Brasagem por indução de tubo de aço inoxidável a uma base

Brasagem por indução de tubo de aço inoxidável a uma base

Objetivo:

Brasagem por indução foi utilizado para unir um tubo de aço inoxidável (OD: 45mm, ID: 42mm) a uma base metálica compatível. O objetivo era obter uma ligação forte e sem fugas, com uma elevada integridade da junta, adequada a tensões mecânicas e térmicas. O caso também visava otimizar os parâmetros de brasagem, incluindo a potência, a frequência, o design da bobina, a seleção do metal de adição e o tempo de brasagem, mantendo a eficiência de custos e minimizando a distorção térmica.

Equipamento:

1. Máquina de brasagem por indução
   • Modelo: Sistema de brasagem por indução de 10kW
   • Gama de frequências: 300-800kHz
2. Bobina de indução personalizada
   • Concebida especificamente para se adaptar à geometria e aos requisitos de aquecimento do tubo de aço inoxidável e da ligação da base.
3. Sistema de arrefecimento
   • Sistema de arrefecimento a água para evitar o sobreaquecimento do equipamento de indução e estabilizar a temperatura durante o funcionamento contínuo.
4. Dispositivos de fixação e ferramentas de posicionamento
   • Gabarito e dispositivos para alinhar o tubo de aço inoxidável e a base com precisão durante a brasagem.

Materiais:

1. Tubo de aço inoxidável
   • Diâmetro exterior: 45mm
   • Diâmetro interior: 42 mm
   • Grau do material: AISI 304 (selecionado pela sua resistência à corrosão e resistência mecânica).
2. Material de base
   • Base de aço macio (aço-carbono), utilizada pela sua adequação económica e compatibilidade com tubos de aço inoxidável para brasagem.
3. Metal de enchimento
   • Metal de enchimento: BAg-7 (liga à base de prata com um teor aproximado de prata de 56%, que oferece um excelente fluxo capilar e compatibilidade com o aço inoxidável).
   • Intervalo de fusão: 630-660°C.
4. Fluxo
   • Tipo: Fluxo à base de fluoreto; utilizado para remover óxidos e promover a aderência do enchimento à base e ao tubo de aço inoxidável.

Ensaio de brasagem:

1. Seleção de potência e frequência
   • A potência de 7kW foi determinado experimentalmente como sendo o ideal para aquecer a área da junta sem sobreaquecer outras partes do conjunto.
   • O a frequência de funcionamento foi fixada em 400kHz para assegurar um aquecimento eficiente do material de aço inoxidável com a bobina.
2. Design da bobina de indução
   • Foi utilizada uma bobina helicoidal de dupla volta para concentrar o calor na área da junta, garantindo um aquecimento uniforme do tubo de aço inoxidável e da base em simultâneo.
   • O diâmetro da bobina foi concebido de modo a proporcionar uma folga de 3-5 mm em todos os lados do tubo para um acoplamento uniforme da indução.
3. Posicionamento da junta de teste
   • O tubo de aço inoxidável (45 mm de diâmetro externo) foi alinhado com precisão com a base para garantir um espaço uniforme de 0,1-0,2 mm para a ação capilar do material de enchimento.
4. Controlo da temperatura
   • Um pirómetro assegurou que a temperatura da junta atingisse e mantivesse aproximadamente 650°C.
5. Tempo de brasagem
   • Os ensaios identificaram um tempo de brasagem ótimo de 10 segundospermitindo que a junta atinja o limiar de temperatura adequado para a fusão e adesão do metal de adição sem exposição excessiva ao calor.

Passos de brasagem:

1. Preparação
   • Limpei cuidadosamente a superfície do tubo e da base de aço inoxidável para remover óleo, sujidade e óxidos.
   • Aplicar uniformemente o fluxo à base de flúor nas superfícies das juntas.
2. Montagem e posicionamento de fixações
   • O tubo de aço inoxidável foi colocado na base, com uma junta sobreposta para maximizar a resistência. Os dispositivos de fixação mantiveram o conjunto estável durante o processo.
3. Aquecimento por indução
   • A máquina de indução aplicou 7kW de potência a 400kHz. O aquecimento exato foi concentrado na junta, onde a bobina envolvia o tubo e a base.
4. Aplicação de material de enchimento
   • Quando a temperatura se aproximou dos 650°C, a liga de enchimento foi aplicada à junta. A ação capilar atraiu o material de enchimento fundido para a fenda da junta.
5. Arrefecimento
   • Após a brasagem, o conjunto foi deixado arrefecer naturalmente para evitar choques térmicos.

Resultados/Benefícios:

1. Força das articulações
   • A junta soldada foi submetida a testes de tração e excedeu os requisitos de carga mecânica por uma margem de 15%, obtendo uma ligação forte e à prova de fugas, adequada para aplicações pressurizadas.
2. Integridade térmica
   • O processo minimizou a distorção térmica, preservando a precisão dimensional do tubo e da base de aço inoxidável.
3. Eficiência
   • O processo de brasagem foi concluído em 10 segundos de aquecimentodemonstrando uma elevada produtividade com um consumo mínimo de energia.
4. Acabamento elegante
   • A junta tinha um acabamento limpo devido ao aquecimento correto, à distribuição do material de enchimento e ao mínimo de resíduos de fluxo. A limpeza pós-brasagem foi mínima.

Aquecimento por indução Fornece:

1. Aquecimento preciso e local:
   O sistema de indução forneceu calor direta e uniformemente à área da junta sem afetar as secções adjacentes, reduzindo o stress térmico e preservando as propriedades do material.
2. Controlo de processos:
   O controlo preciso da temperatura, potência e frequência assegurou uma qualidade consistente das juntas e permitiu a otimização para diferentes cenários de produção.
3. Repetibilidade:
   O processo de indução assegurou resultados consistentes com uma variação mínima entre juntas, tornando-o altamente fiável para uma utilização industrial em grande escala.
4. Eficiência energética:
   O sistema de indução de 10kW alcançou uma elevada eficiência de aquecimento, reduzindo significativamente o consumo de energia em comparação com métodos de brasagem alternativos, como a brasagem em forno.
5. Segurança e limpeza:
   O aquecimento por indução eliminou as chamas abertas, reduzindo os riscos no local de trabalho e proporcionando um ambiente de processo mais limpo.

Análise de dados e estatística:

Este caixa de brasagem por indução demonstrou a eficácia e a precisão do método na criação de juntas de alta qualidade em aplicações exigentes de aço inoxidável. A análise detalhada e a otimização de todos os parâmetros do processo garantiram o sucesso da operação de brasagem, maximizando a eficiência e a produtividade.