Case todos os procesos de montaxe pódense levar a cabo de varias maneiras. A opción que escolle un fabricante ou integrador para obter os mellores resultados adoita ser aquela que combina unha tecnoloxía probada para unha aplicación específica.
A soldadura é un deses procesos. A soldadura é un proceso de unión de metais no que dúas ou máis pezas metálicas se unen fundindo metal de aporte e facéndoo fluír cara á unión. O metal de aporte ten un punto de fusión máis baixo que as pezas metálicas adxacentes.
A calor para a soldadura por indución pode ser proporcionada por sopletes, fornos ou bobinas de indución. Durante a soldadura por indución, unha bobina de indución crea un campo magnético que quenta o substrato para fundir o metal de recheo. A soldadura por indución está a demostrar ser a mellor opción para un número crecente de aplicacións de montaxe.
«A soldadura por indución é moito máis segura que a soldadura por soplete, máis rápida que a soldadura por forno e máis repetible que ambas», dixo Steve Anderson, xerente de ciencia de campo e probas en Fusion Inc., un integrador de 88 anos en Willoughby, Ohio. Said, especializado nunha variedade de métodos de montaxe, incluída a soldadura. «Ademais, a soldadura por indución é máis sinxela. En comparación cos outros dous métodos, todo o que necesitas é electricidade estándar».
Hai uns anos, Fusion desenvolveu unha máquina totalmente automática de seis estacións para montar 10 fresas de carburo para metalurxia e fabricación de ferramentas. As fresas fabrícanse unindo pezas en bruto cilíndricas e cónicas de carburo de tungsteno a un mango de aceiro. A taxa de produción é de 250 pezas por hora e a bandexa de pezas separada pode conter 144 pezas en bruto e portaferramentas.
«Un robot SCARA de catro eixes colle unha asa da bandexa, preséntaa ao dispensador de pasta de soldadura e cárgaa no niño de pinzas», explica Anderson. «O robot colle entón unha peza en bruto da bandexa e colócaa no extremo do mango ao que está pegada. A soldadura por indución realízase mediante unha bobina eléctrica que envolve verticalmente as dúas pezas e leva o metal de recheo de prata a unha temperatura de liquidus de 1305 °F. Despois de que o compoñente de rebaba estea aliñado e arrefriado, é expulsado a través dun conducto de descarga e recollido para o seu posterior procesamento».
O uso da soldadura por indución para a montaxe está a aumentar, principalmente porque crea unha forte conexión entre dúas pezas metálicas e porque é moi eficaz para unir materiais diferentes. As preocupacións ambientais, a mellora da tecnoloxía e as aplicacións non tradicionais tamén están a obrigar aos enxeñeiros de fabricación a examinar máis de cerca a soldadura por indución.
A soldadura por indución existe desde a década de 1950, aínda que o concepto de quentamento por indución (mediante electromagnetismo) foi descuberto máis dun século antes polo científico británico Michael Faraday. As lanternas manuais foron a primeira fonte de calor para a soldadura, seguidas polos fornos na década de 1920. Durante a Segunda Guerra Mundial, os métodos baseados en fornos utilizáronse con frecuencia para fabricar grandes cantidades de pezas metálicas con man de obra e gastos mínimos.
A demanda de aire acondicionado por parte dos consumidores nas décadas de 1960 e 1970 creou novas aplicacións para a soldadura por indución. De feito, a soldadura en masa do aluminio a finais da década de 1970 deu lugar a moitos dos compoñentes que se atopan nos sistemas de aire acondicionado dos automóbiles actuais.
«A diferenza da soldadura por soplete, a soldadura por indución non require contacto e minimiza o risco de sobrequecemento», sinala Rick Bausch, director de vendas de Ambrell Corp., en inTEST.temperature.
Segundo Greg Holland, director de vendas e operacións de eldec LLC, un sistema estándar de soldadura por indución consta de tres compoñentes. Estes son a fonte de alimentación, o cabezal de traballo coa bobina de indución e o arrefriador ou sistema de refrixeración.
A fonte de alimentación está conectada ao cabezal de traballo e as bobinas están deseñadas a medida para axustarse á unión. Os indutores poden fabricarse con varillas sólidas, cables flexibles, lingotes mecanizados ou impresos en 3D a partir de aliaxes de cobre en po. Non obstante, normalmente están feitos de tubos de cobre ocos, polos que flúe auga por varias razóns. Unha é manter a bobina fría contrarrestando a calor reflectida polas pezas durante o proceso de soldadura. A auga que flúe tamén impide a acumulación de calor nas bobinas debido á presenza frecuente de corrente alterna e á transferencia de calor ineficiente resultante.
«Ás veces colócase un concentrador de fluxo na bobina para reforzar o campo magnético nun ou máis puntos da unión», explica Holland. «Estes concentradores poden ser do tipo laminado, que consisten en aceiros eléctricos finos apilados xuntos, ou tubos ferromagnéticos que conteñen material ferromagnético en po e enlaces dieléctricos comprimidos a alta presión. Utilícese calquera dos dous. A vantaxe do concentrador é que reduce o tempo de ciclo ao levar máis enerxía a áreas específicas da unión máis rápido, ao tempo que mantén outras áreas máis frías».
Antes de colocar pezas metálicas para a soldadura por indución, o operador debe axustar correctamente os niveis de frecuencia e potencia do sistema. A frecuencia pode variar de 5 a 500 kHz; canto maior sexa a frecuencia, máis rápido se quentará a superficie.
As fontes de alimentación adoitan ser capaces de producir centos de quilovatios de electricidade. Non obstante, soldar unha peza do tamaño da palma da man en 10 a 15 segundos require só de 1 a 5 quilovatios. En comparación, as pezas grandes poden requirir de 50 a 100 quilovatios de potencia e levar ata 5 minutos para soldar.
«Como regra xeral, os compoñentes máis pequenos usan menos enerxía, pero requiren frecuencias máis altas, como de 100 a 300 quilohercios», dixo Bausch. «Pola contra, os compoñentes máis grandes requiren máis enerxía e frecuencias máis baixas, normalmente por debaixo dos 100 quilohercios».
Independentemente do seu tamaño, as pezas metálicas deben colocarse correctamente antes de fixalas. Débese ter coidado de manter un espazo axustado entre os metais base para permitir a correcta capilaridade do metal de achegue que flúe. As unións a tope, solapadas e solapadas a tope son a mellor maneira de garantir esta separación.
Os accesorios tradicionais ou autofixantes son aceptables. Os accesorios estándar deben estar feitos de materiais menos condutores, como o aceiro inoxidable ou a cerámica, e deben tocar os compoñentes o menos posible.
Ao deseñar pezas con costuras entrelazadas, estampados, depresións ou moleteadas, pódese conseguir a autofixación sen necesidade de soporte mecánico.
Despois, as xuntas límpanse cunha esmerila ou cun disolvente para eliminar contaminantes como aceite, graxa, ferruxe, incrustacións e sucidade. Este paso mellora aínda máis a acción capilar do metal de aporte fundido que se arrastra a través das superficies adxacentes da xunta.
Despois de que as pezas estean asentadas e limpas correctamente, o operador aplica un composto para xuntas (xeralmente unha pasta) á unión. O composto é unha mestura de metal de aporte, fundente (para evitar a oxidación) e un aglutinante que mantén o metal e o fundente unidos antes de fundirse.
Os metais de recheo e os fundentes empregados na soldadura por soldadura forte están formulados para soportar temperaturas máis altas que os empregados na soldadura forte. Os metais de recheo empregados para a soldadura forte fúndense a temperaturas de polo menos 842 °F e son máis fortes cando se arrefrían. Entre eles inclúense aliaxes de aluminio-silicio, cobre, cobre-prata, latón, bronce, ouro-prata, prata e níquel.
O operador coloca entón a bobina de indución, que vén nunha variedade de deseños. As bobinas helicoidais teñen forma circular ou oval e rodean completamente a peza, mentres que as bobinas de forquita (ou pinza) están situadas a cada lado da unión e as bobinas de canal engánchanse á peza. Outras bobinas inclúen diámetro interior (DI), diámetro interior/exterior (DE), tortilla, aberta e multiposición.
Unha calor uniforme é esencial para conexións soldadas de alta calidade. Para iso, o operador debe garantir que a distancia vertical entre cada bucle de bobina de indución sexa pequena e que a distancia de acoplamento (ancho da separación desde o diámetro exterior ata o diámetro interior da bobina) permaneza uniforme.
A continuación, o operador acende a corrente para comezar o proceso de quecemento da unión. Isto implica transferir rapidamente corrente alterna de frecuencia intermedia ou alta desde unha fonte de alimentación a un indutor para crear un campo magnético alterno ao seu redor.
O campo magnético induce unha corrente na superficie da unión, que xera calor para fundir o metal de aporte, o que lle permite fluír e mollar a superficie da peza metálica, creando unha unión forte. Usando bobinas multiposición, este proceso pódese realizar en varias pezas simultaneamente.
Recoméndase a limpeza e inspección final de cada compoñente soldado. Lavar as pezas con auga quentada a polo menos 120 °F eliminará os residuos de fluxo e calquera incrustación formada durante a soldadura. A peza debe mergullarse en auga despois de que o metal de aporte solidifique, pero o conxunto aínda estea quente.
Dependendo da peza, unha inspección mínima pode ir seguida de probas non destrutivas e destrutivas. Os métodos de ensaio non destrutivo inclúen a inspección visual e radiográfica, así como probas de fugas e estanquidade. Os métodos de ensaio destrutivo comúns son as probas metalográficas, de pelado, tracción, cizallamento, fatiga, transferencia e torsión.
«A soldadura por indución require un maior investimento inicial de capital que o método do soplete, pero paga a pena porque se obtén unha eficiencia e un control adicionais», dixo Holland. «Coa indución, cando se necesita calor, só se preme. Cando non, preme».
Eldec fabrica unha ampla gama de fontes de alimentación para soldadura por indución, como a liña de frecuencia intermedia ECO LINE MF, que está dispoñible en varias configuracións para adaptarse mellor a cada aplicación. Estas fontes de alimentación están dispoñibles en potencias que van de 5 a 150 kW e frecuencias de 8 a 40 Hz. Todos os modelos poden equiparse cunha función de aumento de potencia que permite ao operador aumentar a clasificación de servizo continuo do 100 % nun 50 % adicional en 3 minutos. Outras características clave inclúen o control de temperatura do pirómetro, o rexistrador de temperatura e o interruptor de alimentación do transistor bipolar de porta illada. Estes consumibles requiren pouco mantemento, funcionan silenciosamente, ocupan pouco e intégranse facilmente cos controladores das celas de traballo.
Os fabricantes de varias industrias empregan cada vez máis a soldadura por indución para ensamblar pezas. Bausch sinala aos fabricantes de automoción, aeroespacial, equipos médicos e equipos de minería como os maiores usuarios dos equipos de soldadura por indución de Ambrell.
«O número de compoñentes de aluminio soldados por indución na industria do automóbil segue a aumentar debido ás iniciativas de redución de peso», sinala Bausch. «No sector aeroespacial, o níquel e outros tipos de almofadas de desgaste adoitan soldarse ás palas dos inxectores. Ambas as industrias tamén soldan por indución varios accesorios para tubos de aceiro».
Os seis sistemas EasyHeat de Ambrell teñen un rango de frecuencia de 150 a 400 kHz e son ideais para a soldadura por indución de pezas pequenas de diversas xeometrías. Os modelos compactos (0112 e 0224) ofrecen control de potencia cunha resolución de 25 vatios; os modelos da serie LI (3542, 5060, 7590, 8310) ofrecen control cunha resolución de 50 vatios.
Ambas as series teñen un cabezal de traballo extraíble a unha distancia de ata 3 metros da fonte de alimentación. Os controis do panel frontal do sistema son programables, o que permite ao usuario final definir ata catro perfís de quecemento diferentes, cada un con ata cinco pasos de tempo e potencia. O control remoto de potencia está dispoñible para entrada de contacto ou analóxica, ou porto de datos serie opcional.
«Os nosos principais clientes para a soldadura por indución son fabricantes de pezas que conteñen algo de carbono ou pezas de gran masa que conteñen unha alta porcentaxe de ferro», explica Rich Cukelj, director de desenvolvemento de negocios de fusión. «Algunhas destas empresas serven ás industrias automotriz e aeroespacial, mentres que outras fabrican pistolas, conxuntos de ferramentas de corte, billas e sumidoiros de fontanería ou bloques e fusibles de distribución de enerxía».
Fusion vende sistemas rotatorios personalizados que poden soldar por indución de 100 a 1000 pezas por hora. Segundo Cukelj, son posibles rendementos máis altos para un só tipo de peza ou para unha serie específica de pezas. Estas pezas varían en tamaño de 2 a 14 polgadas cadradas.
«Cada sistema contén un indexador de Stelron Components Inc. con 8, 10 ou 12 estacións de traballo», explica Cukelj. «Algunhas estacións de traballo utilízanse para a soldadura, mentres que outras se usan para a inspección, usando cámaras de visión ou equipos de medición láser, ou realizando probas de tracción para garantir unións soldadas de alta calidade».
Os fabricantes empregan as fontes de alimentación ECO LINE estándar de eldec para unha variedade de aplicacións de soldadura por indución, como rotores e eixes por contracción ou unión de carcasas de motores, dixo Holland. Máis recentemente, utilizouse un modelo de 100 kW deste xerador nunha aplicación de pezas grandes que implicaba a soldadura de aneis de circuítos de cobre a conexións de tomas de cobre para xeradores de presas hidroeléctricas.
Eldec tamén fabrica fontes de alimentación portátiles MiniMICO que se poden mover facilmente pola fábrica cun rango de frecuencia de 10 a 25 kHz. Hai dous anos, un fabricante de tubos de intercambiador de calor para automóbiles empregou MiniMICO para soldar por indución os cóbados de retorno a cada tubo. Unha soa persoa fixo toda a soldadura e tardou menos de 30 segundos en montar cada tubo.
Jim é editor sénior en ASSEMBLY con máis de 30 anos de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo foi enxeñeiro de xestión de proxectos e editor do Association for Equipment Engineering Journal e do Milling Journal. Jim ten unha licenciatura en inglés pola Universidade DePaul.
Envía unha solicitude de proposta (RFP) a un provedor da túa elección e fai clic nun botón que detalla as túas necesidades
Consulta a nosa guía do comprador para atopar provedores de todo tipo de tecnoloxía de montaxe, máquinas e sistemas, provedores de servizos e organizacións comerciais.
Lean Six Sigma leva décadas impulsando esforzos de mellora continua, pero as súas deficiencias fixéronse evidentes. A recollida de datos require moito traballo e só pode capturar pequenas mostras. Agora pódense capturar datos durante longos períodos de tempo e en varias localizacións a unha fracción do custo dos métodos manuais antigos.
Os robots son máis baratos e fáciles de usar que nunca. Esta tecnoloxía está dispoñible mesmo para pequenos e medianos fabricantes. Escoita esta mesa redonda exclusiva con executivos de catro dos principais provedores de robótica de Estados Unidos: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America e Universal Robots.