Skoraj vsak postopek montaže je mogoče izvesti na več načinov. Možnost, ki jo proizvajalec ali integrator izbere za najboljše rezultate, je običajno tista, ki ustreza preizkušeni tehnologiji določeni aplikaciji.
Spajkanje je eden takih postopkov. Spajkanje je postopek spajanja kovin, pri katerem se dva ali več kovinskih delov združi s taljenjem polnilne kovine in njenim vlivanjem v spoj. Polnilna kovina ima nižje tališče kot sosednji kovinski deli.
Toploto za spajkanje lahko zagotovijo gorilniki, peči ali indukcijske tuljave. Med indukcijskim spajkanjem indukcijska tuljava ustvari magnetno polje, ki segreva podlago in stopi dodajno kovino. Indukcijsko spajkanje se izkazuje za najboljšo izbiro za vse večje število montažnih aplikacij.
»Indukcijsko spajkanje je veliko varnejše od spajkanja z gorilnikom, hitrejše od spajkanja v peči in bolj ponovljivo kot oboje,« je dejal Steve Anderson, vodja terenske in testne znanosti pri Fusion Inc., 88-letnem integratorju iz Willoughbyja v Ohiu, specializiranem za različne metode sestavljanja, vključno s spajkanjem. »Poleg tega je indukcijsko spajkanje lažje. V primerjavi z drugima dvema metodama potrebujete le standardno elektriko.«
Pred nekaj leti je Fusion razvil popolnoma avtomatski stroj s šestimi postajami za sestavljanje 10 karbidnih rezil za obdelavo kovin in orodjarstvo. Rezla so izdelana s pritrditvijo valjastih in stožčastih volframovih karbidnih surovcev na jekleno držalo. Proizvodna hitrost je 250 delov na uro, ločen pladenj za dele pa lahko sprejme 144 surovcev in držal za orodje.
»Štiriosni robot SCARA vzame ročaj s pladnja, ga predstavi dozatorju spajkalne paste in ga naloži v prijemalno gnezdo,« pojasnjuje Anderson. »Robot nato s pladnja vzame kos surovca ​​in ga položi na konec stebla, na katerega je prilepljen. Indukcijsko spajkanje se izvaja z električno tuljavo, ki se navpično ovije okoli obeh delov in doseže temperaturo likvidusa srebrnega polnila 1305 F. Ko je komponenta z ostružkom poravnana in ohlajena, se izvrže skozi izpustni žleb in zbere za nadaljnjo obdelavo.«
Uporaba indukcijskega spajkanja za sestavljanje se povečuje, predvsem zato, ker ustvarja močno povezavo med dvema kovinskima deloma in ker je zelo učinkovito pri spajanju različnih materialov. Okoljski pomisleki, izboljšana tehnologija in netradicionalne aplikacije silijo proizvodne inženirje, da podrobneje preučijo indukcijsko spajkanje.
Indukcijsko spajkanje obstaja že od petdesetih let prejšnjega stoletja, čeprav je koncept indukcijskega segrevanja (z uporabo elektromagnetizma) več kot stoletje prej odkril britanski znanstvenik Michael Faraday. Ročni gorilniki so bili prvi vir toplote za spajkanje, v dvajsetih letih prejšnjega stoletja pa so jim sledile peči. Med drugo svetovno vojno so se metode, ki temeljijo na pečeh, pogosto uporabljale za izdelavo velikih količin kovinskih delov z minimalnim delom in stroški.
Povpraševanje potrošnikov po klimatskih napravah v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je ustvarilo nove aplikacije za indukcijsko spajkanje. Pravzaprav je množično spajkanje aluminija v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja privedlo do številnih komponent, ki jih najdemo v današnjih avtomobilskih klimatskih napravah.
»Za razliko od spajkanja z gorilnikom je indukcijsko spajkanje brezkontaktno in zmanjšuje tveganje pregrevanja,« ugotavlja Rick Bausch, vodja prodaje pri podjetju Ambrell Corp., v prispevku inTEST.temperature.
Po besedah ​​Grega Hollanda, vodje prodaje in poslovanja pri podjetju eldec LLC, je standardni sistem za indukcijsko spajkanje sestavljen iz treh komponent. To so napajalnik, delovna glava z indukcijsko tuljavo in hladilnik oziroma hladilni sistem.
Napajalnik je priključen na delovno glavo, tuljave pa so zasnovane po meri, da se prilegajo okoli spoja. Induktorji so lahko izdelani iz trdnih palic, fleksibilnih kablov, strojno obdelanih gredic ali 3D-natisnjeni iz bakrenih zlitin v prahu. Običajno pa so izdelani iz votle bakrene cevi, skozi katero teče voda iz več razlogov. Eden od njih je ohranjanje hladne tuljave z zaviranjem toplote, ki se odbija od delov med spajkanjem. Tekoča voda preprečuje tudi kopičenje toplote v tuljavah zaradi pogoste prisotnosti izmeničnega toka in posledično neučinkovitega prenosa toplote.
»Včasih se na tuljavo namesti koncentrator fluksa, da se okrepi magnetno polje na eni ali več točkah v spoju,« pojasnjuje Holland. »Takšni koncentratorji so lahko laminatnega tipa, sestavljeni iz tankih elektrotehničnih jekel, tesno zloženih skupaj, ali feromagnetnih cevi, ki vsebujejo feromagnetni material v prahu in dielektrične vezi, stisnjene pod visokim tlakom. Uporabite bodisi Prednost koncentratorja je, da skrajša čas cikla, saj hitreje dovaja več energije na določena območja spoja, medtem ko druga območja ohranja hladnejša.«
Preden upravljavec namesti kovinske dele za indukcijsko spajkanje, mora pravilno nastaviti frekvenco in moč sistema. Frekvenca se lahko giblje od 5 do 500 kHz, višja kot je frekvenca, hitreje se površina segreje.
Napajalniki pogosto lahko proizvedejo več sto kilovatov električne energije. Vendar pa spajkanje dela velikosti dlani v 10 do 15 sekundah zahteva le 1 do 5 kilovatov. Za primerjavo, veliki deli lahko zahtevajo od 50 do 100 kilovatov moči in spajkanje traja do 5 minut.
»Praviloma manjše komponente porabijo manj energije, vendar zahtevajo višje frekvence, na primer od 100 do 300 kilohercev,« je dejal Bausch. »Nasprotno pa večje komponente zahtevajo več moči in nižje frekvence, običajno pod 100 kiloherci.«
Ne glede na njihovo velikost je treba kovinske dele pred pritrditvijo pravilno namestiti. Paziti je treba, da med osnovnimi kovinami ostane majhna reža, da se omogoči pravilno kapilarno delovanje tekoče polnilne kovine. Čelni, prekrivajoči in prekrivajoči spoji so najboljši način za zagotovitev te reže.
Tradicionalne ali samopritrdilne pritrdilne naprave so sprejemljive. Standardne pritrdilne elemente je treba izdelati iz manj prevodnih materialov, kot sta nerjaveče jeklo ali keramika, in se čim manj dotikati komponent.
Z načrtovanjem delov s prepletenimi šivi, kovanjem, vdolbinami ali narebričenjem je mogoče doseči samofiksacijo brez potrebe po mehanski podpori.
Spoji se nato očistijo z brusnim papirjem ali topilom, da se odstranijo onesnaževalci, kot so olje, mast, rja, vodni kamen in umazanija. Ta korak dodatno okrepi kapilarno delovanje staljene polnilne kovine, ki se vleče skozi sosednje površine spoja.
Ko so deli pravilno nameščeni in očiščeni, upravljavec na spoj nanese tesnilno maso (običajno pasto). Masa je mešanica polnilne kovine, talila (za preprečevanje oksidacije) in veziva, ki drži kovino in talilo skupaj, preden se stopita.
Polnilne kovine in talila, ki se uporabljajo pri spajkanju, so oblikovana tako, da prenesejo višje temperature kot tiste, ki se uporabljajo pri spajkanju. Polnilne kovine, ki se uporabljajo za spajkanje, se talijo pri temperaturah najmanj 842 F in so močnejše, ko se ohladijo. Vključujejo zlitine aluminija in silicija, bakra, bakra in srebra, medenine, brona, zlata in srebra, srebra in niklja.
Operater nato namesti indukcijsko tuljavo, ki je na voljo v različnih izvedbah. Vijačne tuljave so okrogle ali ovalne oblike in popolnoma obdajajo del, medtem ko so viličaste (ali kleščne) tuljave nameščene na vsaki strani spoja, kanalne tuljave pa se pritrdijo na del. Druge tuljave vključujejo notranji premer (ID), notranji/zunanji premer (OD), palačinkasto, odprto in večpozicijsko.
Enakomerna toplota je bistvenega pomena za visokokakovostne spajkane povezave. Da bi to dosegli, mora upravljavec zagotoviti, da je navpična razdalja med posameznimi zankami indukcijske tuljave majhna in da razdalja sklopke (širina reže od zunanjega do notranjega premera tuljave) ostane enakomerna.
Nato operater vklopi napajanje, da začne postopek segrevanja spoja. To vključuje hiter prenos srednjefrekvenčnega ali visokofrekvenčnega izmeničnega toka iz vira napajanja v induktor, da se okoli njega ustvari izmenično magnetno polje.
Magnetno polje inducira tok na površini spoja, ki ustvarja toploto za taljenje polnilne kovine, kar ji omogoča, da teče in vlaži površino kovinskega dela, s čimer ustvari močno vez. Z uporabo večpozicijskih tuljav se lahko ta postopek izvaja na več delih hkrati.
Priporočljivo je končno čiščenje in pregled vsakega spajkanega sestavnega dela. Pranje delov z vodo, segreto na vsaj 50 °C, bo odstranilo ostanke talila in morebitno vodno olje, ki je nastalo med spajkanjem. Del je treba potopiti v vodo, ko se je polnilna kovina strdila, vendar je sklop še vedno vroč.
Glede na del lahko minimalnemu pregledu sledijo nedestruktivni in destruktivni testi. Metode NDT vključujejo vizualni in radiografski pregled ter preskuse tesnjenja in dokazil. Pogoste metode destruktivnega testiranja so metalografski, luščevalni, natezni, strižni, utrujenostni, prenosni in torzijski testi.
»Indukcijsko spajkanje zahteva večjo začetno naložbo kot metoda z gorilnikom, vendar se splača, saj dobite dodatno učinkovitost in nadzor,« je dejal Holland. »Pri indukciji, ko potrebujete toploto, preprosto pritisnete. Ko je ne, pa pritisnete.«
Eldec proizvaja široko paleto virov energije za indukcijsko spajkanje, kot je na primer linija srednje frekvence ECO LINE MF, ki je na voljo v različnih konfiguracijah, da se najbolje prilagodi vsaki aplikaciji. Ti napajalniki so na voljo v nazivnih močeh od 5 do 150 kW in frekvencah od 8 do 40 Hz. Vsi modeli so lahko opremljeni s funkcijo povečanja moči, ki operaterju omogoča, da v 3 minutah poveča 100-odstotno neprekinjeno delovanje za dodatnih 50 %. Druge ključne funkcije vključujejo pirometrični nadzor temperature, snemalnik temperature in stikalo za napajanje z bipolarnim tranzistorjem z izoliranimi vrati. Ti potrošni materiali zahtevajo malo vzdrževanja, delujejo tiho, imajo majhen odtis in jih je mogoče enostavno integrirati s krmilniki delovnih celic.
Proizvajalci v več panogah vse pogosteje uporabljajo indukcijsko spajkanje za sestavljanje delov. Bausch kot največje uporabnike opreme za indukcijsko spajkanje Ambrella izpostavlja proizvajalce avtomobilske, letalske, medicinske in rudarske opreme.
»Število indukcijsko spajkanih aluminijastih komponent v avtomobilski industriji se zaradi pobud za zmanjšanje teže še naprej povečuje,« poudarja Bausch. »V letalskem sektorju se nikelj in druge vrste obrabnih oblog pogosto spajkajo na lopatice curka. Obe industriji indukcijsko spajkata tudi različne jeklene cevne spojke.«
Vseh šest sistemov Ambrell EasyHeat ima frekvenčno območje od 150 do 400 kHz in so idealni za indukcijsko spajkanje majhnih delov različnih geometrij. Kompaktni modeli (0112 in 0224) ponujajo nadzor moči v ločljivosti 25 vatov; modeli serije LI (3542, 5060, 7590, 8310) ponujajo nadzor v ločljivosti 50 vatov.
Obe seriji imata odstranljivo delovno glavo, ki je oddaljena do 3 metre od vira napajanja. Krmilniki na sprednji plošči sistema so programabilni, kar končnemu uporabniku omogoča, da določi do štiri različne profile ogrevanja, vsak z do petimi časovnimi in močnostnimi koraki. Daljinsko upravljanje moči je na voljo prek kontaktnega ali analognega vhoda ali opcijskega serijskega podatkovnega vhoda.
»Naše glavne stranke za indukcijsko spajkanje so proizvajalci delov, ki vsebujejo nekaj ogljika, ali delov z veliko maso, ki vsebujejo visok odstotek železa,« pojasnjuje Rich Cukelj, vodja razvoja poslovanja s fuzijskimi cevmi. »Nekatera od teh podjetij služijo avtomobilski in letalski industriji, druga pa izdelujejo pištole, sklope rezalnih orodij, vodovodne pipe in odtoke ali bloke za distribucijo energije in varovalke.«
Fusion prodaja rotacijske sisteme po meri, ki lahko indukcijsko spajkajo od 100 do 1000 delov na uro. Po Cukeljevih besedah ​​so večji izkoristki možni za posamezno vrsto dela ali za določeno serijo delov. Velikost teh delov se giblje od 2 do 14 kvadratnih palcev.
»Vsak sistem vsebuje indekser podjetja Stelron Components Inc. z 8, 10 ali 12 delovnimi postajami,« pojasnjuje Cukelj. »Nekatere delovne postaje se uporabljajo za spajkanje, druge pa za pregled z uporabo vizualnih kamer ali laserske merilne opreme ali za izvajanje vlečnih testov za zagotavljanje visokokakovostnih spajkanih spojev.«
Proizvajalci uporabljajo eldecove standardne napajalnike ECO LINE za različne aplikacije indukcijskega spajkanja, kot so krčenje rotorjev in gredi ali spajanje ohišij motorjev, je povedal Holland. Pred kratkim je bil 100 kW model tega generatorja uporabljen v veliki aplikaciji za dele, ki je vključevala spajkanje bakrenih obročev na bakrene priključke za generatorje hidroelektrarn.
Eldec izdeluje tudi prenosne napajalnike MiniMICO, ki jih je mogoče enostavno premikati po tovarni, s frekvenčnim območjem od 10 do 25 kHz. Pred dvema letoma je proizvajalec avtomobilskih cevi za toplotne izmenjevalnike uporabil MiniMICO za indukcijsko spajkanje povratnih komolcev na vsako cev. Vse spajkanje je opravila ena oseba, sestavljanje vsake cevi pa je trajalo manj kot 30 sekund.
Jim je višji urednik pri ASSEMBLY z več kot 30 leti uredniških izkušenj. Preden se je pridružil ASSEMBLY, je bil Camillo glavni inženir, urednik revij Association for Equipment Engineering Journal in Milling Journal. Jim ima diplomo iz angleščine na Univerzi DePaul.
Pošljite zahtevo za ponudbo (RFP) izbranemu ponudniku in kliknite gumb s podrobnostmi o svojih potrebah.
Prebrskajte naš vodnik za kupce in poiščite dobavitelje vseh vrst montažne tehnologije, strojev in sistemov, ponudnike storitev in trgovinske organizacije.
Lean Six Sigma že desetletja spodbuja prizadevanja za nenehno izboljševanje, vendar so postale očitne njene pomanjkljivosti. Zbiranje podatkov je delovno intenzivno in lahko zajame le majhne vzorce. Podatke je zdaj mogoče zajemati v daljših časovnih obdobjih in na več lokacijah za delček stroškov starejših ročnih metod.
Roboti so cenejši in enostavnejši za uporabo kot kdaj koli prej. Ta tehnologija je na voljo tudi malim in srednje velikim proizvajalcem. Prisluhnite tej ekskluzivni panelni razpravi, v kateri sodelujejo vodilni predstavniki štirih največjih ameriških dobaviteljev robotike: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America in Universal Robots.