Placas frías líquidas FSW
La soldadura por fricción y agitación es un proceso para producir placas refrigeradas por líquido que rompe las limitaciones de la soldadura por fusión tradicional, utilizando fuerza mecánica para dominar el proceso termoplástico y remodelar la forma de unión de los átomos de metal en el estado sólido.
Placa de refrigeración líquida
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¿Qué es una placa fría líquida FSW?
La soldadura por fricción-agitación es un método de soldadura física de estado sólido. Generalmente consta de dos partes: la placa inferior y la placa de cubierta. Bajo la acción de la fuerza mecánica y el calor de fricción, el cabezal de agitación se mueve con respecto al material de soldadura, lo que provoca que la temperatura de la superficie de fricción y su área circundante aumente a un rango cercano, pero inferior, al punto de fusión del material de soldadura. La resistencia a la deformación del material disminuye, la plasticidad aumenta y la película de óxido de la interfaz se rompe. Bajo la presión del forjado, la placa inferior y la placa de cubierta se sueldan mediante la difusión y recristalización de las moléculas de la interfaz. Todo el proceso no sufre cambios químicos, lo que lo convierte en un método de producción de placas refrigeradas por líquido altamente confiable.
¿Cómo hacer una placa fría líquida FSW?
Al fabricar una placa de refrigeración líquida soldada por fricción y agitación, la selección de los materiales es crucial. Los materiales más comunes son el aluminio y el cobre. En el caso del aluminio, la placa inferior suele ser de aleación de aluminio 6061, y la placa de cubierta, de aleación de aluminio 1050. Durante la producción, las placas se someten a un pretratamiento, como corte y limpieza, para eliminar impurezas superficiales y manchas de aceite. A continuación, se ensamblan y posicionan la placa inferior y la placa de cubierta. Finalmente, se utiliza un dispositivo de soldadura por fricción y agitación, que permite que el cabezal de agitación gire a alta velocidad y genere calor mediante la fricción con los materiales. A continuación, los materiales se fusionan en estado plástico para completar la soldadura y obtener la placa de refrigeración líquida.
En el procesamiento de la placa de refrigeración líquida, el diseño y el procesamiento del canal de flujo son fundamentales. Generalmente, el ancho del canal de flujo de la placa de refrigeración líquida oscila entre 9 y 20 milímetros, con una profundidad aproximada de 10 milímetros. El espesor de la placa de cubierta suele ser de 4 milímetros, mientras que la placa inferior debe tener una ranura cóncava. Este diseño estructural garantiza que, tras la colocación de la placa de cubierta, se creen condiciones favorables para la soldadura por fricción-agitación. Para garantizar un procesamiento fluido, se deben evitar los ángulos rectos en el canal de flujo y adoptar un ángulo R de transición para facilitar el paso de la broca. Una vez finalizado el procesamiento del canal de flujo, es necesario remodelar el material y, posteriormente, realizar un mecanizado CNC para garantizar que el espesor de la placa de cubierta no sea inferior a 3 milímetros. Para garantizar la calidad de la soldadura, la profundidad de la misma generalmente debe ser superior a 4 milímetros.
¿Cómo diseñar los canales de flujo para la placa fría de líquido FSW?
Microcanales de densificación local:
Al diseñar una placa de refrigeración líquida soldada por fricción y agitación para fuentes de calor de alta densidad de potencia, como inversores e IGBT con potencias superiores a 2000 vatios, es necesario realizar un tratamiento local en los canales de flujo de la placa. Esto se debe a que los canales de flujo con un área unitaria convencional no pueden satisfacer los requisitos de refrigeración de las fuentes de calor de alta densidad de potencia. Por lo tanto, solemos realizar un tratamiento de encriptación en los canales de flujo de la parte inferior de la fuente de calor. Es decir, los canales de flujo inferiores están en pleno contacto con el líquido refrigerante, de modo que el calor se difunde en él y se disipa, asegurando así que las fuentes de calor de alta densidad de potencia mantengan una temperatura adecuada durante su funcionamiento y garantizando el funcionamiento estable del equipo. Normalmente, utilizamos el proceso de aletas biseladas para producir estos microcanales de densificación local.
Conexión en serie:
Al diseñar una placa de refrigeración líquida, la disposición de los canales de flujo es importante. Para fuentes de calor con potencias inferiores a 2 kW, es adecuado un diseño de conexión en serie. En este diseño, el refrigerante entra en la placa, fluye por canales uniformemente dispuestos y sale. Si hay varias fuentes de calor (p. ej., 3 o 4) en la placa, el refrigerante las atraviesa una a una. A medida que absorbe calor, la primera fuente de calor está más caliente que la anterior. Sin embargo, una diferencia de temperatura de aproximadamente 4 °C es aceptable. Este sencillo enfoque de conexión en serie es una opción común para fuentes de calor de potencia media, ya que equilibra el rendimiento de refrigeración con la simplicidad del diseño.
Coneccion paralela:
Al diseñar placas de refrigeración líquida para fuentes de potencia ultraalta, como inversores o IGBT de más de 3000 W, es fundamental utilizar diseños de canales de flujo paralelos en lugar de en serie. Los diseños en serie provocan grandes diferencias de temperatura entre los componentes, lo que reduce el rendimiento. Los diseños en paralelo garantizan una refrigeración uniforme, pero requieren un control preciso del caudal bajo cada fuente de calor. Dado que las menores diferencias de presión se traducen en un flujo más rápido, mantener un caudal constante en todos los canales paralelos es crucial para una disipación de calor eficiente y un funcionamiento estable del equipo.
¿Cómo fabrica Walmate Thermal la placa fría FSW para los clientes?
Material
En cuanto a la selección de materiales, determinaremos si utilizaremos cobre 1100 o aluminio 6063 según el nivel de potencia requerido por nuestros clientes. De esta manera, no solo podemos satisfacer sus necesidades, sino también ayudarles a reducir costos.
Tratamiento térmico
Tras seleccionar el material, le aplicaremos un tratamiento térmico. Dado que la materia prima de la placa de refrigeración líquida presenta tensiones internas, es necesario recocerla. Esto garantiza que dichas tensiones se liberen durante el procesamiento.
Mecanizado CNC
Utilizamos nuestras avanzadas máquinas CNC para mecanizar con precisión los canales de flujo, garantizando una alta precisión de tolerancia entre la placa inferior y la placa de cubierta. Este preciso proceso de mecanizado sienta las bases para el posterior proceso de soldadura por fricción y agitación.
Prueba de fugas
Se utilizan métodos de inspección con aire o helio para verificar exhaustivamente cualquier posible defecto ocurrido durante el proceso de soldadura. Para garantizar la calidad del producto, todas las placas de refrigeración líquida deben someterse a una inspección de fugas del 100 %. Solo las placas que superen esta inspección pasarán al siguiente paso: el mecanizado CNC de precisión.
