Лемљење алуминијумских цеви индукционим грејањем

Индукционо лемљење алуминијумских цеви са високофреквентним индукционим грејањем

Нова подручја примене на индукција грејање захтевају анализу расподеле температуре унутар загрејаних компонената узимајући у обзир одговарајуће структуре и својства материјала. Метода коначних елемената (МКЕ) пружа моћан алат за извођење таквих анализа и оптимизацију индукционих процеса грејања кроз повезане електромагнетне и термичке нумеричке анализе и симулације.

Главни циљ овог доприноса је да укаже на могућност примене одговарајуће, софистициране и ефикасне технологије индукционог лемљења за производњу соларних колектора на основу нумеричке симулације и изведених експеримената.

Опис проблема

Овај рад се бави дизајном компонената за соларне колекторе погодних за поступак лемљења, односно делова сабирних цеви (слика 1а). Цеви су направљене од легуре Ал типа АВ 3000 са хемијским саставом датим у табели 1. За лемљење користи се легура типа Ал 104 (табела 2) заједно са флуксом Бразе Тец 32/80 чији остаци нису -један. Температурни интервал између температуре солидуса и ликуидуса за легуру лемљења Ал 104 креће се од 575 ° Ц до 585 ° Ц. Температура солидуса материјала цеви је 650 ° Ц.

Табела 1 Хемијски састав легуре АВ 3000 [мас. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Al
0.05-0.15 0.06-0.35 мак 0.1 0.3-0.6 0.02-0.20 0.05-0.3 мак 0.25 равнотежу

Табела 2 Хемијски састав легуре за лемљење типа Ал 104 [теж. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
11-13 0.6 мак 0.3 0.15 0.1 0.2 мак 0.15 равнотежу

Процес лемљења претпоставља примену индукционог загревања. Потребно је осмислити систем индукционог загревања тако да истовремено треба постићи температуре лемљења у зони фуге (лемљени метали - легура за лемљење). С ове тачке гледишта, правилан избор индукционе завојнице, њене геометрије и радних параметара (углавном фреквенције и струје извора) је веома важан. Облик и димензије пројектованог бакарног индукционог калема хлађеног водом, приказани су на слици 1б

Утицај релевантних параметара индукционог загревања на расподелу температуре у лемљеним деловима процењен је помоћу нумеричке симулације индукционог загревања применом програмског кода АНСИС 10.0.

Симулациони модел

У складу са методологијом решавања спрегнутих електромагнетних и топлотних проблема помоћу МКЕ помоћу софтвера АНСИС 10.0 [3-5], развијен је симулациони модел процеса индукционог загревања за лемљење, укључујући геометријске, физичке и почетне и граничне услове. Главни циљ нумеричке симулације био је дефинисање оптималних параметара индукционог загревања (фреквенција и струја извора) за постизање потребне расподеле температуре у зони формирања спојева.

Предложени 3Д-модел (слика 2) за електромагнетну анализу састоји се од модела цеви, легуре за лемљење, индукционе завојнице хлађене водом и околног ваздуха (није приказан на слици 2). У термичкој анализи узете су у обзир само цеви и легура за лемљење. Детаљи мреже генерисане од линеарних елемената са 8 чворова у зони формирања спојева илустровани су на слици 2б.

Слика 2 а) Геометријски модел за електромагнетну анализу без околног ваздуха и б) детаљ 3Д мреже генерисане у зони формирања спојева. Температурне зависности електричних и топлотних својстава легуре АВ 3000 и легуре лемљења Ал 104 добијене су помоћу ЈМатПро софтвер [6]. Следећи из чињенице да су нанети материјали немагнетни, њихова релативна пропустљивост µr = КСНУМКС.

Почетна температура лемљених материјала била је 20 ° Ц. Претпостављали су се савршени електрични и топлотни контакти на граничним површинама материјала. Учесталост струје извора у индукционој завојници требало је да буде 350 кХз. Вредност изворне струје дефинисана је из интервала од 600 А до 700 А. У обзир се узимало хлађење лемљених цеви слободном конвекцијом и зрачењем у ваздух са температуром од 20 ° Ц. Дефинисан је комбиновани коефицијент преноса топлоте у зависности од температуре површине лемљених делова. На слици 3. приказана је расподела температуре у компонентама за лемљење након постизања потребних температура у зони споја за изабране вредности примењених струја извора у индукциони калем за загревање. Чини се да је време од 36 секунди уз коришћење изворне струје од 600 А прилично дуго. Брзо загревање применом изворне струје од 700 А не може бити довољно за топљење легуре лемљења Ал 104. Из тог разлога се препоручује изворна струја приближно на нивоу од 620 А до 640 А, што доводи до времена лемљења од 25 до 27.5 секунди ...

Лемљење алуминијумских цеви индукционим грејањем

=