Quase todo processo de montagem pode ser realizado de diversas maneiras. A opção que um fabricante ou integrador escolhe para obter os melhores resultados geralmente é aquela que combina uma tecnologia comprovada a uma aplicação específica.
A brasagem é um desses processos. A brasagem é um processo de união de metais no qual duas ou mais peças metálicas são unidas pela fusão do metal de adição e seu fluxo para dentro da junta. O metal de adição tem um ponto de fusão mais baixo do que as peças metálicas adjacentes.
O calor para brasagem pode ser fornecido por tochas, fornos ou bobinas de indução. Durante a brasagem por indução, uma bobina de indução cria um campo magnético que aquece o substrato para derreter o metal de adição. A brasagem por indução está se mostrando a melhor escolha para um número crescente de aplicações de montagem.
“A brasagem por indução é muito mais segura do que a brasagem com maçarico, mais rápida do que a brasagem em forno e mais repetível do que ambas”, disse Steve Anderson, gerente de campo e ciência de testes da Fusion Inc., um integrador de 88 anos de Willoughby, Ohio. Said é especialista em uma variedade de métodos de montagem, incluindo brasagem. “Além disso, a brasagem por indução é mais fácil. Comparada aos outros dois métodos, tudo o que você realmente precisa é de eletricidade padrão.”
Alguns anos atrás, a Fusion desenvolveu uma máquina totalmente automática de seis estações para montar 10 fresas de carboneto para metalurgia e fabricação de ferramentas. As fresas são feitas fixando-se blanks cilíndricos e cônicos de carboneto de tungstênio a uma haste de aço. A taxa de produção é de 250 peças por hora, e a bandeja de peças separada pode comportar 144 blanks e porta-ferramentas.
“Um robô SCARA de quatro eixos pega uma alça da bandeja, a apresenta ao dispensador de pasta de solda e a carrega no ninho da pinça”, explica Anderson. “O robô então pega uma peça bruta da bandeja e a coloca na extremidade da haste à qual será colada. A brasagem por indução é realizada usando uma bobina elétrica que envolve verticalmente as duas peças e leva o metal de adição de prata a uma temperatura líquida de 1.305°F. Após o componente da rebarba ser alinhado e resfriado, ele é ejetado por uma calha de descarga e coletado para processamento posterior.”
O uso da brasagem por indução para montagem está aumentando, principalmente porque ela cria uma forte conexão entre duas peças de metal e porque é muito eficaz na união de materiais diferentes. Preocupações ambientais, tecnologia aprimorada e aplicações não tradicionais também estão forçando os engenheiros de fabricação a analisar mais de perto a brasagem por indução.
A brasagem por indução existe desde a década de 1950, embora o conceito de aquecimento por indução (usando eletromagnetismo) tenha sido descoberto mais de um século antes pelo cientista britânico Michael Faraday. Maçarico manual foi a primeira fonte de calor para brasagem, seguido por fornos na década de 1920. Durante a Segunda Guerra Mundial, métodos baseados em fornos foram frequentemente usados ​​para fabricar grandes quantidades de peças metálicas com mão de obra e despesas mínimas.
A demanda do consumidor por ar condicionado nas décadas de 1960 e 1970 criou novas aplicações para a brasagem por indução. De fato, a brasagem em massa de alumínio no final da década de 1970 resultou em muitos dos componentes encontrados nos sistemas de ar condicionado automotivos atuais.
“Ao contrário da brasagem com maçarico, a brasagem por indução não envolve contato e minimiza o risco de superaquecimento”, observa Rick Bausch, gerente de vendas da Ambrell Corp., em TEST.temperature.
De acordo com Greg Holland, gerente de vendas e operações da eldec LLC, um sistema de brasagem por indução padrão consiste em três componentes: a fonte de alimentação, o cabeçote de trabalho com a bobina de indução e o resfriador ou sistema de resfriamento.
A fonte de alimentação é conectada à cabeça de trabalho e as bobinas são projetadas sob medida para se ajustarem ao redor da junta. Os indutores podem ser feitos de hastes sólidas, cabos flexíveis, tarugos usinados ou impressos em 3D a partir de ligas de cobre em pó. Geralmente, no entanto, eles são feitos de tubos de cobre ocos, através dos quais a água flui por vários motivos. Um deles é manter a bobina fria neutralizando o calor refletido pelas peças durante o processo de brasagem. A água corrente também evita o acúmulo de calor nas bobinas devido à presença frequente de corrente alternada e à transferência de calor ineficiente resultante.
“Às vezes, um concentrador de fluxo é colocado na bobina para fortalecer o campo magnético em um ou mais pontos da junção”, explica Holland. “Esses concentradores podem ser do tipo laminado, consistindo de finos aços elétricos firmemente empilhados, ou tubos ferromagnéticos contendo material ferromagnético em pó e ligações dielétricas comprimidas sob alta pressão. Use qualquer um dos dois. A vantagem do concentrador é que ele reduz o tempo do ciclo, levando mais energia para áreas específicas da junção mais rapidamente, enquanto mantém outras áreas mais frias.”
Antes de posicionar peças metálicas para brasagem por indução, o operador precisa definir corretamente os níveis de frequência e potência do sistema. A frequência pode variar de 5 a 500 kHz; quanto maior a frequência, mais rápido a superfície aquece.
As fontes de alimentação geralmente são capazes de produzir centenas de quilowatts de eletricidade. No entanto, soldar uma peça do tamanho da palma da mão em 10 a 15 segundos requer apenas 1 a 5 quilowatts. Em comparação, peças grandes podem exigir de 50 a 100 quilowatts de energia e levar até 5 minutos para soldar.
“Como regra geral, componentes menores usam menos energia, mas exigem frequências mais altas, como 100 a 300 quilohertz”, disse Bausch. “Em contraste, componentes maiores exigem mais energia e frequências mais baixas, normalmente abaixo de 100 quilohertz.”
Independentemente do tamanho, as peças metálicas precisam ser posicionadas corretamente antes de serem fixadas. Deve-se tomar cuidado para manter uma folga estreita entre os metais de base para permitir a ação capilar adequada do metal de enchimento que flui. Juntas de topo, sobrepostas e de topo sobrepostas são a melhor maneira de garantir essa folga.
Fixações tradicionais ou autofixáveis ​​são aceitáveis. Fixações padrão devem ser feitas de materiais menos condutores, como aço inoxidável ou cerâmica, e tocar os componentes o mínimo possível.
Ao projetar peças com costuras interligadas, estampagens, depressões ou serrilhados, a autofixação pode ser alcançada sem a necessidade de suporte mecânico.
As juntas são então limpas com uma lixa ou solvente para remover contaminantes como óleo, graxa, ferrugem, incrustações e sujeira. Essa etapa melhora ainda mais a ação capilar do metal de enchimento fundido, que se puxa através das superfícies adjacentes da junta.
Após as peças estarem devidamente assentadas e limpas, o operador aplica um composto de junta (geralmente uma pasta) na junta. O composto é uma mistura de metal de adição, fluxo (para evitar oxidação) e um aglutinante que mantém o metal e o fluxo juntos antes de derreter.
Os metais de adição e fluxos usados ​​na brasagem são formulados para suportar temperaturas mais altas do que aqueles usados ​​na soldagem. Os metais de adição usados ​​na brasagem fundem a temperaturas de pelo menos 842 °F e são mais fortes quando resfriados. Eles incluem ligas de alumínio-silício, cobre, cobre-prata, latão, bronze, ouro-prata, prata e níquel.
O operador então posiciona a bobina de indução, que vem em uma variedade de designs. As bobinas helicoidais são circulares ou ovais e envolvem completamente a peça, enquanto as bobinas de garfo (ou pinça) estão localizadas em cada lado da junta e as bobinas de canal se prendem à peça. Outras bobinas incluem diâmetro interno (ID), diâmetro interno/diâmetro externo (OD), panqueca, aberta e multiposição.
O calor uniforme é essencial para conexões soldadas de alta qualidade. Para fazer isso, o operador precisa garantir que a distância vertical entre cada laço da bobina de indução seja pequena e que a distância de acoplamento (largura da folga do OD ao ID da bobina) permaneça uniforme.
Em seguida, o operador liga a energia para iniciar o processo de aquecimento da junta. Isso envolve a transferência rápida de corrente alternada de frequência intermediária ou alta de uma fonte de energia para um indutor para criar um campo magnético alternado ao seu redor.
O campo magnético induz uma corrente na superfície da junta, que gera calor para derreter o metal de adição, permitindo que ele flua e molhe a superfície da peça metálica, criando uma ligação forte. Usando bobinas multiposições, esse processo pode ser realizado em várias peças simultaneamente.
Recomenda-se a limpeza final e a inspeção de cada componente soldado. Lavar as peças com água aquecida a pelo menos 120°F removerá resíduos de fluxo e qualquer incrustação formada durante a brasagem. A peça deve ser imersa em água após o metal de adição ter solidificado, mas o conjunto ainda estiver quente.
Dependendo da peça, a inspeção mínima pode ser seguida por testes destrutivos e não destrutivos. Os métodos END incluem inspeção visual e radiográfica, bem como testes de vazamento e prova de vazamento. Os métodos comuns de testes destrutivos são testes metalográficos, de descascamento, de tração, de cisalhamento, de fadiga, de transferência e de torção.
“A brasagem por indução exige um investimento inicial maior do que o método do maçarico, mas vale a pena porque você obtém mais eficiência e controle”, disse Holland. “Com a indução, quando você precisa de calor, basta pressionar. Quando não precisa, você pressiona.”
A Eldec fabrica uma ampla gama de fontes de energia para brasagem por indução, como a linha de frequência intermediária ECO LINE MF, que está disponível em várias configurações para melhor atender a cada aplicação. Essas fontes de alimentação estão disponíveis em classificações de potência que variam de 5 a 150 kW e frequências de 8 a 40 Hz. Todos os modelos podem ser equipados com um recurso de aumento de potência que permite ao operador aumentar a classificação de trabalho contínuo de 100% em mais 50% em 3 minutos. Outros recursos importantes incluem controle de temperatura por pirômetro, registrador de temperatura e interruptor de alimentação de transistor bipolar de porta isolada. Esses consumíveis exigem pouca manutenção, operam silenciosamente, ocupam pouco espaço e são facilmente integrados aos controladores de célula de trabalho.
Fabricantes de diversos setores estão usando cada vez mais a brasagem por indução para montar peças. Bausch aponta os fabricantes de equipamentos automotivos, aeroespaciais, médicos e de mineração como os maiores usuários do equipamento de brasagem por indução da Ambrell.
“O número de componentes de alumínio brasados ​​por indução na indústria automotiva continua a aumentar devido a iniciativas de redução de peso”, destaca Bausch. “No setor aeroespacial, pastilhas de níquel e outros tipos de revestimento são frequentemente brasadas em pás de jato. Ambas as indústrias também brasam por indução diversas conexões de tubos de aço.”
Todos os seis sistemas EasyHeat da Ambrell têm uma faixa de frequência de 150 a 400 kHz e são ideais para brasagem por indução de pequenas peças de várias geometrias. Os compactos (0112 e 0224) oferecem controle de potência com resolução de 25 watts; os modelos da série LI (3542, 5060, 7590, 8310) oferecem controle com resolução de 50 watts.
Ambas as séries têm uma cabeça de trabalho removível a até 10 pés de distância da fonte de alimentação. Os controles do painel frontal do sistema são programáveis, permitindo que o usuário final defina até quatro perfis de aquecimento diferentes, cada um com até cinco etapas de tempo e potência. O controle remoto de potência está disponível para entrada de contato ou analógica, ou porta de dados serial opcional.
“Nossos principais clientes para brasagem por indução são fabricantes de peças que contêm algum carbono ou peças de grande massa que contêm uma alta porcentagem de ferro”, explica Rich Cukelj, gerente de desenvolvimento de negócios de fusão. “Algumas dessas empresas atendem às indústrias automotiva e aeroespacial, enquanto outras fabricam pistolas, conjuntos de ferramentas de corte, torneiras e drenos de encanamento ou blocos de distribuição de energia e fusíveis.”
A Fusion vende sistemas rotativos personalizados que podem soldar por indução de 100 a 1.000 peças por hora. De acordo com Cukelj, rendimentos maiores são possíveis para um único tipo de peça ou para uma série específica de peças. Essas peças variam em tamanho de 2 a 14 polegadas quadradas.
“Cada sistema contém um indexador da Stelron Components Inc. com 8, 10 ou 12 estações de trabalho”, explica Cukelj. “Algumas estações de trabalho são usadas para brasagem, enquanto outras são usadas para inspeção, usando câmeras de visão ou equipamentos de medição a laser, ou realizando testes de tração para garantir juntas soldadas de alta qualidade.”
Os fabricantes usam as fontes de alimentação ECO LINE padrão da eldec para uma variedade de aplicações de brasagem por indução, como montagem por contração de rotores e eixos ou união de carcaças de motores, disse Holland. Mais recentemente, um modelo de 100 kW deste gerador foi usado em uma aplicação de peças grandes que envolvia a brasagem de anéis de circuito de cobre em conexões de derivação de cobre para geradores de barragens hidrelétricas.
A Eldec também fabrica fontes de alimentação portáteis MiniMICO que podem ser facilmente movidas pela fábrica com uma faixa de frequência de 10 a 25 kHz. Dois anos atrás, um fabricante de tubos de trocadores de calor automotivos usou o MiniMICO para soldar por indução cotovelos de retorno em cada tubo. Uma pessoa fez toda a solda, e levou menos de 30 segundos para montar cada tubo.
Jim é editor sênior na ASSEMBLY com mais de 30 anos de experiência editorial. Antes de ingressar na ASSEMBLY, Camillo foi engenheiro de PM, editor do Association for Equipment Engineering Journal e do Milling Journal. Jim é formado em inglês pela DePaul University.
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