Soldeer aluminiumbuisies met induksieverhitting

Induksie-soldeerpype van aluminium met hoë frekwensie-induksieverhitting

Die nuwe toepassingsgebiede van induksie verwarming moet die temperatuurverspreiding binne die verhitte komponente ontleed word, met inagneming van die ooreenstemmende strukture en die materiaaleienskappe. Die eindige element-metode (FEM) bied 'n kragtige instrument om sulke ontledings en optimalisering van induksieverwarmingsprosesse uit te voer deur gekoppelde elektromagnetiese en termiese numeriese ontledings en simulasies.

Die hoofdoel van hierdie bydrae is om die moontlikheid aan te dui van die toepaslike, gesofistikeerde en doeltreffende induksie-solderingstegnologie vir die vervaardiging van sonkollektore gebaseer op numeriese simulasie en uitgevoerde eksperimente.

Probleem beskrywing

Hierdie werk handel oor die ontwerp van komponente vir sonopvangers wat geskik is vir die soldeerproses, naamlik die dele van die opvangbuis (Fig. 1a). Buisies word vervaardig van die Al-legering van die AW 3000-tipe met die chemiese samestelling in Tabel 1. Vir soldeerwerk word die legering van die Al 104-tipe gebruik (Tabel 2) tesame met die vloeistof Braze Tec 32/80, waarvan die residue nie is nie. -korrosief. Die temperatuurinterval tussen solidus- en liquidustemperature vir die Al 104-soldeerlegering wissel van 575 ° C tot 585 ° C. Die soliede temperatuur van die buismateriaal is 650 ° C.

Tabel 1 Chemiese samestelling van AW 3000-legering [gew. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Al
0.05-0.15 0.06-0.35 Max. 0.1 0.3-0.6 0.02-0.20 0.05-0.3 Max. 0.25 balanseer

Tabel 2 Chemiese samestelling van die soldeerlegering van die Al 104-tipe [wt. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
11-13 0.6 Max. 0.3 0.15 0.1 0.2 Max. 0.15 balanseer

Die soldeerproses veronderstel die toepassing van induksieverhitting. Dit is nodig om die stelsel van induksieverwarming so te ontwerp dat soldeertemperature op dieselfde tyd in die voegsone (gesoldeerde metale - soldeerlegering) bereik moet word. Vanuit hierdie oogpunt is 'n goeie keuse van induksiespoel, sy meetkunde en werkparameters (veral die frekwensie en die bronstroom) baie belangrik. Die vorm en afmetings van die ontwerpte koper watergekoelde induksiespoel word in Figuur 1b getoon

Die effek van relevante parameters van induksieverhitting op die temperatuurverspreiding in die gesoldeerde dele is beoordeel aan die hand van die numeriese simulasie van induksieverwarming met behulp van die programkode ANSYS 10.0.

Simulasie model

In ooreenstemming met die metode van oplossing van gekoppelde elektromagnetiese en termiese probleme deur FEM met behulp van die ANSYS 10.0 sagteware [3-5], is die simulasiemodel van induksieverwarmingsproses vir soldeer ontwikkel, insluitend geometriese, fisiese en aanvanklike en randtoestande. Die hoofdoel van numeriese simulasie was om die optimale parameters van induksieverwarming (die frekwensie en die bronstroom) te definieer om die vereiste temperatuurverdeling in die sone van gewrigsvorming te bereik.

Voorgestelde 3D-model (Fig. 2) vir elektromagnetiese analise bestaan ​​uit die model buise, soldeerlegering, watergekoelde induksiespoel en omliggende lug (nie in Fig. 2 getoon nie). In die termiese ontleding is slegs die buise en die soldeerlegering in ag geneem. 'N Detail van die gaas wat gegenereer word uit die lineêre elemente met 8 knope in die sone van die vorming van die gewrig word in Fig. 2b geïllustreer.

Fig. 2 a) Meetkundige model vir elektromagnetiese analise sonder omringende lug en b) detail van die 3D-gaas wat in die sone van gewrigsvorming gegenereer is. Die temperatuurafhanklikhede van elektriese en termiese eienskappe van AW 3000-legering en Al 104-soldeerlegering is verkry met behulp van JMatPro sagteware [6]. As gevolg van die feit dat die toegepaste materiale nie-magneties is nie, is die relatiewe deurlaatbaarheid daarvan µr = 1.

Die aanvanklike temperatuur van gesoldeerde materiale was 20 ° C. Daar is veronderstel om perfekte elektriese en termiese kontakte op die grensoppervlakke van materiale te hê. Die frekwensie van die bronstroom in die induksiespoel sou 350 kHz wees. Die waarde van die bronstroom is gedefinieer vanaf die interval van 600 A tot 700 A. Die afkoeling van die gesoldeerde buise deur vrye konveksie en bestraling na die lug met die temperatuur van 20 ° C is in ag geneem. Die gekombineerde hitte-oordragkoëffisiënt is afhanklik van die oppervlaktemperatuur van gesoldeerde dele. In Fig. 3 word die temperatuurverdeling in gesoldeerde komponente na die bereiking van die vereiste temperature in die gewrigsone getoon vir gekose waardes van toegepaste bronstrome in induksie verwarming spoel. Dit lyk of die tyd van 36 sekondes met behulp van die bronstroom van 600 A redelik lank is. Die vinnige verhitting van die bronstroom van 700 A kan nie voldoende wees vir die smelt van die Al 104-soldeerlegering nie. Om hierdie rede word die bronstroom van ongeveer 620 A tot 640 A aanbeveel wat lei tot die soldeertye van 25 tot 27.5 sekondes ...

Soldeer aluminiumbuisies met induksieverhitting