitet. For at gøre dette skal operatøren sikre, at den lodrette afstand mellem hver induktionsspolesløjfe er lille, og at koblingsafstanden (spaltebredden fra spolens yderdiameter til inderdiameter) forbliver ensartet.
Dernæst tænder operatøren for strømmen for at starte processen med at opvarme samlingen. Dette involverer hurtig overførsel af mellem- eller højfrekvent vekselstrøm fra en strømkilde til en induktor for at skabe et vekslende magnetfelt omkring den.
Magnetfeltet inducerer en strøm på overfladen af ​​samlingen, hvilket genererer varme, der smelter tilsatsmetallet, så det kan flyde og befugte overfladen af ​​metaldelen, hvilket skaber en stærk binding. Ved hjælp af multipositionsspoler kan denne proces udføres på flere dele samtidigt.
Det anbefales at afslutte rengøring og inspektion af hver loddekomponent. Vask af delene med vand opvarmet til mindst 49°C vil fjerne flusrester og eventuelle glødeskaller, der dannes under lodningen. Delen skal nedsænkes i vand, efter at tilsatsmetallet er størknet, men enheden stadig er varm.
Afhængigt af delen kan minimal inspektion efterfølges af ikke-destruktiv og destruktiv prøvning. NDT-metoder omfatter visuel og radiografisk inspektion samt lækage- og sikkerhedsprøvning. Almindelige destruktive prøvningsmetoder er metallografisk, afskrælnings-, træk-, forskydnings-, udmattelses-, overførsels- og torsionsprøvning.
"Induktionslodning kræver en større kapitalinvestering i starten end brændermetoden, men det er det værd, fordi du får den ekstra effektivitet og kontrol," sagde Holland. "Med induktion trykker du bare, når du har brug for varme. Når du ikke har brug for varme, trykker du."
Eldec fremstiller en bred vifte af strømkilder til induktionslodning, såsom ECO LINE MF mellemfrekvenslinjen, som fås i forskellige konfigurationer, der bedst passer til hver applikation. Disse strømforsyninger fås i effektklasser fra 5 til 150 kW og frekvenser fra 8 til 40 Hz. Alle modeller kan udstyres med en effektboostfunktion, der giver operatøren mulighed for at øge den kontinuerlige driftshastighed på 100 % med yderligere 50 % inden for 3 minutter. Andre nøglefunktioner inkluderer pyrometertemperaturstyring, temperaturoptager og isoleret gate-bipolartransistor-afbryder. Disse forbrugsvarer kræver minimal vedligeholdelse, er stillegående, har et lille fodaftryk og er nemme at integrere med arbejdscelle-controllere.
Producenter i adskillige brancher bruger i stigende grad induktionslodning til at samle dele. Bausch peger på producenter af bil-, luftfarts-, medicinsk udstyr og minedriftsudstyr som de største brugere af Ambrell induktionslodningsudstyr.
"Antallet af induktionsloddede aluminiumskomponenter i bilindustrien fortsætter med at stige på grund af vægtreduktionsinitiativer," påpeger Bausch. "I luftfartssektoren loddes nikkel og andre typer slidpuder ofte til dyseblade. Begge industrier induktionslodder også forskellige stålrørfittings."
Alle seks af Ambrells EasyHeat-systemer har et frekvensområde på 150 til 400 kHz og er ideelle til induktionslodning af små dele med forskellige geometrier. Kompaktmodellerne (0112 og 0224) tilbyder effektstyring inden for en opløsning på 25 watt; modellerne i LI-serien (3542, 5060, 7590, 8310) tilbyder styring inden for en opløsning på 50 watt.
Begge serier har et aftageligt arbejdshoved op til 3 meter fra strømkilden. Systemets frontpanelkontroller er programmerbare, hvilket giver slutbrugeren mulighed for at definere op til fire forskellige varmeprofiler, hver med op til fem tids- og effekttrin. Fjernbetjening af strøm er tilgængelig til kontakt- eller analogindgang eller valgfri seriel dataport.
"Vores primære kunder inden for induktionslodning er producenter af dele, der indeholder kulstof, eller store dele, der indeholder en høj procentdel af jern," forklarer Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager. "Nogle af disse virksomheder betjener bil- og luftfartsindustrien, mens andre fremstiller pistoler, skæreværktøjsenheder, VVS-haner og -afløb eller strømfordelingsblokke og sikringer."
Fusion sælger specialfremstillede rotationssystemer, der kan induktionslodde 100 til 1.000 dele i timen. Ifølge Cukelj er højere udbytter mulige for en enkelt type del eller for en specifik serie af dele. Disse dele varierer i størrelse fra 2 til 14 kvadrattommer.
"Hvert system indeholder en indekser fra Stelron Components Inc. med 8, 10 eller 12 arbejdsstationer," forklarer Cukelj. "Nogle arbejdsstationer bruges til lodning, mens andre bruges til inspektion, ved hjælp af visionskameraer eller lasermåleudstyr eller til udførelse af trækprøver for at sikre loddede samlinger af høj kvalitet."
Producenter bruger eldecs standard ECO LINE strømforsyninger til en række forskellige induktionslodningsapplikationer, såsom krympefitting af rotorer og aksler eller sammenføjning af motorhuse, sagde Holland. For nylig blev en 100 kW-model af denne generator brugt i en stor delapplikation, der involverede lodning af kobberkredsløbsringe til kobberhaneforbindelser til vandkraftværker.
Eldec fremstiller også bærbare MiniMICO-strømforsyninger, der nemt kan flyttes rundt på fabrikken med et frekvensområde på 10 til 25 kHz. For to år siden brugte en producent af varmevekslerrør til biler MiniMICO til induktionslodning af returbøjninger til hvert rør. Én person udførte al lodningen, og det tog mindre end 30 sekunder at samle hvert rør.
Jim er seniorredaktør hos ASSEMBLY med over 30 års redaktionel erfaring. Før Camillo kom til ASSEMBLY, var han PM Engineer og redaktør for Association for Equipment Engineering Journal og Milling Journal. Jim har en uddannelse i engelsk fra DePaul University.
Indsend en anmodning om tilbud (RFP) til en leverandør efter eget valg, og klik på en knap, der beskriver dine behov
Gennemse vores køberguide for at finde leverandører af alle typer monteringsteknologi, maskiner og systemer, serviceudbydere og brancheorganisationer.
Lean Six Sigma har drevet løbende forbedringsindsatser i årtier, men manglerne er blevet tydelige. Dataindsamling er arbejdskrævende og kan kun indsamle små stikprøver. Data kan nu indsamles over lange perioder og på flere steder til en brøkdel af omkostningerne ved ældre manuelle metoder.
Robotter er billigere og nemmere at bruge end nogensinde. Denne teknologi er let tilgængelig selv for små og mellemstore producenter. Lyt til denne eksklusive paneldiskussion med ledere fra fire af Amerikas førende robotleverandører: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America og Universal Robots.