Takmer každý montážny proces sa dá vykonať niekoľkými spôsobmi. Možnosť, ktorú si výrobca alebo integrátor zvolí pre dosiahnutie najlepších výsledkov, je zvyčajne taká, ktorá zodpovedá overenej technológii konkrétnej aplikácii.
Spájkovanie je jedným z takýchto procesov. Spájkovanie je proces spájania kovov, pri ktorom sa dva alebo viac kovových dielov spája roztavením prídavného kovu a jeho zaliatím do spoja. Prídavný kov má nižší bod topenia ako susedné kovové diely.
Teplo na spájkovanie môže byť zabezpečené horákmi, pecami alebo indukčnými cievkami. Počas indukčného spájkovania vytvára indukčná cievka magnetické pole, ktoré ohrieva substrát a roztaví prídavný kov. Indukčné spájkovanie sa ukazuje ako najlepšia voľba pre rastúci počet montážnych aplikácií.
„Indukčné spájkovanie je oveľa bezpečnejšie ako spájkovanie horákom, rýchlejšie ako spájkovanie v peci a opakovateľnejšie ako obe metódy,“ povedal Steve Anderson, manažér pre terénne a testovacie vedy v spoločnosti Fusion Inc., 88-ročnej integračnej spoločnosti vo Willoughby v štáte Ohio, ktorá sa špecializuje na rôzne metódy montáže vrátane spájkovania. „Navyše je indukčné spájkovanie jednoduchšie. V porovnaní s ostatnými dvoma metódami potrebujete len štandardnú elektrinu.“
Pred niekoľkými rokmi spoločnosť Fusion vyvinula plne automatický šesťstanicový stroj na montáž 10 karbidových fréz na obrábanie kovov a výrobu nástrojov. Frézy sa vyrábajú pripevnením valcových a kužeľových polotovarov z karbidu volfrámu na oceľovú stopku. Výrobná rýchlosť je 250 dielov za hodinu a samostatný zásobník na diely pojme 144 polotovarov a držiakov nástrojov.
„Štvorosový robot SCARA vezme rukoväť zo zásobníka, priloží ju k dávkovaču spájkovacej pasty a vloží ju do chápadla,“ vysvetľuje Anderson. „Robot potom vezme kus polotovaru zo zásobníka a umiestni ho na koniec drieku, na ktorý je prilepený. Indukčné spájkovanie sa vykonáva pomocou elektrickej cievky, ktorá sa vertikálne ovíja okolo dvoch častí a privádza strieborný prídavný kov na teplotu likvidu 1 305 F. Po zarovnaní a ochladení ostrého komponentu sa vyhodí cez výstupný žľab a zhromaždí sa na ďalšie spracovanie.“
Používanie indukčného spájkovania na montáž sa zvyšuje, najmä preto, že vytvára silné spojenie medzi dvoma kovovými časťami a pretože je veľmi účinné pri spájaní rôznych materiálov. Obavy o životné prostredie, vylepšené technológie a netradičné aplikácie tiež nútia výrobných inžinierov, aby sa bližšie pozreli na indukčné spájkovanie.
Indukčné spájkovanie existuje už od 50. rokov 20. storočia, hoci koncept indukčného ohrevu (s využitím elektromagnetizmu) objavil viac ako storočie predtým britský vedec Michael Faraday. Ručné horáky boli prvým zdrojom tepla na spájkovanie, po ktorých v 20. rokoch 20. storočia nasledovali pece. Počas druhej svetovej vojny sa metódy založené na peciach často používali na výrobu veľkého množstva kovových dielov s minimálnou prácou a nákladmi.
Dopyt spotrebiteľov po klimatizácii v 60. a 70. rokoch 20. storočia vytvoril nové aplikácie pre indukčné spájkovanie. V skutočnosti masové spájkovanie hliníka koncom 70. rokov 20. storočia viedlo k vzniku mnohých komponentov, ktoré sa nachádzajú v dnešných klimatizačných systémoch automobilov.
„Na rozdiel od spájkovania horákom je indukčné spájkovanie bezkontaktné a minimalizuje riziko prehriatia,“ poznamenáva Rick Bausch, obchodný manažér spoločnosti Ambrell Corp., v rozhovore pre inTEST.temperature.
Podľa Grega Hollanda, manažéra predaja a prevádzky v spoločnosti eldec LLC, sa štandardný systém indukčného spájkovania skladá z troch komponentov. Sú to napájací zdroj, pracovná hlava s indukčnou cievkou a chladič alebo chladiaci systém.
Napájací zdroj je pripojený k pracovnej hlave a cievky sú navrhnuté na mieru tak, aby sa zmestili okolo spoja. Tlmivky môžu byť vyrobené z plných tyčí, ohybných káblov, obrábaných polotovarov alebo môžu byť vytlačené 3D tlačou z práškových zliatin medi. Zvyčajne sú však vyrobené z dutých medených rúrok, cez ktoré prúdi voda z niekoľkých dôvodov. Jedným z nich je udržiavanie cievky v chlade pôsobením proti teplu odrážanému časťami počas procesu spájkovania. Tečúca voda tiež zabraňuje hromadeniu tepla v cievkach v dôsledku častej prítomnosti striedavého prúdu a následného neefektívneho prenosu tepla.
„Niekedy sa na cievku umiestni koncentrátor magnetického toku, aby sa zosilnilo magnetické pole v jednom alebo viacerých bodoch spoja,“ vysvetľuje Holland. „Takéto koncentrátory môžu byť laminátového typu, pozostávajúce z tenkých elektrotechnických ocelí pevne naskladaných k sebe, alebo z feromagnetických trubíc obsahujúcich práškový feromagnetický materiál a dielektrické väzby stlačené pod vysokým tlakom. Použite buď Výhodou koncentrátora je, že skracuje čas cyklu tým, že rýchlejšie prináša viac energie do špecifických oblastí spoja, pričom ostatné oblasti udržiava chladnejšie.“
Pred umiestnením kovových častí na indukčné spájkovanie musí obsluha správne nastaviť frekvenciu a výkon systému. Frekvencia sa môže pohybovať od 5 do 500 kHz, čím vyššia je frekvencia, tým rýchlejšie sa povrch zahrieva.
Zdroje napájania sú často schopné vyrobiť stovky kilowattov elektriny. Spájkovanie súčiastky veľkosti dlane za 10 až 15 sekúnd však vyžaduje iba 1 až 5 kilowattov. Pre porovnanie, veľké súčiastky môžu vyžadovať 50 až 100 kilowattov energie a spájkovanie trvá až 5 minút.
„Vo všeobecnosti menšie komponenty spotrebúvajú menej energie, ale vyžadujú vyššie frekvencie, napríklad 100 až 300 kilohertzov,“ povedal Bausch. „Naproti tomu väčšie komponenty vyžadujú viac energie a nižšie frekvencie, zvyčajne pod 100 kilohertzov.“
Bez ohľadu na ich veľkosť je potrebné kovové diely pred upevnením správne umiestniť. Je potrebné dbať na to, aby medzi základnými kovmi bola tesná medzera, ktorá umožní správne kapilárne pôsobenie prúdiaceho prídavného materiálu. Najlepším spôsobom, ako zabezpečiť túto medzeru, sú tupé, prekrývajúce a prekrývajúce spoje.
Tradičné alebo samoupevňovacie sú prijateľné. Štandardné svietidlá by mali byť vyrobené z menej vodivých materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ alebo keramika, a mali by sa čo najmenej dotýkať súčiastok.
Navrhovaním dielov so vzájomne prepojenými švami, kovaním, priehlbinami alebo vrúbkovaním je možné dosiahnuť samofixáciu bez potreby mechanickej podpory.
Spoje sa potom očistia brúsnym papierom alebo rozpúšťadlom, aby sa odstránili nečistoty, ako je olej, mastnota, hrdza, vodný kameň a špina. Tento krok ďalej zvyšuje kapilárne pôsobenie roztaveného prídavného kovu, ktorý sa ťahá cez priľahlé povrchy spoja.
Po správnom usadení a vyčistení dielov obsluha nanesie na spoj spojovaciu hmotu (zvyčajne pastu). Táto hmota je zmesou prídavného kovu, tavidla (na zabránenie oxidácii) a spojiva, ktoré drží kov a tavidlo pohromade pred roztavením.
Prídavné kovy a tavidlá používané pri spájkovaní sú formulované tak, aby odolávali vyšším teplotám ako tie, ktoré sa používajú pri spájkovaní. Prídavné kovy používané na spájkovanie sa tavia pri teplotách najmenej 842 F a po ochladení sú pevnejšie. Patria sem zliatiny hliníka a kremíka, medi, medi a striebra, mosadze, bronzu, zlata a striebra, striebra a niklu.
Operátor potom umiestni indukčnú cievku, ktorá sa dodáva v rôznych prevedeniach. Špirálové cievky majú kruhový alebo oválny tvar a úplne obklopujú diel, zatiaľ čo vidlicové (alebo kliešťové) cievky sú umiestnené na každej strane spoja a kanálové cievky sa zaháknu na diel. Medzi ďalšie cievky patrí vnútorný priemer (ID), vnútorný/vonkajší priemer (OD), palacinková, otvorená a viacpolohová.
Rovnomerné teplo je nevyhnutné pre vysoko kvalitné spájkované spoje. Na to musí obsluha zabezpečiť, aby vertikálna vzdialenosť medzi jednotlivými slučkami indukčnej cievky bola malá a aby vzdialenosť spojenia (šírka medzery od vonkajšieho priemeru cievky k vnútornému priemeru) zostala rovnomerná.
Následne obsluha zapne napájanie, aby sa spustil proces ohrevu spoja. To zahŕňa rýchly prenos striedavého prúdu so strednou alebo vysokou frekvenciou zo zdroja energie do induktora, čím sa okolo neho vytvorí striedavé magnetické pole.
Magnetické pole indukuje na povrchu spoja prúd, ktorý generuje teplo na roztavenie prídavného kovu, čo mu umožňuje tiecť a zmáčať povrch kovovej časti, čím sa vytvára silná väzba. Pomocou viacpolohových cievok je možné tento proces vykonávať na viacerých častiach súčasne.
Odporúča sa záverečné čistenie a kontrola každej spájkovanej súčiastky. Umytie súčiastok vodou zohriatou na najmenej 50 °C odstráni zvyšky tavidla a všetky vodné kamene vytvorené počas spájkovania. Súčiastka by sa mala ponoriť do vody po stuhnutí prídavného kovu, ale zostava je stále horúca.
V závislosti od dielu môže po minimálnej kontrole nasledovať nedeštruktívne a deštruktívne testovanie. Metódy NDT zahŕňajú vizuálnu a rádiografickú kontrolu, ako aj skúšky tesnosti a dôkazu. Bežné metódy deštruktívneho testovania sú metalografické, odlupovacie, ťahové, šmykové, únavové, prenosové a torzné testy.
„Indukčné spájkovanie si vyžaduje väčšiu počiatočnú investíciu ako metóda s horákom, ale oplatí sa to, pretože získate vyššiu účinnosť a kontrolu,“ povedal Holland. „Pri indukcii, keď potrebujete teplo, jednoducho stlačíte. Keď nie, stlačíte.“
Spoločnosť Eldec vyrába širokú škálu zdrojov energie pre indukčné spájkovanie, ako napríklad strednofrekvenčnú radu ECO LINE MF, ktorá je k dispozícii v rôznych konfiguráciách, aby čo najlepšie vyhovovala každej aplikácii. Tieto zdroje energie sú dostupné s výkonom od 5 do 150 kW a frekvenciami od 8 do 40 Hz. Všetky modely môžu byť vybavené funkciou zvýšenia výkonu, ktorá umožňuje obsluhe zvýšiť 100 % trvalý výkon o ďalších 50 % do 3 minút. Medzi ďalšie kľúčové funkcie patrí pyrometrická regulácia teploty, záznamník teploty a bipolárny tranzistorový spínač s izolovanou hradlou. Tieto spotrebné materiály vyžadujú len malú údržbu, pracujú ticho, majú malý pôdorys a dajú sa ľahko integrovať s riadiacimi jednotkami pracovných buniek.
Výrobcovia v niekoľkých odvetviach čoraz viac používajú indukčné spájkovanie na montáž súčiastok. Spoločnosť Bausch poukazuje na výrobcov automobilového, leteckého, zdravotníckeho a banského priemyslu ako na najväčších používateľov indukčných spájkovacích zariadení Ambrell.
„Počet indukčne spájkovaných hliníkových komponentov v automobilovom priemysle neustále rastie vďaka iniciatívam na zníženie hmotnosti,“ zdôrazňuje Bausch. „V leteckom a kozmickom sektore sa nikel a iné typy opotrebovávacích doštičiek často spájkujú na lopatky trysiek. Obe odvetvia tiež indukčne spájkujú rôzne oceľové potrubné tvarovky.“
Všetkých šesť systémov EasyHeat od spoločnosti Ambrell má frekvenčný rozsah 150 až 400 kHz a sú ideálne na indukčné spájkovanie malých súčiastok rôznych geometrií. Kompaktné modely (0112 a 0224) ponúkajú reguláciu výkonu s rozlíšením 25 wattov; modely série LI (3542, 5060, 7590, 8310) ponúkajú reguláciu s rozlíšením 50 wattov.
Obe série majú odnímateľnú pracovnú hlavu až do vzdialenosti 3 metrov od zdroja napájania. Ovládacie prvky na prednom paneli systému sú programovateľné, čo umožňuje koncovému používateľovi definovať až štyri rôzne vykurovacie profily, každý s až piatimi časovými a výkonovými krokmi. Diaľkové ovládanie výkonu je k dispozícii pre kontaktný alebo analógový vstup, alebo voliteľný sériový dátový port.
„Našimi hlavnými zákazníkmi v oblasti indukčného spájkovania sú výrobcovia dielov, ktoré obsahujú určité množstvo uhlíka, alebo veľkoobjemových dielov, ktoré obsahujú vysoké percento železa,“ vysvetľuje Rich Cukelj, manažér rozvoja podnikania v oblasti fúzie. „Niektoré z týchto spoločností slúžia automobilovému a leteckému priemyslu, zatiaľ čo iné vyrábajú pištole, zostavy rezných nástrojov, vodovodné kohútiky a odtoky alebo rozvodné bloky a poistky.“
Spoločnosť Fusion predáva rotačné systémy na mieru, ktoré dokážu indukčne spájkovať 100 až 1 000 dielov za hodinu. Podľa Cukelja sú vyššie výťažnosti možné pre jeden typ dielu alebo pre konkrétnu sériu dielov. Veľkosť týchto dielov sa pohybuje od 2 do 14 štvorcových palcov.
„Každý systém obsahuje indexátor od spoločnosti Stelron Components Inc. s 8, 10 alebo 12 pracovnými stanicami,“ vysvetľuje Cukelj. „Niektoré pracovné stanice sa používajú na spájkovanie, zatiaľ čo iné sa používajú na kontrolu, s použitím kamier alebo laserových meracích zariadení, alebo na vykonávanie ťahových testov na zabezpečenie vysoko kvalitných spájkovaných spojov.“
Výrobcovia používajú štandardné napájacie zdroje ECO LINE od spoločnosti eldec na rôzne aplikácie indukčného spájkovania, ako je napríklad zmršťovanie rotorov a hriadeľov alebo spájanie krytov motorov, uviedol Holland. Nedávno bol 100 kW model tohto generátora použitý vo veľkej aplikácii na výrobu dielov, ktorá zahŕňala spájkovanie medených obvodových krúžkov s medenými odbočnými spojmi pre generátory vodných elektrární.
Spoločnosť Eldec tiež vyrába prenosné napájacie zdroje MiniMICO, ktoré sa dajú ľahko premiestňovať po továrni s frekvenčným rozsahom 10 až 25 kHz. Pred dvoma rokmi výrobca automobilových výmenníkov tepla použil MiniMICO na indukčné spájkovanie spätných kolien ku každej trubici. Všetko spájkovanie vykonávala jedna osoba a zostavenie každej trubice trvalo menej ako 30 sekúnd.
Jim je vedúcim redaktorom v časopise ASSEMBLY s viac ako 30-ročnými redaktorskými skúsenosťami. Pred nástupom do ASSEMBLY bol Camillo projektovým inžinierom a redaktorom časopisov Association for Equipment Engineering Journal a Milling Journal. Jim má titul z angličtiny z DePaul University.
Odošlite žiadosť o ponuku (RFP) dodávateľovi podľa vášho výberu a kliknite na tlačidlo s podrobnosťami o vašich potrebách.
Prezrite si nášho sprievodcu kupujúcim a nájdite dodávateľov všetkých typov montážnych technológií, strojov a systémov, poskytovateľov služieb a obchodné organizácie.
Lean Six Sigma už desaťročia poháňa úsilie o neustále zlepšovanie, ale jeho nedostatky sa ukázali. Zber údajov je náročný na pracovnú silu a dokáže zachytiť iba malé vzorky. Údaje je teraz možné zaznamenávať počas dlhých časových období a na viacerých miestach za zlomok nákladov starších manuálnych metód.
Roboty sú lacnejšie a jednoduchšie na používanie ako kedykoľvek predtým. Táto technológia je ľahko dostupná aj pre malých a stredných výrobcov. Vypočujte si túto exkluzívnu panelovú diskusiu, na ktorej sa zúčastnia predstavitelia štyroch popredných amerických dodávateľov robotiky: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America a Universal Robots.