Hầu như mọi quy trình lắp ráp đều có thể được thực hiện theo nhiều cách. Lựa chọn mà nhà sản xuất hoặc nhà tích hợp chọn để có kết quả tốt nhất thường là lựa chọn kết hợp công nghệ đã được chứng minh với một ứng dụng cụ thể.
Hàn đồng là một quá trình như vậy. Hàn đồng là quá trình nối kim loại trong đó hai hoặc nhiều bộ phận kim loại được nối với nhau bằng cách làm nóng chảy kim loại phụ và đổ vào mối nối. Kim loại phụ có điểm nóng chảy thấp hơn các bộ phận kim loại liền kề.
Nhiệt dùng để hàn có thể được cung cấp bởi đèn khò, lò nung hoặc cuộn dây cảm ứng. Trong quá trình hàn cảm ứng, cuộn dây cảm ứng tạo ra từ trường làm nóng chất nền để làm tan chảy kim loại phụ. Hàn cảm ứng đang chứng tỏ là lựa chọn tốt nhất cho ngày càng nhiều ứng dụng lắp ráp.
Steve Anderson, giám đốc khoa học thực địa và thử nghiệm tại Fusion Inc., một công ty tích hợp 88 năm tuổi tại Willoughby, Ohio, cho biết: "Hàn cảm ứng an toàn hơn nhiều so với hàn khò, nhanh hơn hàn lò và có thể lặp lại nhiều hơn cả hai". "Ngoài ra, hàn cảm ứng dễ hơn. So với hai phương pháp kia, tất cả những gì bạn thực sự cần là điện tiêu chuẩn".
Vài năm trước, Fusion đã phát triển một máy sáu trạm hoàn toàn tự động để lắp ráp 10 mũi phay cacbua phục vụ cho gia công kim loại và chế tạo dụng cụ. Các mũi phay được tạo ra bằng cách gắn các phôi cacbua vonfram hình trụ và hình nón vào một chuôi thép. Tốc độ sản xuất là 250 chi tiết mỗi giờ và khay đựng chi tiết riêng biệt có thể chứa 144 phôi và giá đỡ dụng cụ.
“Một rô-bốt SCARA bốn trục lấy một tay cầm từ khay, đưa nó cho bộ phân phối kem hàn và nạp nó vào ổ kẹp,” Anderson giải thích. “Sau đó, rô-bốt lấy một mảnh phôi từ khay và đặt nó vào đầu của thân mà nó được dán vào. Hàn cảm ứng được thực hiện bằng cách sử dụng một cuộn dây điện quấn theo chiều dọc xung quanh hai bộ phận và đưa kim loại bạc làm đầy đến nhiệt độ hóa lỏng là 1.305 F. Sau khi thành phần gờ được căn chỉnh và làm mát, nó được đẩy ra qua máng xả và được thu thập để xử lý thêm.”
Việc sử dụng phương pháp hàn cảm ứng để lắp ráp đang ngày càng tăng, chủ yếu là vì phương pháp này tạo ra kết nối chắc chắn giữa hai bộ phận kim loại và rất hiệu quả trong việc ghép nối các vật liệu không giống nhau. Mối quan ngại về môi trường, công nghệ cải tiến và các ứng dụng phi truyền thống cũng buộc các kỹ sư sản xuất phải xem xét kỹ hơn phương pháp hàn cảm ứng.
Hàn cảm ứng đã xuất hiện từ những năm 1950, mặc dù khái niệm về gia nhiệt cảm ứng (sử dụng điện từ) đã được nhà khoa học người Anh Michael Faraday phát hiện ra hơn một thế kỷ trước đó. Đèn khò cầm tay là nguồn nhiệt đầu tiên để hàn, sau đó là lò nung vào những năm 1920. Trong Thế chiến II, các phương pháp dựa trên lò nung thường được sử dụng để sản xuất số lượng lớn các bộ phận kim loại với chi phí và nhân công tối thiểu.
Nhu cầu của người tiêu dùng về máy điều hòa không khí trong những năm 1960 và 1970 đã tạo ra những ứng dụng mới cho phương pháp hàn cảm ứng. Trên thực tế, phương pháp hàn nhôm hàng loạt vào cuối những năm 1970 đã tạo ra nhiều thành phần có trong hệ thống điều hòa không khí trên ô tô ngày nay.
Rick Bausch, giám đốc bán hàng của Ambrell Corp., inTEST.temperature, lưu ý: “Không giống như hàn bằng đèn khò, hàn cảm ứng không tiếp xúc và giảm thiểu nguy cơ quá nhiệt”.
Theo Greg Holland, giám đốc bán hàng và vận hành tại eldec LLC, một hệ thống hàn cảm ứng tiêu chuẩn bao gồm ba thành phần. Đó là nguồn điện, đầu làm việc với cuộn dây cảm ứng và bộ làm mát hoặc hệ thống làm mát.
Nguồn điện được kết nối với đầu làm việc và các cuộn dây được thiết kế riêng để vừa khít với mối nối. Cuộn cảm có thể được làm từ thanh đặc, cáp mềm, phôi gia công hoặc in 3D từ hợp kim đồng dạng bột. Tuy nhiên, thông thường, nó được làm bằng ống đồng rỗng, qua đó nước chảy qua vì một số lý do. Một là để giữ cho cuộn dây mát bằng cách chống lại nhiệt do các bộ phận phản xạ trong quá trình hàn. Nước chảy cũng ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt trong các cuộn dây do sự hiện diện thường xuyên của dòng điện xoay chiều và quá trình truyền nhiệt không hiệu quả.
“Đôi khi, một bộ tập trung từ thông được đặt trên cuộn dây để tăng cường từ trường tại một hoặc nhiều điểm trong mối nối”, Holland giải thích. “Các bộ tập trung như vậy có thể là loại nhiều lớp, bao gồm các loại thép điện mỏng được xếp chặt với nhau hoặc các ống sắt từ chứa vật liệu sắt từ dạng bột và các liên kết điện môi được nén dưới áp suất cao. Sử dụng một trong hai Lợi ích của bộ tập trung là nó làm giảm thời gian chu kỳ bằng cách đưa nhiều năng lượng hơn vào các khu vực cụ thể của mối nối nhanh hơn, đồng thời giữ cho các khu vực khác mát hơn”.
Trước khi định vị các bộ phận kim loại để hàn cảm ứng, người vận hành cần thiết lập đúng tần số và mức công suất của hệ thống. Tần số có thể dao động từ 5 đến 500 kHz, tần số càng cao thì bề mặt nóng lên càng nhanh.
Nguồn điện thường có khả năng tạo ra hàng trăm kilowatt điện. Tuy nhiên, hàn một bộ phận có kích thước bằng lòng bàn tay trong 10 đến 15 giây chỉ cần 1 đến 5 kilowatt. Trong khi đó, các bộ phận lớn có thể cần 50 đến 100 kilowatt điện và mất tới 5 phút để hàn.
Bausch cho biết: “Theo nguyên tắc chung, các thành phần nhỏ hơn sử dụng ít điện năng hơn nhưng yêu cầu tần số cao hơn, chẳng hạn như 100 đến 300 kilohertz”. “Ngược lại, các thành phần lớn hơn yêu cầu nhiều điện năng hơn và tần số thấp hơn, thường dưới 100 kilohertz”.
Bất kể kích thước của chúng, các bộ phận kim loại cần phải được định vị chính xác trước khi được cố định. Cần phải cẩn thận để duy trì khoảng cách chặt giữa các kim loại cơ bản để cho phép hoạt động mao dẫn thích hợp của kim loại phụ đang chảy. Mối nối đối đầu, chồng mí và chồng mí là cách tốt nhất để đảm bảo khoảng hở này.
Có thể chấp nhận phương pháp truyền thống hoặc tự cố định. Các thiết bị cố định tiêu chuẩn nên được làm bằng vật liệu ít dẫn điện như thép không gỉ hoặc gốm sứ và chạm vào các bộ phận càng ít càng tốt.
Bằng cách thiết kế các bộ phận có đường nối liên kết, uốn cong, lõm hoặc khía, có thể tự cố định mà không cần hỗ trợ cơ học.
Các mối nối sau đó được làm sạch bằng miếng chà nhám hoặc dung môi để loại bỏ các chất gây ô nhiễm như dầu, mỡ, rỉ sét, cặn và bụi bẩn. Bước này càng làm tăng cường hiệu ứng mao dẫn của kim loại hàn nóng chảy kéo chính nó qua các bề mặt liền kề của mối nối.
Sau khi các bộ phận được lắp đúng vị trí và làm sạch, người vận hành sẽ bôi hợp chất hàn (thường là dạng sệt) vào mối hàn. Hợp chất này là hỗn hợp của kim loại phụ, thuốc trợ dung (để chống oxy hóa) và chất kết dính giữ kim loại và thuốc trợ dung với nhau trước khi nấu chảy.
Kim loại phụ và chất trợ dung dùng trong quá trình hàn được pha chế để chịu được nhiệt độ cao hơn so với các loại dùng trong hàn chì. Kim loại phụ dùng trong quá trình hàn chì nóng chảy ở nhiệt độ ít nhất là 842 F và cứng hơn khi nguội. Chúng bao gồm hợp kim nhôm-silicon, đồng, đồng-bạc, đồng thau, đồng thiếc, vàng-bạc, bạc và niken.
Sau đó, người vận hành sẽ định vị cuộn dây cảm ứng, có nhiều kiểu dáng khác nhau. Cuộn dây xoắn ốc có hình tròn hoặc hình bầu dục và bao quanh hoàn toàn bộ phận, trong khi cuộn dây hình chạc (hoặc hình kẹp) nằm ở mỗi bên của mối nối và cuộn dây kênh móc vào bộ phận. Các cuộn dây khác bao gồm Đường kính trong (ID), Đường kính trong/ngoài (OD), Hình bánh kếp, Mở và Nhiều vị trí.
Nhiệt độ đồng đều là điều cần thiết đối với các kết nối hàn chất lượng cao. Để làm được điều này, người vận hành cần đảm bảo khoảng cách thẳng đứng giữa mỗi vòng cuộn dây cảm ứng là nhỏ và khoảng cách ghép nối (chiều rộng khe hở từ đường kính ngoài đến đường kính trong của cuộn dây) vẫn đồng đều.
Tiếp theo, người vận hành bật nguồn để bắt đầu quá trình làm nóng mối nối. Quá trình này bao gồm việc truyền nhanh dòng điện xoay chiều tần số trung gian hoặc cao từ nguồn điện đến cuộn cảm để tạo ra từ trường xoay chiều xung quanh nó.
Từ trường tạo ra dòng điện trên bề mặt mối nối, tạo ra nhiệt để làm nóng chảy kim loại phụ, cho phép kim loại này chảy và làm ướt bề mặt của chi tiết kim loại, tạo ra liên kết bền chắc. Khi sử dụng cuộn dây nhiều vị trí, quá trình này có thể được thực hiện trên nhiều chi tiết cùng lúc.
Nên vệ sinh và kiểm tra lần cuối từng bộ phận hàn. Rửa các bộ phận bằng nước đun nóng ít nhất 120 độ F sẽ loại bỏ cặn thuốc hàn và mọi cặn hình thành trong quá trình hàn. Nên ngâm bộ phận vào nước sau khi kim loại hàn đã đông cứng nhưng cụm lắp ráp vẫn còn nóng.
Tùy thuộc vào bộ phận, kiểm tra tối thiểu có thể được tiếp nối bằng thử nghiệm phá hủy và không phá hủy. Các phương pháp NDT bao gồm kiểm tra bằng mắt thường và chụp X-quang, cũng như thử nghiệm rò rỉ và chống thấm. Các phương pháp thử nghiệm phá hủy phổ biến là thử nghiệm kim loại, bóc tách, kéo, cắt, mỏi, chuyển dịch và xoắn.
Holland cho biết: “Hàn cảm ứng đòi hỏi đầu tư vốn ban đầu lớn hơn so với phương pháp hàn khò, nhưng nó đáng giá vì bạn có được hiệu quả và khả năng kiểm soát cao hơn”. “Với cảm ứng, khi bạn cần nhiệt, bạn chỉ cần nhấn. Khi bạn không cần, bạn chỉ cần nhấn”.
Eldec sản xuất nhiều loại nguồn điện cho hàn cảm ứng, chẳng hạn như dòng tần số trung gian ECO LINE MF, có nhiều cấu hình khác nhau để phù hợp nhất với từng ứng dụng. Các nguồn điện này có công suất định mức từ 5 đến 150 kW và tần số từ 8 đến 40 Hz. Tất cả các mẫu đều có thể được trang bị tính năng tăng công suất cho phép người vận hành tăng mức công suất liên tục 100% thêm 50% trong vòng 3 phút. Các tính năng chính khác bao gồm điều khiển nhiệt độ nhiệt kế, máy ghi nhiệt độ và công tắc nguồn transistor lưỡng cực cổng cách điện. Các vật tư tiêu hao này ít cần bảo trì, hoạt động êm ái, có diện tích nhỏ và dễ dàng tích hợp với bộ điều khiển ô làm việc.
Các nhà sản xuất trong một số ngành công nghiệp ngày càng sử dụng phương pháp hàn cảm ứng để lắp ráp các bộ phận. Bausch chỉ ra rằng các nhà sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và thiết bị khai thác là những người sử dụng thiết bị hàn cảm ứng Ambrell nhiều nhất.
Bausch chỉ ra rằng “Số lượng các thành phần nhôm hàn cảm ứng trong ngành công nghiệp ô tô tiếp tục tăng do các sáng kiến ​​giảm trọng lượng”. “Trong ngành hàng không vũ trụ, niken và các loại miếng đệm mài mòn khác thường được hàn vào cánh quạt phản lực. Cả hai ngành công nghiệp cũng hàn cảm ứng nhiều loại phụ kiện ống thép”.
Cả sáu hệ thống EasyHeat của Ambrell đều có dải tần từ 150 đến 400 kHz và lý tưởng cho việc hàn cảm ứng các bộ phận nhỏ có nhiều hình dạng khác nhau. Các máy nhỏ gọn (0112 và 0224) cung cấp khả năng kiểm soát công suất với độ phân giải 25 watt; các mẫu trong dòng LI (3542, 5060, 7590, 8310) cung cấp khả năng kiểm soát với độ phân giải 50 watt.
Cả hai dòng đều có đầu làm việc có thể tháo rời, cách nguồn điện tới 10 feet. Các nút điều khiển trên bảng điều khiển phía trước của hệ thống có thể lập trình được, cho phép người dùng cuối xác định tối đa bốn cấu hình gia nhiệt khác nhau, mỗi cấu hình có tối đa năm bước thời gian và công suất. Có thể điều khiển nguồn từ xa bằng đầu vào tiếp điểm hoặc tương tự hoặc cổng dữ liệu nối tiếp tùy chọn.
Rich Cukelj, Giám đốc Phát triển Kinh doanh Fusion giải thích: “Khách hàng chính của chúng tôi về phương pháp hàn cảm ứng là các nhà sản xuất các bộ phận có chứa một số cacbon hoặc các bộ phận khối lượng lớn có chứa tỷ lệ sắt cao”. “Một số công ty này phục vụ cho ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, trong khi những công ty khác sản xuất súng, cụm dụng cụ cắt, vòi và cống ống nước hoặc khối phân phối điện và cầu chì”.
Fusion bán các hệ thống quay tùy chỉnh có thể hàn cảm ứng 100 đến 1.000 chi tiết mỗi giờ. Theo Cukelj, có thể đạt năng suất cao hơn đối với một loại chi tiết riêng lẻ hoặc một loạt chi tiết cụ thể. Các chi tiết này có kích thước từ 2 đến 14 inch vuông.
“Mỗi hệ thống đều có một bộ lập chỉ mục từ Stelron Components Inc. với 8, 10 hoặc 12 trạm làm việc”, Cukelj giải thích. “Một số trạm làm việc được sử dụng để hàn, trong khi những trạm khác được sử dụng để kiểm tra, sử dụng camera quan sát hoặc thiết bị đo laser hoặc thực hiện các thử nghiệm kéo để đảm bảo các mối hàn chất lượng cao”.
Holland cho biết các nhà sản xuất sử dụng nguồn điện ECO LINE tiêu chuẩn của eldec cho nhiều ứng dụng hàn cảm ứng khác nhau, chẳng hạn như lắp rôto và trục co ngót hoặc nối vỏ động cơ. Gần đây hơn, một mô hình 100 kW của máy phát điện này đã được sử dụng trong một ứng dụng linh kiện lớn liên quan đến việc hàn vòng mạch bằng đồng vào các kết nối vòi bằng đồng cho máy phát điện đập thủy điện.
Eldec cũng sản xuất bộ nguồn MiniMICO di động có thể dễ dàng di chuyển quanh nhà máy với dải tần số từ 10 đến 25 kHz. Hai năm trước, một nhà sản xuất ống trao đổi nhiệt ô tô đã sử dụng MiniMICO để hàn cảm ứng các khuỷu nối trở lại của mỗi ống. Một người đảm nhiệm toàn bộ công đoạn hàn và chỉ mất chưa đầy 30 giây để lắp ráp từng ống.
Jim là biên tập viên cao cấp tại ASSEMBLY với hơn 30 năm kinh nghiệm biên tập. Trước khi gia nhập ASSEMBLY, Camillo là Kỹ sư PM, biên tập viên của Tạp chí Hiệp hội Kỹ thuật Thiết bị và Tạp chí Phay. Jim có bằng tiếng Anh của Đại học DePaul.
Gửi Yêu cầu đề xuất (RFP) tới nhà cung cấp mà bạn lựa chọn và nhấp vào nút nêu chi tiết nhu cầu của bạn
Duyệt qua hướng dẫn mua hàng của chúng tôi để tìm nhà cung cấp mọi loại công nghệ lắp ráp, máy móc và hệ thống, nhà cung cấp dịch vụ và tổ chức thương mại.
Lean Six Sigma đã thúc đẩy những nỗ lực cải tiến liên tục trong nhiều thập kỷ, nhưng những thiếu sót của nó đã trở nên rõ ràng. Việc thu thập dữ liệu đòi hỏi nhiều công sức và chỉ có thể thu thập được những mẫu nhỏ. Giờ đây, dữ liệu có thể được thu thập trong thời gian dài và ở nhiều địa điểm với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các phương pháp thủ công cũ.
Robot ngày nay rẻ hơn và dễ sử dụng hơn bao giờ hết. Công nghệ này có sẵn ngay cả với các nhà sản xuất vừa và nhỏ. Hãy lắng nghe cuộc thảo luận độc quyền này có sự tham gia của các giám đốc điều hành từ bốn nhà cung cấp robot hàng đầu của Mỹ: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America và Universal Robots.