ほぼすべての組み立てプロセスは、複数の方法で実行できます。製造元またはインテグレーターが最良の結果を得るために選択するオプションは、通常、実績のあるテクノロジを特定のアプリケーションに適合させるオプションです。
ろう付けはそのようなプロセスの 1 つです。ろう付けは、2 つ以上の金属部品を溶かしたフィラー金属を接合部に流し込むことで接合する金属接合プロセスです。フィラー金属の融点は、隣接する金属部品よりも低くなります。
ろう付け用の熱は、トーチ、炉、または誘導コイルによって供給されます。誘導ろう付けでは、誘導コイルが磁場を作り出し、基板を加熱してフィラー金属を溶かします。誘導ろう付けは、ますます多くの組み立て用途において最適な選択肢であることが証明されています。
「誘導ろう付けはトーチろう付けよりもはるかに安全で、炉ろう付けよりも速く、そしてどちらよりも再現性が高いのです」と、オハイオ州ウィロビーに拠点を置く創業88年のインテグレーター、フュージョン社のフィールド＆テストサイエンス・マネージャー、スティーブ・アンダーソン氏は述べた。同社はろう付けを含む様々な組立方法を専門としており、「さらに、誘導ろう付けはより簡単です。他の2つの方法と比べて、必要なのは標準的な電気だけです」
数年前、Fusion 社は金属加工および工具製造用の 10 個の超硬バーを組み立てるための全自動 6 ステーション マシンを開発しました。バーは、円筒形および円錐形のタングステン カーバイド ブランクをスチール シャンクに取り付けることによって作られます。生産速度は 1 時間あたり 250 個で、独立した部品トレイには 144 個のブランクとツール ホルダーを収納できます。
「4軸SCARAロボットがトレイからハンドルを取り出し、はんだペーストディスペンサーに渡し、グリッパーネストにセットします」とアンダーソン氏は説明します。「次に、ロボットはトレイからブランク片を取り出し、接着するシャンクの端に置きます。誘導ろう付けは、2つの部品を垂直に巻き付ける電気コイルを使用して行われ、銀ろう材を液相線温度1,305°F（740℃）まで加熱します。バリ部品は位置合わせと冷却が行われた後、排出シュートから排出され、次の処理のために回収されます。」
誘導ろう付けは、主に 2 つの金属部品の間に強力な接続を作り出し、異種材料の接合に非常に効果的であるため、組み立てに使用することが増えています。環境への配慮、技術の向上、非伝統的な用途によって、製造エンジニアは誘導ろう付けをより詳しく検討する必要に迫られています。
誘導ろう付けは 1950 年代から行われてきましたが、誘導加熱 (電磁気を使用) の概念は、それより 1 世紀以上前に英国の科学者マイケル ファラデーによって発見されました。ろう付けの最初の熱源はハンド トーチで、1920 年代には炉が続きました。第二次世界大戦中は、炉を使用する方法が、最小限の労力と費用で大量の金属部品を製造するために頻繁に使用されました。
1960 年代と 1970 年代の消費者のエアコン需要により、誘導ろう付けの新しい用途が生まれました。実際、1970 年代後半のアルミニウムの大量ろう付けにより、今日の自動車エアコン システムに見られる多くのコンポーネントが生まれました。
「トーチろう付けとは異なり、誘導ろう付けは非接触なので過熱のリスクが最小限に抑えられます」と、Ambrell Corp.の営業マネージャーであるRick Bausch氏（inTEST.temperature）は述べています。
eldec LLC の営業および運用マネージャーである Greg Holland 氏によると、標準的な誘導ろう付けシステムは 3 つのコンポーネントで構成されています。つまり、電源、誘導コイルを備えた作業ヘッド、および冷却装置または冷却システムです。
電源はワークヘッドに接続され、コイルはジョイントの周りにフィットするようにカスタム設計されています。インダクタは、固体ロッド、フレキシブルケーブル、機械加工されたビレット、または粉末銅合金から 3D プリントされたものから作成できます。ただし、通常は中空の銅管で作られており、その中を水が流れる理由はいくつかあります。1 つは、ろう付けプロセス中に部品によって反射された熱を打ち消すことでコイルを冷却するためです。また、流水は、交流が頻繁に発生し、その結果として非効率的な熱伝達が発生することによるコイルの熱の蓄積を防ぎます。
「接合部の1点または複数点で磁場を強化するために、コイルに磁束コンセントレータを配置することがあります」とホランド氏は説明する。「このようなコンセントレータには、薄い電磁鋼板を密に積み重ねたラミネート型や、粉末状の強磁性材料と誘電体結合材を高圧で圧縮した強磁性チューブ型などがあります。コンセントレータの利点は、接合部の特定の領域により多くのエネルギーをより速く供給し、他の領域を低温に保つことでサイクルタイムを短縮できることです。」
誘導ろう付けのために金属部品を配置する前に、オペレーターはシステムの周波数と電力レベルを適切に設定する必要があります。周波数の範囲は 5 ～ 500 kHz で、周波数が高いほど表面が速く加熱されます。
電源装置は、多くの場合、数百キロワットの電力を生成できます。ただし、手のひらサイズの部品を10～15秒でろう付けするには、わずか1～5キロワットしか必要ありません。比較すると、大きな部品の場合は50～100キロワットの電力が必要になり、ろう付けに最大5分かかります。
「一般的に、小型の部品は消費電力が少なくて済みますが、100～300キロヘルツといった高い周波数が必要になります」とバウシュ氏は言う。「一方、大型の部品はより多くの電力と低い周波数、通常は100キロヘルツ以下が必要になります。」
金属部品は、そのサイズに関係なく、固定する前に正しく配置する必要があります。流れるフィラー金属による適切な毛細管現象を可能にするために、母材間の隙間をしっかりと確保するように注意する必要があります。この隙間を確保するには、突合せ接合、重ね接合、および突合せ重ね接合が最適な方法です。
従来型または自動固定型のどちらでも許容されます。標準の固定具はステンレス鋼やセラミックなどの導電性の低い材料で作られ、コンポーネントにできるだけ触れないようにする必要があります。
連結継ぎ目、スウェージング、くぼみ、またはローレットを備えた部品を設計することにより、機械的なサポートを必要とせずに自己固定を実現できます。
次に、ジョイントをエメリーパッドまたは溶剤で洗浄し、油、グリース、サビ、スケール、汚れなどの汚染物質を除去します。この手順により、溶融したフィラー金属がジョイントの隣接面を通って引き込まれる毛細管現象がさらに強化されます。
部品が適切に装着され、洗浄された後、作業者は接合部に接合剤（通常はペースト）を塗布します。この化合物は、フィラー金属、フラックス（酸化を防ぐため）、および溶融前に金属とフラックスを結合させるバインダーの混合物です。
ろう付けに使用されるフィラー金属とフラックスは、はんだ付けに使用されるものよりも高い温度に耐えられるように配合されています。ろう付けに使用されるフィラー金属は、少なくとも 842 F の温度で溶け、冷却すると強度が増します。これらには、アルミニウム - シリコン、銅、銅 - 銀、真鍮、青銅、金 - 銀、銀、ニッケル合金が含まれます。
次に、オペレーターはさまざまな設計の誘導コイルを配置します。らせんコイルは円形または楕円形で部品を完全に囲みますが、フォーク (またはピンサー) コイルはジョイントの両側に配置され、チャネル コイルは部品に引っ掛けます。その他のコイルには、内径 (ID)、ID/外径 (OD)、パンケーキ、オープン、およびマルチポジションがあります。
高品質のろう付け接続には均一な熱が不可欠です。これを実現するために、オペレーターは各誘導コイル ループ間の垂直距離が小さく、結合距離 (コイル OD から ID までのギャップ幅) が均一であることを確認する必要があります。
次に、オペレーターは電源をオンにして、ジョイントの加熱プロセスを開始します。このプロセスでは、中周波または高周波の交流電流を電源からインダクタに急速に転送して、その周囲に交流磁場を生成します。
磁場により接合部の表面に電流が誘導され、熱が発生してフィラー金属が溶解し、金属部品の表面が流れて濡れるため、強力な接合が形成されます。マルチポジションコイルを使用すると、このプロセスを複数の部品に対して同時に実行できます。
各ろう付け部品の最終的な洗浄と検査をお勧めします。少なくとも 120 F に加熱した水で部品を洗浄すると、ろう付け中に形成されたフラックス残留物とスケールが除去されます。フィラー金属が固まった後、アセンブリがまだ熱いうちに部品を水に浸す必要があります。
部品に応じて、最小限の検査の後に非破壊検査と破壊検査を実施できます。NDT 方法には、目視検査、放射線検査、リーク テスト、プルーフ テストが含まれます。一般的な破壊検査方法としては、金属組織、剥離、引張、せん断、疲労、移動、ねじりのテストがあります。
「誘導ろう付けはトーチ法よりも初期投資額は大きくなりますが、効率性と制御性が向上するため、その価値はあります」とホランド氏は述べた。「誘導ろう付けなら、熱が必要な時はただ押すだけで済みます。必要がない時は、押すだけで済みます。」
Eldec は、ECO LINE MF 中間周波ラインなど、各アプリケーションに最適なさまざまな構成で利用できる誘導ろう付け用の幅広い電源を製造しています。これらの電源は、5 ～ 150 kW の電力定格と 8 ～ 40 Hz の周波数で利用できます。すべてのモデルに、オペレータが 3 分以内に 100% の連続使用定格をさらに 50% 増加できる電力ブースト機能を装備できます。その他の主な機能には、高温計による温度制御、温度記録装置、絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ電源スイッチなどがあります。これらの消耗品はメンテナンスがほとんど必要なく、静かに動作し、占有面積が小さく、ワークセル コントローラと簡単に統合できます。
さまざまな業界のメーカーが、部品の組み立てに誘導ろう付けをますます利用しています。Bausch 氏は、自動車、航空宇宙、医療機器、採鉱機器メーカーが Ambrell 誘導ろう付け装置の最大のユーザーであると指摘しています。
「自動車業界では、軽量化への取り組みにより、誘導ろう付けされたアルミニウム部品の数が増加を続けています」とバウシュ氏は指摘する。「航空宇宙分野では、ニッケルなどの耐摩耗パッドがジェット機のブレードにろう付けされることがよくあります。また、両業界では、様々な鋼管継手も誘導ろう付けされています。」
Ambrell の EasyHeat システム 6 機種はすべて 150 ～ 400 kHz の周波数範囲を持ち、さまざまな形状の小型部品の誘導ろう付けに最適です。コンパクト (0112 および 0224) は 25 ワットの解像度内で電力制御が可能で、LI シリーズのモデル (3542、5060、7590、8310) は 50 ワットの解像度内で制御が可能です。
どちらのシリーズにも、電源から最大 10 フィート離れた取り外し可能な作業ヘッドがあります。システムのフロント パネル コントロールはプログラム可能で、エンド ユーザーは最大 4 つの異なる加熱プロファイルを定義でき、各プロファイルには最大 5 つの時間と電力のステップを設定できます。リモート電源制御は、接触またはアナログ入力、あるいはオプションのシリアル データ ポートで利用できます。
「当社の誘導ろう付けの主な顧客は、炭素を多少含む部品や、鉄を多く含む大型部品を製造するメーカーです」と、Fusion事業開発マネージャーのリッチ・クケルジ氏は説明する。「これらの企業の中には、自動車産業や航空宇宙産業に製品を提供する企業もあれば、銃、切削工具アセンブリ、配管用蛇口や排水管、配電ブロックやヒューズを製造する企業もあります。」
Fusion 社は、1 時間あたり 100 ～ 1,000 個の部品を誘導ろう付けできるカスタム回転システムを販売しています。Cukelj 氏によると、単一タイプの部品または特定の一連の部品に対して、より高い歩留まりが可能になります。これらの部品のサイズは 2 ～ 14 平方インチの範囲です。
「各システムには、8、10、または12のワークステーションを備えたStelron Components Inc.のインデクサーが含まれています」とCukelj氏は説明します。「一部のワークステーションはろう付けに使用され、他のワークステーションはビジョンカメラやレーザー測定機器を使用した検査、または高品質のろう付け接合部を確保するための引張試験の実行に使用されます。」
メーカーは、ローターとシャフトの焼きばめ、モーターハウジングの接合など、さまざまな誘導ろう付けアプリケーションにエルデックの標準 ECO LINE 電源を使用していると、ホランド氏は語ります。最近では、この発電機の 100 kW モデルが、水力発電ダム発電機の銅タップ接続に銅回路リングをろう付けする大型部品アプリケーションで使用されました。
Eldec 社は、周波数範囲が 10 ～ 25 kHz で工場内を簡単に移動できるポータブル MiniMICO 電源も製造しています。2 年前、自動車用熱交換器チューブの製造業者が、各チューブの戻りエルボを誘導ろう付けするために MiniMICO を使用しました。1 人の作業員がすべてのろう付けを行い、各チューブの組み立てに 30 秒もかかりませんでした。
Jim は、30 年以上の編集経験を持つ ASSEMBLY の上級編集者です。ASSEMBLY に入社する前は、PM エンジニアであり、Association for Equipment Engineering Journal および Milling Journal の編集者でした。Jim は、デポール大学で英語の学位を取得しています。
選択したベンダーに提案依頼書（RFP）を送信し、ニーズを詳細に記入したボタンをクリックします。
弊社のバイヤーズ ガイドを参照して、あらゆる種類の組み立て技術、機械、システムのサプライヤー、サービス プロバイダー、貿易組織を見つけてください。
リーン シックス シグマは、数十年にわたって継続的な改善活動を推進してきましたが、その欠点が明らかになっています。データ収集には労働集約的であり、小さなサンプルしか取得できません。現在では、従来の手動による方法に比べてわずかなコストで、長期間にわたって複数の場所でデータを収集できます。
ロボットはこれまで以上に安価で使いやすくなりました。このテクノロジーは、中小規模の製造業者でも容易に利用できます。アメリカのトップ ロボット サプライヤー 4 社 (ATI Industrial Automation、Epson Robots、FANUC America、Universal Robots) の幹部が参加する独占パネル ディスカッションをお聞きください。