Mematri Aluminium Induksi dengan Bantuan Komputer
Induksi mematri aluminium menjadi semakin umum dalam industri. Contoh tipikal adalah mematri berbagai pipa ke badan penukar panas otomotif. The kumparan pemanas induksi yang banyak digunakan untuk jenis proses ini adalah yang tidak melingkari, yang dapat disebut sebagai gaya "Horseshoe-hairpin". Untuk kumparan ini, medan magnet dan distribusi arus pusar yang dihasilkan pada dasarnya bersifat 3-D. Dalam aplikasi ini, terdapat masalah dengan kualitas sambungan dan konsistensi hasil dari satu bagian ke bagian lainnya. Untuk memecahkan salah satu masalah tersebut untuk produsen otomotif besar, program simulasi komputer Flux3D digunakan untuk studi proses dan pengoptimalan. Pengoptimalan termasuk mengubah konfigurasi koil induksi dan pengontrol fluks magnetik. Kumparan induksi baru, yang telah divalidasi secara eksperimental di laboratorium, menghasilkan suku cadang dengan sambungan berkualitas lebih tinggi di beberapa lokasi produksi.
Setiap mobil membutuhkan beberapa penukar panas yang berbeda (inti pemanas, evaporator, kondensor, radiator, dll.) untuk pendinginan powertrain, AC, pendingin oli, dll. Sebagian besar penukar panas mobil penumpang saat ini terbuat dari aluminium atau paduan aluminium. Bahkan jika mesin yang sama digunakan untuk beberapa model mobil, koneksi dapat bervariasi karena tata letak yang berbeda di bawah kap mesin. Untuk alasan ini, merupakan praktik standar bagi produsen suku cadang untuk membuat beberapa badan penukar panas dasar dan kemudian memasang konektor yang berbeda dalam operasi sekunder.
Badan penukar panas biasanya terdiri dari sirip aluminium, tabung, dan header yang dipatri bersama di dalam tungku. Setelah mematri, penukar panas disesuaikan untuk model mobil yang diberikan dengan memasang tangki nilon atau pipa aluminium yang paling umum berbeda dengan blok koneksi. Pipa-pipa ini dipasang dengan pengelasan MIG, api atau mematri induksi. Dalam kasus mematri, kontrol suhu yang sangat tepat diperlukan karena perbedaan kecil dalam suhu leleh dan mematri untuk aluminium (20-50 C tergantung pada paduan, logam pengisi dan atmosfer), konduktivitas termal yang tinggi dari aluminium dan jarak yang dekat dengan sambungan lain yang dipatri pada operasi sebelumnya.
Pemanasan induksi adalah metode umum untuk mematri berbagai pipa ke header penukar panas. Gambar 1 adalah gambar dari sebuah mematri induksi penyiapan untuk mematri pipa ke tabung pada header penukar panas. Karena persyaratan untuk pemanasan yang tepat, permukaan koil induksi harus dekat dengan sambungan yang akan dibrazing. Oleh karena itu kumparan silinder sederhana tidak dapat digunakan, karena bagian tersebut tidak dapat dilepas setelah sambungan dipatri.
Ada dua gaya kumparan induksi utama yang digunakan untuk mematri sambungan ini: induktor gaya "kulit kerang" dan "jepit rambut tapal kuda". Induktor "kulit kerang" mirip dengan induktor silinder, tetapi terbuka untuk memungkinkan pelepasan bagian. Induktor "tapal kuda-jepit rambut" berbentuk seperti tapal kuda untuk memuat bagian dan pada dasarnya adalah dua kumparan jepit rambut di sisi berlawanan dari sambungan.
Keuntungan menggunakan induktor "Clamshell" adalah pemanasannya lebih seragam dalam keliling dan relatif mudah diprediksi. Kerugian dari induktor "Clamshell" adalah bahwa sistem mekanis yang diperlukan lebih rumit dan kontak arus tinggi relatif tidak dapat diandalkan.
Induktor "Horseshoe-hairpin" menghasilkan pola panas 3-D yang lebih rumit daripada "Clamshell". Keuntungan dari induktor gaya "Horseshoe-hairpin" adalah bahwa penanganan komponen disederhanakan.
Simulasi komputer mengoptimalkan mematri
Sebuah produsen penukar panas besar mengalami masalah kualitas dengan mematri sambungan yang ditunjukkan pada Gbr. 1 menggunakan induktor gaya tapal kuda. Sambungan brazing baik untuk sebagian besar bagian, tetapi pemanasan akan sangat berbeda untuk beberapa bagian, menghasilkan kedalaman sambungan yang tidak mencukupi, sambungan dingin, dan logam pengisi yang mengalir ke dinding pipa karena panas berlebih. Bahkan dengan pengujian setiap penukar panas untuk kebocoran, beberapa bagian masih bocor pada sambungan ini dalam pelayanan. Centre for Induction Technology Inc. dikontrak untuk menganalisis dan memecahkan masalah tersebut.
Catu daya yang digunakan untuk pekerjaan ini memiliki frekuensi variabel 10 hingga 25 kHz dan daya pengenal 60 kW. Dalam proses mematri, seorang operator memasang cincin logam pengisi pada ujung pipa dan memasukkan pipa ke dalam tabung. Penukar panas ditempatkan pada rig khusus dan dipindahkan ke dalam induktor tapal kuda.
Seluruh area mematri sudah diawali. Frekuensi yang digunakan untuk memanaskan komponen biasanya adalah 12 hingga 15 kHz, dan waktu pemanasan sekitar 20 detik. Tingkat daya diprogram dengan pengurangan linier pada akhir siklus pemanasan. Pirometer optik mematikan daya ketika suhu di sisi belakang sambungan mencapai nilai yang telah ditetapkan.
Ada banyak faktor yang dapat menyebabkan ketidakkonsistenan yang dialami produsen, seperti variasi komponen sambungan (dimensi dan posisi) dan kontak listrik dan termal yang tidak stabil dan berubah-ubah (dalam waktu) antara tabung, pipa, cincin pengisi, dll. Beberapa fenomena pada dasarnya tidak stabil, dan variasi kecil dari faktor-faktor ini dapat menyebabkan dinamika proses yang berbeda. Misalnya, cincin logam pengisi terbuka dapat terlepas sebagian di bawah gaya elektromagnetik, dan ujung cincin yang bebas dapat tersedot kembali oleh gaya kapiler atau tetap tidak meleleh. Faktor kebisingan sulit untuk dikurangi atau dihilangkan, dan solusi untuk masalah ini memerlukan peningkatan ketahanan proses total. Simulasi komputer adalah alat yang efektif untuk menganalisis dan mengoptimalkan proses.
Selama evaluasi proses mematri, gaya elektrodinamika yang kuat teramati. Pada saat daya dihidupkan, kumparan tapal kuda secara jelas mengalami pemuaian akibat penerapan gaya elektrodinamis yang tiba-tiba. Oleh karena itu, induktor dibuat lebih kuat secara mekanis, termasuk menyatukan pelat fiberglass (G10) tambahan yang menghubungkan akar dua kumparan jepit rambut. Demonstrasi lain dari gaya elektrodinamis yang ada adalah pergeseran logam pengisi cair menjauh dari area yang dekat dengan lilitan tembaga di mana medan magnetnya lebih kuat. Dalam proses normal, logam pengisi terdistribusi secara seragam di sekitar sambungan karena gaya kapiler dan gravitasi, berbeda dengan proses abnormal di mana logam pengisi dapat kehabisan sambungan atau bergerak ke atas di sepanjang permukaan pipa.
Karena mematri aluminium induksi adalah proses yang sangat rumit, tidak mungkin mengharapkan simulasi yang akurat dari seluruh rantai fenomena yang saling berpasangan (elektromagnetik, termal, mekanis, hidrodinamis, dan metalurgi). Proses yang paling penting dan dapat dikontrol adalah pembangkitan sumber panas elektromagnetik, yang dianalisis dengan menggunakan program Flux 3D. Karena sifat kompleks dari proses mematri induksi, kombinasi simulasi komputer dan eksperimen digunakan untuk desain dan optimasi proses.
