感應銅焊鋁管組件
描述
目標
本案例研究將探討 感應銅焊 汽車製造中鋁管組件的接合技術。具體目標是開發可靠、高效且可重複的鋁管和配件銅焊製程，以生產高品質的汽車冷卻系統組件。
設備配置
感應銅焊系統採用了以下設備：
- 電源供應器: DW-UHF-10kW 感應加熱器 頻率範圍 350-500 kHz
- 操作頻率:433 kHz（針對鋁加熱進行了優化）
- 感應線圈:客製化設計的單位多圈盤管
- 熱監測:非接觸式紅外線溫度感測器
- 夾具:客製化設計的定位夾具，可確保零件位置一致
材料規格
- 主要元件:鋁管 (6061-T6 合金) 及鋁配件 (6063 合金)
- 管子尺寸:外徑 32 公釐，壁厚 1.5 公釐
- 銅焊合金:鋁-硅-鎂填充金屬 (4047 合金)
- 通量:非腐蝕性鋁钎劑
製程參數
- 目標溫度:1100°F (593°C)
- 加熱時間：22 秒達到銅焊溫度
- 停留時間銅焊溫度：8 秒
- 冷卻方式:強制風冷
- 週期時間:總計 45 秒 (包括零件處理)
測試與資料分析
| 參數 | 測試 1 | 測試 2 | 測試 3 | 測試 4 | 測試 5 | 平均值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 加熱時間 (s) | 23.2 | 21.8 | 22.5 | 21.9 | 22.6 | 22.0 |
| 最高溫度 (°F) | 1103 | 1097 | 1102 | 1099 | 1101 | 1100.4 |
| 溫度均勻性 (±°F) | 12 | 15 | 11 | 14 | 13 | 13 |
| 耗電量 (kW) | 8.7 | 8.9 | 8.8 | 8.7 | 8.9 | 8.8 |
| 接頭拉伸強度 (MPa) | 168 | 172 | 170 | 169 | 171 | 170 |
| 洩漏測試合格率 (%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 接合截面品質* | 4.8 | 4.7 | 4.9 | 4.8 | 4.8 | 4.8 |
*品質評分標準：1-5 (5 代表完美的填充滲透與分佈)
製程驗證
銅焊接點的金相檢驗顯示，填充金屬的流動性和滲透性一致，空隙或雜質極少。壓力測試證實所有樣品都超過所需的 1.5 倍工作壓力規格。定制薄餅線圈設計提供的加熱模式確保了接合區域周圍均勻的溫度分佈，防止了局部過熱。
鋁管組裝感應銅焊的優點
| 效益 | 說明 | 量化結果 |
|---|---|---|
| 生產效率 | 與火焰銅焊相比，週期時間縮短 | 68% 縮短製程時間 |
| 能源效率 | 只在需要的地方精確傳輸能量 | 42% 與熔爐銅焊的節能比較 |
| 品質改善 | 接頭品質穩定，瑕疵最少 | 缺陷率從 3.2% 降至 0.3% |
| 工作場所安全 | 無明火或燃燒氣體 | 零安全事故記錄 |
| 製程控制 | 精確的溫度控制與重複性 | 溫度變化在±13°F 以內 |
| 環境影響 | 無燃燒排放，減少通量使用 | 65% 減少有害廢棄物 |
| 營運彈性 | 不同零件幾何形狀之間的快速轉換 | 設定時間減少 74% |
| 自動化相容性 | 可輕鬆與機械人處理系統整合 | 勞工成本減少 38% |
| 空間利用率 | 設備佔地面積小 | 56% 減少生產佔地面積 |
| 成本節省 | 降低整體生產成本 | 27% 總單位成本減少 |
總結
實施 鋁管組件的感應銅焊 已證明在此汽車應用中非常成功。以 453 kHz 運作的客製設計系統提供精確的加熱控制，以持續達到 1100°F (593°C) 的目標溫度。此製程的可靠性極佳，洩漏測試合格率高達 100%，且接頭品質優異。在生產效率、品質改善和成本降低方面的優勢，使這項技術成為汽車鋁部件傳統銅焊方法的優越替代方案。
