感应加热钎焊铝管

高频感应加热感应钎焊铝管

的新颖应用领域 感应加热 需要考虑到相应的结构和材料特性来分析加热组件内部的温度分布。 有限元方法(FEM)提供了强大的工具,可以通过耦合的电磁和热数值分析和仿真来进行感应加热过程的此类分析和优化。

该贡献的主要目的是基于数值模拟和进行的实验,表明将适当,复杂和高效的感应钎焊技术应用于制造太阳能集热器的可能性。

问题描述

这项工作涉及适合钎焊过程的太阳能集热器的组件设计,即集热管的零件(图1a)。 管子是由AW 3000型铝合金制成的,其化学成分列于表1。对于钎焊,使用的是Al 104型合金(表2)以及焊剂Braze Tec 32/80,其残留物是非金属的。 -腐蚀性。 Al 104钎焊合金的固相线和液相线温度之间的温度区间为575°C至585°C。 管材料的固相线温度为650°C。

表1 AW 3000合金的化学组​​成[wt。 %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Al
0.05-0.15 0.06-0.35 最大。 0.1 0.3-0.6 0.02-0.20 0.05-0.3 最大。 0.25 平衡

表2 Al 104型钎焊合金的化学组​​成[wt。 %]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
11-13 0.6 最大。 0.3 0.15 0.1 0.2 最大。 0.15 平衡

钎焊过程需要应用感应加热。 设计感应加热系统的方式必须使在焊接区域(钎焊金属–钎焊合金)中同时达到钎焊温度。 从这个角度出发,正确选择感应线圈,其几何形状和工作参数(主要是频率和源电流)非常重要。 设计的铜水冷感应线圈的形状和尺寸如图1b所示。

应用程序代码ANSYS 10.0,使用感应加热的数值模拟,评估了感应加热的相关参数对钎焊零件中温度分布的影响。

模拟模型

根据使用ANSYS 10.0软件[3-5]通过有限元法解决电磁和热耦合问题的方法,开发了包括几何,物理,初始和边界条件的感应加热钎焊模拟模型。 数值模拟的主要目的是定义感应加热的最佳参数(频率和源电流),以在接头形成区域中达到所需的温度分布。

建议用于电磁分析的3D模型(图2)包括管,钎焊合金,水冷感应线圈和周围空气(图2中未显示)的模型。 在热分析中,仅考虑管和钎焊合金。 图8b显示了在连接形成区域中由线性2节点元素生成的网格的细节。

图2 a)在没有周围空气的情况下进行电磁分析的几何模型,以及b)在接头形成区域中生成的3D网格的细节。使用JMatPro获得了AW 3000合金和Al 104钎焊合金的电和热性能的温度依赖性软件[6]。 由于所施加的材料是非磁性的,因此它们的相对磁导率 µr = 1。

钎焊材料的初始温度为20°C。 假定在材料的边界面上具有完美的电接触和热接触。 感应线圈中源电流的频率假定为350 kHz。 源电流的值在600 A至700 A的范围内定义。考虑了通过自由对流和20°C的空气辐射对钎焊管的冷却。 定义了取决于钎焊零件表面温度的组合传热系数。 在图3中,显示了在接头区域中达到所需温度后,钎焊组件中的温度分布,用于选择施加的源电流。 感应加热线圈。 使用36 A的源电流需要600秒的时间似乎很长。 施加700 A的源电流进行快速加热不足以熔化Al 104钎焊合金。 因此,建议使用大约620 A至640 A的源电流,从而将钎焊时间从25秒缩短至27.5秒……

感应加热钎焊铝管