Nesten alle monteringsprosesser kan utføres på flere måter. Alternativet som en produsent eller integrator velger for best resultat er vanligvis et som matcher en velprøvd teknologi til en spesifikk applikasjon.
Lodding er en slik prosess. Lodding er en metallsammenføyningsprosess der to eller flere metalldeler sammenføyes ved å smelte fyllstoff og la det flyte inn i skjøten. Fyllstoffet har et lavere smeltepunkt enn de tilstøtende metalldelene.
Varmen til lodding kan tilveiebringes av brennere, ovner eller induksjonsspoler. Under induksjonslodding skaper en induksjonsspole et magnetfelt som varmer opp underlaget for å smelte fyllmetallet. Induksjonslodding viser seg å være det beste valget for et økende antall monteringsapplikasjoner.
«Induksjonslodding er mye tryggere enn brennerlodding, raskere enn ovnslodding og mer repeterbar enn begge deler», sa Steve Anderson, leder for felt- og testvitenskap hos Fusion Inc., en 88 år gammel integrator i Willoughby, Ohio Said, som spesialiserer seg på en rekke monteringsmetoder, inkludert lodding. «I tillegg er induksjonslodding enklere. Sammenlignet med de to andre metodene trenger du bare vanlig strøm.»
For noen år siden utviklet Fusion en helautomatisk maskin med seks stasjoner for montering av 10 hardmetallfreser for metallbearbeiding og verktøyproduksjon. Fresene lages ved å feste sylindriske og koniske wolframkarbidemner til et stålskaft. Produksjonshastigheten er 250 deler i timen, og det separate delebrettet har plass til 144 emner og verktøyholdere.
«En fireakset SCARA-robot tar et håndtak fra brettet, presenterer det for loddepastadispenseren og laster det inn i griperreiret», forklarer Anderson. «Roboten tar deretter et stykke emne fra brettet og plasserer det på enden av skaftet som det limes til. Induksjonslodding utføres ved hjelp av en elektrisk spole som vikles vertikalt rundt de to delene og bringer sølvfyllmetallet til en liquidustemperatur på 1305 F. Etter at borkomponenten er justert og avkjølt, kastes den ut gjennom en utløpsrenne og samles opp for videre prosessering.»
Bruken av induksjonslodding til montering øker, hovedsakelig fordi det skaper en sterk forbindelse mellom to metalldeler og fordi det er svært effektivt for å sammenføye forskjellige materialer. Miljøhensyn, forbedret teknologi og ikke-tradisjonelle bruksområder tvinger også produksjonsingeniører til å se nærmere på induksjonslodding.
Induksjonslodding har eksistert siden 1950-tallet, selv om konseptet med induksjonsoppvarming (ved bruk av elektromagnetisme) ble oppdaget mer enn et århundre tidligere av den britiske vitenskapsmannen Michael Faraday. Håndbrennere var den første varmekilden for lodding, etterfulgt av ovner på 1920-tallet. Under andre verdenskrig ble ovnbaserte metoder ofte brukt til å produsere store mengder metalldeler med minimal arbeidskraft og kostnader.
Forbrukernes etterspørsel etter klimaanlegg på 1960- og 1970-tallet skapte nye bruksområder for induksjonslodding. Faktisk resulterte masseloddingen av aluminium på slutten av 1970-tallet i mange av komponentene som finnes i dagens klimaanlegg i biler.
«I motsetning til sveisebrennerlodding er induksjonslodding berøringsfri og minimerer risikoen for overoppheting», bemerker Rick Bausch, salgssjef for Ambrell Corp., i TEST.temperature.»
Ifølge Greg Holland, salgs- og driftssjef hos eldec LLC, består et standard induksjonsloddingssystem av tre komponenter. Disse er strømforsyningen, arbeidshodet med induksjonsspolen og kjøleren eller kjølesystemet.
Strømforsyningen er koblet til arbeidshodet, og spolene er spesialdesignet for å passe rundt skjøten. Induktorer kan lages av solide stenger, fleksible kabler, maskinerte emner eller 3D-printes fra pulveriserte kobberlegeringer. Vanligvis er den imidlertid laget av hule kobberrør, som vann strømmer gjennom av flere grunner. En av dem er å holde spolen kjølig ved å motvirke varmen som reflekteres av delene under loddeprosessen. Det rennende vannet forhindrer også varmeoppbygging i spolene på grunn av den hyppige tilstedeværelsen av vekselstrøm og den resulterende ineffektive varmeoverføringen.
«Noen ganger plasseres en flukskonsentrator på spolen for å forsterke magnetfeltet på ett eller flere punkter i krysset», forklarer Holland. «Slike konsentratorer kan være av laminattypen, bestående av tynne elektriske ståltyper tett stablet sammen, eller ferromagnetiske rør som inneholder pulverisert ferromagnetisk materiale og dielektriske bindinger komprimert under høyt trykk. Bruk begge. Fordelen med konsentratoren er at den reduserer syklustiden ved å bringe mer energi inn i bestemte områder av skjøten raskere, samtidig som den holder andre områder kjøligere.»
Før operatøren plasserer metalldeler for induksjonslodding, må frekvens- og effektnivåene til systemet stilles inn riktig. Frekvensen kan variere fra 5 til 500 kHz, jo høyere frekvens, desto raskere varmes overflaten opp.
Strømforsyninger kan ofte produsere hundrevis av kilowatt med strøm. Å lodde en håndflatestor del på 10 til 15 sekunder krever imidlertid bare 1 til 5 kilowatt. Til sammenligning kan store deler kreve 50 til 100 kilowatt strøm og ta opptil 5 minutter å lodde.
«Som en generell regel bruker mindre komponenter mindre strøm, men krever høyere frekvenser, for eksempel 100 til 300 kilohertz», sa Bausch. «I motsetning til dette krever større komponenter mer strøm og lavere frekvenser, vanligvis under 100 kilohertz.»
Uansett størrelse må metalldeler plasseres riktig før de festes. Det må utvises forsiktighet for å opprettholde et tett mellomrom mellom basismetallene for å tillate riktig kapillærvirkning av det flytende fyllmaterialet. Butt-, overlappings- og butt-overlappingsfuger er den beste måten å sikre denne klaringen på.
Tradisjonelle eller selvfestende armaturer er akseptable. Standardarmaturer bør være laget av mindre ledende materialer som rustfritt stål eller keramikk, og berøre komponentene så lite som mulig.
Ved å designe deler med sammenlåsende sømmer, smeding, fordypninger eller rifler, kan selvfiksering oppnås uten behov for mekanisk støtte.
Skjøtene rengjøres deretter med en smergelpute eller løsemiddel for å fjerne forurensninger som olje, fett, rust, skall og smuss. Dette trinnet forsterker ytterligere kapillærvirkningen til det smeltede fyllmetallet som trekker seg gjennom de tilstøtende overflatene av skjøten.
Etter at delene er riktig plassert og rengjort, påfører operatøren en fugemasse (vanligvis en pasta) på skjøten. Fugemassen er en blanding av fyllmateriale, flussmiddel (for å forhindre oksidasjon) og et bindemiddel som holder metallet og flussmiddelet sammen før det smelter.
Fyllmetaller og flussmidler som brukes i lodding er formulert for å tåle høyere temperaturer enn de som brukes i lodding. Fyllmetaller som brukes til lodding smelter ved temperaturer på minst 842 F og er sterkere når de avkjøles. De inkluderer aluminium-silisium, kobber, kobber-sølv, messing, bronse, gull-sølv, sølv og nikkellegeringer.
Operatøren plasserer deretter induksjonsspolen, som finnes i en rekke utførelser. Spiralformede spoler er sirkulære eller ovale i form og omgir delen fullstendig, mens gaffel- (eller tang-) spoler er plassert på hver side av skjøten og kanalspoler hekter seg fast på delen. Andre spoler inkluderer indre diameter (ID), ID/ytre diameter (OD), pannekake, åpen og flerposisjonsspoler.
Jevn varme er avgjørende for loddeforbindelser av høy kvalitet. For å gjøre dette må operatøren sørge for at den vertikale avstanden mellom hver induksjonsspolesløyfe er liten, og at koblingsavstanden (gapbredden fra spolens ytterdiameter til innerdiameter) forblir jevn.
Deretter slår operatøren på strømmen for å starte oppvarmingsprosessen av skjøten. Dette innebærer rask overføring av mellom- eller høyfrekvent vekselstrøm fra en strømkilde til en induktor for å skape et vekslende magnetfelt rundt den.
Magnetfeltet induserer en strøm på overflaten av skjøten, som genererer varme for å smelte fyllmetallet, slik at det kan flyte og fukte overflaten av metalldelen, noe som skaper en sterk binding. Ved hjelp av flerposisjonsspoler kan denne prosessen utføres på flere deler samtidig.
Sluttrengjøring og inspeksjon av hver loddete komponent anbefales. Vask av deler med vann oppvarmet til minst 49 °C vil fjerne flussrester og eventuelle avleiringer som dannes under loddingen. Delen bør senkes ned i vann etter at fyllmetallet har størknet, men enheten er fortsatt varm.
Avhengig av delen kan minimal inspeksjon etterfølges av ikke-destruktiv og destruktiv testing. NDT-metoder inkluderer visuell og radiografisk inspeksjon, samt lekkasje- og sikkerhetstesting. Vanlige destruktive testmetoder er metallografisk, avskallingstesting, strekktesting, skjærtesting, utmattingstesting, overføringstesting og torsjonstesting.
«Induksjonslodding krever en større kapitalinvestering på forhånd enn brennermetoden, men det er verdt det fordi du får ekstra effektivitet og kontroll», sa Holland. «Med induksjon trykker du bare når du trenger varme. Når du ikke trenger det, trykker du.»
Eldec produserer et bredt spekter av strømkilder for induksjonslodding, som for eksempel ECO LINE MF mellomfrekvenslinjen, som er tilgjengelig i forskjellige konfigurasjoner for å passe best til hver applikasjon. Disse strømforsyningene er tilgjengelige i effektklasser fra 5 til 150 kW og frekvenser fra 8 til 40 Hz. Alle modeller kan utstyres med en effektforsterkningsfunksjon som lar operatøren øke 100 % kontinuerlig driftskapasitet med ytterligere 50 % i løpet av 3 minutter. Andre viktige funksjoner inkluderer pyrometertemperaturkontroll, temperaturopptaker og isolert gate bipolar transistor strømbryter. Disse forbruksartiklene krever lite vedlikehold, er stillegående, har et lite fotavtrykk og er enkle å integrere med arbeidscellekontrollere.
Produsenter i flere bransjer bruker i økende grad induksjonslodding til å montere deler. Bausch peker på produsenter av bil-, luftfarts-, medisinsk utstyr og gruveutstyr som de største brukerne av Ambrell induksjonsloddingsutstyr.
«Antallet induksjonsloddede aluminiumskomponenter i bilindustrien fortsetter å øke på grunn av vektreduksjonstiltak», påpeker Bausch. «I luftfartssektoren loddes nikkel og andre typer sliteputer ofte til dyseblader. Begge industriene induksjonslodder også ulike stålrørdeler.»
Alle seks av Ambrells EasyHeat-systemer har et frekvensområde på 150 til 400 kHz og er ideelle for induksjonslodding av små deler med forskjellige geometrier. Kompaktmodellene (0112 og 0224) tilbyr effektkontroll innenfor 25 watts oppløsning; modellene i LI-serien (3542, 5060, 7590, 8310) tilbyr kontroll innenfor 50 watts oppløsning.
Begge seriene har et avtakbart arbeidshode opptil 3 meter fra strømkilden. Systemets frontpanelkontroller er programmerbare, slik at sluttbrukeren kan definere opptil fire forskjellige varmeprofiler, hver med opptil fem tids- og effekttrinn. Fjernkontroll av strøm er tilgjengelig for kontakt- eller analog inngang, eller valgfri seriell dataport.
«Våre hovedkunder for induksjonslodding er produsenter av deler som inneholder noe karbon, eller deler med stor masse som inneholder en høy prosentandel jern», forklarer Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager. «Noen av disse selskapene betjener bil- og luftfartsindustrien, mens andre lager pistoler, skjæreverktøyenheter, rørleggerkraner og avløp, eller strømfordelingsblokker og sikringer.»
Fusion selger spesialtilpassede rotasjonssystemer som kan induksjonslodde 100 til 1000 deler i timen. Ifølge Cukelj er høyere utbytte mulig for en enkelt type del eller for en spesifikk serie deler. Disse delene varierer i størrelse fra 2 til 14 kvadrattommer.
«Hvert system inneholder en indekser fra Stelron Components Inc. med 8, 10 eller 12 arbeidsstasjoner», forklarer Cukelj. «Noen arbeidsstasjoner brukes til lodding, mens andre brukes til inspeksjon, bruk av visjonskameraer eller lasermåleutstyr, eller utførelse av trekktester for å sikre loddede skjøter av høy kvalitet.»
Produsenter bruker eldecs standard ECO LINE-strømforsyninger for en rekke induksjonsloddingsapplikasjoner, for eksempel krympetilpasning av rotorer og aksler, eller sammenføyning av motorhus, sa Holland. Nylig ble en 100 kW-modell av denne generatoren brukt i en stor delapplikasjon som involverte lodding av kobberkretsringer til kobberkranforbindelser for vannkraftgeneratorer.
Eldec produserer også bærbare MiniMICO-strømforsyninger som enkelt kan flyttes rundt i fabrikken med et frekvensområde på 10 til 25 kHz. For to år siden brukte en produsent av varmevekslerrør for biler MiniMICO til induksjonslodding av returalbuer til hvert rør. Én person utførte all loddingen, og det tok mindre enn 30 sekunder å montere hvert rør.
Jim er seniorredaktør hos ASSEMBLY med over 30 års redaksjonell erfaring. Før han begynte i ASSEMBLY, var Camillo PM Engineer og redaktør for Association for Equipment Engineering Journal og Milling Journal. Jim har en grad i engelsk fra DePaul University.
Send inn en forespørsel om tilbud (RFP) til en leverandør du velger, og klikk på en knapp som beskriver dine behov
Bla gjennom vår kjøperguide for å finne leverandører av alle typer monteringsteknologi, maskiner og systemer, tjenesteleverandører og bransjeorganisasjoner.
Lean Six Sigma har drevet kontinuerlig forbedringsarbeid i flere tiår, men manglene har blitt tydelige. Datainnsamling er arbeidskrevende og kan bare fange opp små utvalg. Data kan nå samles inn over lange perioder og på flere steder til en brøkdel av kostnaden for eldre manuelle metoder.
Roboter er billigere og enklere å bruke enn noensinne. Denne teknologien er lett tilgjengelig selv for små og mellomstore produsenter. Lytt til denne eksklusive paneldiskusjonen med ledere fra fire av USAs ledende robotleverandører: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America og Universal Robots.