W celu zwiększenia wydajności i zmniejszenia efektu termicznego ogrzewania metalu lutowanie indukcyjne proponowana jest technologia. Zaletą tej technologii jest przede wszystkim dokładna lokalizacja ogrzewania dostarczanego do lutowanych połączeń. Na podstawie wyników symulacji numerycznej możliwe było zaprojektowanie parametrów niezbędnych do osiągnięcia temperatury lutowania w pożądanym czasie. Celem było zminimalizowanie tego czasu, aby uniknąć niepożądanego wpływu termicznego na metale podczas łączenia metalurgicznego.Wyniki symulacji numerycznej wykazały, że zwiększenie częstotliwości prądu spowodowało koncentrację maksymalnych temperatur w obszarach powierzchni łączonych metali. Wraz ze wzrostem natężenia prądu zaobserwowano skrócenie czasu potrzebnego do osiągnięcia temperatury lutowania.
Zalety lutowania indukcyjnego aluminium w porównaniu z lutowaniem palnikiem lub płomieniem
Niska temperatura topnienia aluminium w połączeniu z wąskim zakresem temperatur stosowanych stopów lutowniczych stanowi wyzwanie podczas lutowania palnikiem. Brak zmiany koloru podczas podgrzewania aluminium nie zapewnia operatorom lutowania żadnych wizualnych wskazań, że aluminium osiągnęło odpowiednią temperaturę lutowania. Operatorzy lutowania wprowadzają szereg zmiennych podczas lutowania palnikiem. Należą do nich ustawienia palnika i rodzaj płomienia, odległość od palnika do lutowanych części, położenie płomienia względem łączonych części i wiele innych.
Powody, dla których warto rozważyć użycie ogrzewanie indukcyjne podczas lutowania aluminium obejmują:
- Szybkie nagrzewanie
- Kontrolowane, precyzyjne sterowanie ciepłem
- Selektywne (zlokalizowane) ciepło
- Możliwość dostosowania i integracji linii produkcyjnej
- Ulepszona żywotność i prostota
- Powtarzalne, niezawodne połączenia lutowane
- Zwiększone bezpieczeństwo
Skuteczne lutowanie indukcyjne elementów aluminiowych jest w dużym stopniu zależne od projektowania indukcyjne cewki grzewcze aby skupić elektromagnetyczną energię cieplną na obszarach, które mają być lutowane i równomiernie je podgrzać, tak aby stop lutowniczy stopił się i płynął prawidłowo. Nieprawidłowo zaprojektowane cewki indukcyjne mogą spowodować, że niektóre obszary zostaną przegrzane, a inne nie otrzymają wystarczającej ilości energii cieplnej, co spowoduje niekompletne połączenie lutowane.
W przypadku typowego lutowanego połączenia rur aluminiowych, operator instaluje aluminiowy pierścień lutowniczy, często zawierający topnik, na rurze aluminiowej i wkłada go do innej rozszerzonej rury lub złączki blokowej. Części są następnie umieszczane w cewce indukcyjnej i podgrzewane. W normalnym procesie, lutowane metale wypełniające topią się i wpływają do złącza dzięki działaniu kapilarnemu.
Dlaczego lutowanie indukcyjne vs. lutowanie palnikiem elementów aluminiowych?
Na początek trochę informacji na temat popularnych obecnie stopów aluminium oraz lutów aluminiowych i stopów lutowniczych używanych do ich łączenia. Lutowanie elementów aluminiowych jest znacznie trudniejsze niż lutowanie elementów miedzianych. Miedź topi się w temperaturze 1083°C (1980°F) i zmienia kolor podczas podgrzewania. Stopy aluminium często stosowane w systemach HVAC zaczynają się topić w temperaturze około 643°C (1190°F) i nie dostarczają żadnych wizualnych wskazówek, takich jak zmiany koloru, podczas nagrzewania.
Wymagana jest bardzo precyzyjna kontrola temperatury, ponieważ różnica w temperaturach topnienia i lutowania aluminium zależy od metalu bazowego aluminium, lutowanego metalu wypełniającego i masy lutowanych elementów. Na przykład, różnica temperatur między temperaturą solidus dwóch popularnych stopów aluminium, aluminium serii 3003 i aluminium serii 6061, a temperaturą cieczy często stosowanego stopu lutowniczego BAlSi-4 wynosi 20°F - bardzo wąskie okno temperaturowe procesu, co wymaga precyzyjnej kontroli. Wybór stopów bazowych jest niezwykle ważny w przypadku lutowanych systemów aluminiowych. Najlepszą praktyką jest lutowanie w temperaturze, która jest niższa od temperatury krzepnięcia stopów tworzących lutowane elementy.
| AWS A5.8 Klasyfikacja | Nominalny skład chemiczny | Solidus °F (°C) | Liquidus °F(°C) | Temperatura lutowania |
| BAISi-3 | 86% Al 10%Si 4%Cu | 970 (521) | 1085 (855) | 1085~1120 °F |
| BAISI-4 | 88% aL 12%Si | 1070 (577) | 1080 (582) | 1080~1120 °F |
| 78 Zn 22%Al | 826 (441) | 905(471) | 905~950 °F | |
| 98% Zn 2%Al | 715(379) | 725(385) | 725~765 °F |
Należy zauważyć, że korozja galwaniczna może wystąpić między obszarami bogatymi w cynk i aluminium. Jak zauważono na wykresie galwanicznym na rysunku 1, cynk jest mniej szlachetny i ma tendencję do anodowania w porównaniu do aluminium. Im niższa różnica potencjałów, tym niższa szybkość korozji. Różnica potencjałów między cynkiem a aluminium jest minimalna w porównaniu z potencjałem między aluminium a miedzią.
Innym zjawiskiem występującym podczas lutowania aluminium ze stopem cynku jest korozja wżerowa. Miejscowa korozja komórkowa lub wżerowa może wystąpić na każdym metalu. Aluminium jest zwykle chronione przez twardą, cienką warstwę, która tworzy się na powierzchni, gdy jest wystawione na działanie tlenu (tlenek glinu), ale gdy topnik usuwa tę ochronną warstwę tlenku, może dojść do rozpuszczenia aluminium. Im dłużej metal spoiwa pozostaje stopiony, tym poważniejsze jest rozpuszczanie.
Aluminium tworzy twardą warstwę tlenku podczas lutowania, więc użycie topnika jest niezbędne. Topnikowanie elementów aluminiowych może być wykonywane oddzielnie przed lutowaniem lub stop aluminium zawierający topnik może być włączony do procesu lutowania. W zależności od rodzaju zastosowanego topnika (korozyjny vs. niekorozyjny), może być wymagany dodatkowy krok, jeśli pozostałości topnika muszą zostać usunięte po lutowaniu. Skonsultuj się z producentem lutu i topnika, aby uzyskać zalecenia dotyczące stopu lutowniczego i topnika w oparciu o łączone materiały i oczekiwane temperatury lutowania.