Ամրապնդող ալյումինե խողովակներ ինդուկցիոն տաքացումով

Բարձր հաճախականության ինդուկցիոն տաքացումով ալյումինե խողովակներ ինդուկցիոն ճարմանդով

Վեպը կիրառում է տարածքների ներածություն ջեռուցում պահանջում են վերլուծել ջեռուցվող բաղադրիչների ներսում ջերմաստիճանի բաշխումը `հաշվի առնելով համապատասխան կառույցները և նյութի հատկությունները: Վերջավոր տարրերի մեթոդը (FEM) ապահովում է հզոր գործիք `նման վերլուծություններ կատարելու և ինդուկցիոն ջեռուցման գործընթացների օպտիմալացում` զուգակցված էլեկտրամագնիսական և ջերմային թվային վերլուծությունների և սիմուլյացիաների միջոցով:

Այս ներդրման հիմնական նպատակն է մատնանշել թվային մոդելավորման և կատարված փորձերի հիման վրա արևային կոլեկտորների արտադրության համար պատշաճ, բարդ և արդյունավետ ինդուկցիոն ամրացման տեխնոլոգիայի կիրառման հնարավորությունը:

Խնդիրի նկարագրությունը

Այս աշխատանքը վերաբերում է ամրացման գործընթացում պիտանի արևային կոլեկտորների բաղադրիչների նախագծմանը, մասնավորապես ՝ խողովակների հավաքման մասերին (նկ. 1 ա): Խողովակները պատրաստվում են AW 3000 տիպի Al խառնուրդից, աղյուսակ 1-ում բերված քիմիական բաղադրությամբ. Ամրացման համար օգտագործվում է Al 104 տիպի խառնուրդ (աղյուսակ 2), Braze Tec 32/80 հոսքի հետ միասին, որի մնացորդները ոչ -քայքայիչ: Al 104 ամրացման խառնուրդի համար պինդ և հեղուկ ջերմաստիճանների միջև ջերմաստիճանային միջակայքը տատանվում է 575 ° C- ից 585 ° C: Խողովակի նյութի պինդ ջերմաստիճանը 650 ° C է:

Աղյուսակ 1 AW 3000 խառնուրդի քիմիական կազմը [քաշը. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Al
0.05-0.15 0.06-0.35 առավելագույնը 0.1-ը 0.3-0.6 0.02-0.20 0.05-0.3 առավելագույնը 0.25-ը հավասարակշռել

Աղյուսակ 2 Al 104 տիպի ճկվող խառնուրդի քիմիական կազմը [wt. %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
11-13 0.6 առավելագույնը 0.3-ը 0.15 0.1 0.2 առավելագույնը 0.15-ը հավասարակշռել

Ամրացման գործընթացը ենթադրում է ինդուկցիոն ջեռուցման կիրառում: Անհրաժեշտ է ինդուկցիոն ջեռուցման համակարգը նախագծել այնպես, որ միաժամանակ միաձուլման ջերմաստիճանը պետք է ստացվի համատեղ գոտում (ամրացված մետաղներ `ամրացման խառնուրդ): Այս տեսանկյունից շատ կարևոր է ինդուկցիոն կծիկի, դրա երկրաչափության և գործառնական պարամետրերի պատշաճ ընտրությունը (հիմնականում հաճախականությունը և աղբյուրի հոսանքը): Նախագծված պղնձե ջրով հովացվող ինդուկցիոն կծիկի ձևն ու չափերը ներկայացված են Նկար 1 բ-ում

Ինդուկցիոն տաքացման համապատասխան պարամետրերի ազդեցությունը կպչուն մասերում ջերմաստիճանի բաշխման վրա գնահատվել է ՝ օգտագործելով ANSYS 10.0 ծրագրի ծածկագիրը ՝ ինդուկցիոն ջեռուցման թվային մոդելավորման միջոցով:

Մոդելավորման մոդել

Համաձայն ANSYS 10.0 ծրագրաշարի [3-5] օգտագործմամբ FEM- ի զուգակցված էլեկտրամագնիսական և ջերմային խնդիրների լուծման մեթոդաբանության, մշակվել է ամրացման համար ինդուկցիոն ջեռուցման գործընթացի սիմուլյացիոն մոդելը `ներառյալ երկրաչափական, ֆիզիկական և նախնական և սահմանային պայմանները: Թվային մոդելավորման հիմնական նպատակն էր սահմանել ինդուկցիոն ջեռուցման օպտիմալ պարամետրերը (հաճախականությունը և աղբյուրի հոսանքը) `հոդերի կազմավորման գոտում պահանջվող ջերմաստիճանի բաշխմանը հասնելու համար:

Առաջարկվող 3D- մոդելը (նկ. 2) էլեկտրամագնիսական վերլուծության համար բաղկացած է խողովակների, ամրակցման խառնուրդի, ջրով հովացվող ինդուկցիոն կծիկի և շրջապատող օդի մոդելից (չի ցուցադրվում Նկար 2-ում): Երմային վերլուծության մեջ հաշվի են առնվել միայն խողովակները և եռակցման խառնուրդը: Հոդերի ձևավորման գոտում գծային, 8 հանգույցային տարրերից առաջացած ցանցի մանրամասն նկարազարդված է Նկար 2 բ-ում:

Նկար. 2 ա) Առանց շրջապատող օդի էլեկտրամագնիսական վերլուծության երկրաչափական մոդել և բ) հոդակապի գոտում առաջացած 3D ցանցի մանրուք: AW 3000 խառնուրդի և Al 104 ամրանային խառնուրդի էլեկտրական և ջերմային հատկությունների ջերմաստիճանային կախվածությունը ստացվել է JMatPro- ի միջոցով ծրագրակազմ [6]: Հետևելով այն փաստին, որ կիրառական նյութերը ոչ մագնիսական են, դրանց հարաբերական թափանցելիությունը µr = 1.

Ամրակցված նյութերի նախնական ջերմաստիճանը 20 ° C էր: Ենթադրվում էր, որ կատարյալ էլեկտրական և ջերմային շփումները նյութերի սահմանային մակերեսների վրա: Ենթադրվում էր, որ ինդուկցիոն կծիկում աղբյուրի հոսանքի հաճախականությունը պետք է լինի 350 կՀց: Հաշվի է առնվել աղբյուրի հոսանքի արժեքը 600 Ա-ից 700 Ա միջակայքից: Հաշվի է առնվել ամրացված խողովակների հովացումը ազատ կոնվեկցիայի և ճառագայթման միջոցով դեպի օդը 20 ° C ջերմաստիճանի պայմաններում: Սահմանվել է ջերմաձևափոխման համակցված գործակից, որը կախված է ամրացված մասերի մակերեսի ջերմաստիճանից: Նկ. 3-ում, միավորված գոտում պահանջվող ջերմաստիճանի հասնելուց հետո, ամրացված բաղադրիչներում ջերմաստիճանի բաշխումը ցուցադրվում է կիրառական աղբյուրի հոսանքների ընտրված արժեքների համար ինդուկցիոն ջեռուցման կծիկ, Թվում է, թե 36 վայրկյան տևողությամբ ժամանակը `օգտագործելով 600 Ա աղբյուրը, բավականին երկար է: 700 Ա աղբյուրի հոսանքը կիրառելով արագ ջեռուցումը չի կարող բավարար լինել Al 104 ամրացման խառնուրդի հալման համար: Այդ պատճառով առաջարկվում է աղբյուրի հոսքը մոտավորապես 620 Ա-ից 640 Ա մակարդակի վրա, ինչը հանգեցնում է լարման ժամանակների 25-ից 27.5 վայրկյան ……

Ամրապնդող ալյումինե խողովակներ ինդուկցիոն տաքացումով