BAB 4

PROSES-PROSES PENYAMBUNGAN

OBJEKTIF

Memperkenalkan proses-proses penyambungan yang terlibat dengan proses pembuatan iaitu proses penyambungan dengan haba yang melibatkan pateri dan kimpalan, penyambungan mekanikal dan penyambungan dengan perekat.

 

4.1   PENGENALAN

Dengan hanya sedikit pengecualian, hampir keseluruhan barangan industri seperti mesin, struktur, paip dan bahan-bahan logam adalah dipasangkan daripada sebilangan komponen atau bahagian yang diperbuat daripada unit-unit yang  berasingan. Ini dilakukan sama ada untuk memudahkan proses pembuatan barangan tersebut, memudahkan pemasangan, penghantaran atau lain-lain alasan ekonomi. Selain dari faktor-faktor ekonomi, aspek-aspek teknikal juga menjadi faktor terpenting di dalam pemilihan sesuatu jenis proses sambungan.

 

Proses penyambungan ialah satu proses di mana dua atau lebih elemen disambungkan supaya menjadi satu bahagian/komponen. Terdapat banyak cara di mana sambungan boleh dilakukan. Proses penyambungan boleh dikelaskan kepada beberapa kategori seperti berikut ;

 

a)         Pateri lembut, pateri keras dan kimpalan ;

b)         Sambungan secara mekanikal seperti bolt, nat, skru, ribet dan lain-lain;

c)         Sambungan menggunakan ikatan perekat seperti gam, damar dan lain-lain.

 

Pemilihan sesuatu jenis penyambungan bergantung kepada beberapa faktor berhubung dengan sambungan tersebut seperti ;

 

a)         Jenis pemasangan - kekal, seperuh kekal atau sementara ;

b)         Bahan yang digunakan - keluli, besi tuangan, aluminium, logam yang serupa dan tak serupa ;

c)         Ekonomi ;

d)         Keadaan mekanikal seperti untuk menahan daya atau beban yang besar, suhu yang tinggi, tekanan yang besar dll.

 

4.2   PATERI LEMBUT (SOFT SOLDERING)

Pateri lembut ialah satu proses penyambungan panas yang menggunakan bahan pencantum logam yang cair atau lebur, akan tetapi logam ibu, iaitu logam yang hendak dicantumkan itu tidak lebur. Logam pencantum/pengisi yang lazimnya digunakan ialah daripada jenis yang mempunyai takat lebur yang rendah. Jenis yang paling meluas digunakan ialah aloi timah dan/atau plumbum. Proses penyambungan ini pada amnya bergantung kepada keupayaan ketelusan rerambut logam pencantum iaitu keupayaan logam tersebut menyerap dan memenuhi ruang sambungan yang sempit untuk memberikan kekuatan pada sambungan tersebut.

 

Proses mempateri adalah mudah. Walau bagaimana pun terdapat beberapa langkah yang patut diikuti untuk mendapatkan mutu sambungan yang baik di mana antaranya ialah seperti berikut ;

 

a. Bahagian-bahagian logam ibu disediakan dengan kemas dan dipasangkan bersama,

b. Menyapu fluks pateri ke kawasan yang hendak disambung.

c. Pateri diletakkan atau disapukan di bahagian sambungan di mana ianya akan cair bila disentuhkan dengan alat mempateri dan membasahi permukaan logam seterusnya menyerap masuk ke ruang sempit dengan tarikan rerambut.

d. Bahagian yang disambungkan itu kemudiannya disejukkan.

e. Fluks pateri lebihan dibersihkan.

 

Sambungan pateri lazimnya bertujuan untuk sebahagian atau semua daripada maksud berikut ;

 

a. Untuk memberikan kekuatan mekanikal pada sesuatu pemasangan.

b. Untuk berperanan sebagai adang gas dan cecair.

c. Untuk memberikan pengaliran arus letrik dan/atau haba.

 

Walaupun proses pateri lembut adalah mudah ianya mempunyai beberapa kebaikan di mana antaranya adalah seperti ;

 

1)   Suhu penyambungan adalah rendah, sesuai untuk penyambungan yang mempunyai takat lebur rendah dan barangan yang peka haba.

2)   Disebabkan suhu pateri yang rendah, maka ianya mudah dicairkan, masa untuk mempateri adalah singkat dan tidak mengubah sifat-sifat logam.

3)   Suhu yang rendah turut merendahkan paras kos dan masalah erotan barangan tidak berlaku.

 

Kelemahan-kelemahan yang terdapat pada proses pateri lembut ialah sambungan yang tidak kuat dibandingkan dengan pateri keras atau kimpalan dan sambungan ini alah pada ketegasan tegangan. Sambungan perlulah direkabentuk supaya dapat menggelakkan dari menghadapi ketegasan tegangan sebaliknya menghadapi ketegasan ricih. Rajah 4.1 menunjukkan contoh-contoh rekabentuk pateri lembut yang sesuai.

 

4.3   PATERI KERAS (BRAZING)

 

Proses pateri keras samalah dengan pateri lembut di mana bahan pencantum atau pengisi diletakkan pada tempat sambungan dan suhu dipanaskan sehinggalah bahan pengisi tersebut melebur. Logam pengisi disedut oleh tarikan rerambut ke dalam ruang sambungan. Lazimnya logam pengisi yang mempunyai suhu lebur di atas 4500C digunakan dalam pateri keras tetapi di bawah suhu lebur logam ibu.

 

Untuk mendapatkan sifat sambungan yang optima melalui proses pateri keras ini, bahagian-bahagian sambungan mestilah mempunyai permukaan yang bertindih agar aloi pengisi dapat diserapkan di antara permukaan tersebut di mana dengan suhu dan kebersihan yang sempurna, percantuman sambungan akan berlaku. Logam ibu tidak lebur, dan kekuatan sambungan bergantung kepada keberkesanan cantuman permukaan dan juga sifat kekuatan ketegangan aloi pengisi.

 

Satu lagi ciri penting dalam proses pateri keras ialah berhubung dengan aloi pengisi. Bukan sahaja ia mesti memenuhi keperluan-keperluan dari segi kekuatan, pencegahan karatan dan kesesuaian logam terhadap logam ibu, tetapi juga mesti mempunyai sifat keberaliran yang baik di mana ianya mudah untuk menyerap dengan kuasa rerambut dan membasahi serta mencantumkan permukaan sambungan.

 

Bahan-bahan aloi pengisi boleh didapati di dalam berbagai bentuk seperti berbentuk batang, dawai, kepingan dan serbuk. Pemilihan jenis bahan pengisi tertentu bergantung kepada jenis bahan ibu dan juga suhu. Antara jenis-jenis bahan aloi pengisi yang lazim digunakan seperti berikut ;

 

  Bahan Aloi                                            Suhu Lebur (0 C)

Aloi aluminium                                         600 - 630

Aloi perak (silver)                                     600  - 800

Aloi tembaga-phosphorous                         640 - 800

Logam tembaga                             1045 - 1085

Loyang                                                  870 - 980

Aloi nikel dan kobalt                                 875 - 1150

Aloi emas                                               905 - 1020

 

Sebelum sambungan dilakukan, fluks untuk pateri keras disapukan di kawasan sambungan agar kawasan tersebut dibersihkan dan aloi pengisi dapat membasahi dan membantu percantuman logam terhadap logam ibu dengan baik.

 

Walaupun proses pateri keras dilakukan pada suhu yang lebih tinggi daripada pateri lembut, ianya masih lagi berbeza daripada proses kimpalan kerana logam ibu tidak lebur. Dengan sebab itu sambungan yang dihasilkan tidaklah sekuat sambungan proses kimpalan. Ini menyebabkan rekabentuk sambungan pateri keras perlu dibuat berbeza sedikit daripada rekabentuk sambungan kimpalan. Sambungan perlu dibuat supaya beban yang digunakan bertindak pada sambungan tersebut sebagai tegasan ricih dan bukan tegasan tegangan. Contoh sambungan yang membandingkan pateri keras dan kimpalan diberikan seperti pada Rajah 4.2.

 

4.4     KIMPALAN (WELDING)

Kimpalan ialah proses penyambungan bahan-bahan logam atau bukan logam dengan menggunakan haba dan/atau tekanan. Proses kimpalan terdiri daripada berbagai-bagai jenis. Rajah 4.3 menunjukkan jenis-jenis kimpalan yang dikategorikan mengikut American Welding Society (AWS).

 

Kebanyakan daripada proses-proses kimpalan menggunakan haba sebagai tenaga untuk meleburkan bendakerja yang akan dikimpalkan. Tenaga yang diperlukan untuk menghasilkan haba boleh diperolehi melalui beberapa cara seperti ;

 

a)         Mekanikal

b)         Elektrik

c)         Kimia

d)         Optik

 

Walau apa jua sumber haba yang digunakan, ianya mestilah cukup tinggi untuk meleburkan logam (biasanya di atas takat lebur), dapat ditumpukan pada sesuatu kawasan, mencukupi di segi jumlah atau kadar yang diperlukan dan tidak kurang pentingnya ialah sumber haba tersebut mestilah boleh dikawal.

 

Peleburan yang berkesan tidak sahaja bergantung kepada haba masukan. Terdapat beberapa parameter/angkubah yang lain yang perlu diambil kira supaya sesuatu proses kimpalan dapat dilakukan dengan berjaya, berkesan dan bermutu tinggi. Angkubah-angkubah ini ialah seperti ;

 

a.         Tebal logam ibu dan jenis sambungan

b.         Keberaliran haba

c.         Suhu lebur logam ibu

d.         Jenis elektrod

e.         Suhu bahan ibu sebelum dikimpal

f).Keadaan operasi - contohnya arus dan voltan arka, kadar kelajuan dan kadar uluran elektrod.

 

4.4.1   Elektrod

Elektrod adalah merupakan salah satu elemen penting di dalam sesuatu proses kimpalan. Ianya dawai logam yang mempunyai kandungan yang sama dengan kandungan logam yang hendak dikimpal. Elektrod terbahagi kepada dua jenis yang utama iaitu jenis yang bersalut dan tidak bersalut. Elektrod telah digunakan sejak beberapa lama dahulu (1800) dan telah melalui banyak proses pembangunan dan pembaikan sehinggalah seperti yang kita dapati pada hari ini. Elektrod digunakan sebagai pengalir elektrik kepada arka dan membekalkan logam yang sesuai untuk penyambungan. Salutan yang terdapat pada elektrod jenis bersalut adalah secara umumnya untuk memperbaiki keadaan atau sifat-sifat fizikal, mekanikal dan kimia sesuatu sambungan. Secara khususnya, fungsi sesuatu salutan pada elektrod antaranya adalah seperti berikut ;

 

1) Memberikan medan pelindung semasa kimpalan.

2) Menyebabkan berlakunya kumai yang mempunyai ciri-ciri yang sesuai untuk melindungi logam yang lebur.

3) Menstabilkan arka.

4) Menambahkan elemen aloi logam pada logam kimpalan.

5) Mengurangkan percikan logam kimpalan.

6) Meningkatkan kecekapan dan peleburan logam.

7) Mengeluarkan oksida dan kotoran.

8) Mempengaruhi kedalaman penembusan arka.

9) Mempengaruhi bentuk kimpalan yang terjadi.

10)Melambatkan kadar penyejukan kimpalan di mana ini akan mengelakkan berlaku kerosakan pada sifat-sifat mekanikal seperti berlaku retak atau bersifat rapuh.

 

Pemilihan terhadap sesuatu elektrod mestilah berdasarkan kepada keupayaannya menghasilkan sambungan yang optima pada harga yang paling ekonomik. Beberapa aspek penting seperti berikut hendaklah diambil kira iaitu ;

 

komposisi logam

sifat-sifat mekanikal yang diperlukan

arus terus atau arus ulang alik

kedudukan kimpalan

tebal logam ibu

jenis sambungan

haba masukan

4.4.2   Sumber Tenaga Elektrik

 

Tenaga elektrik adalah merupakan salah satu daripada sumber tenaga yang penting dan meluas penggunaannya di dalam proses-proses kimpalan. Tenaga elektrik ditukar kepada haba. Terdapat dua jenis janaan tenaga elektrik iaitu arus ulang alik (AC) dan aris terus (DC). Kedua-dua jenis arus  ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya dan pemilihan bergantung kepada beberapa faktor seperti keadaan operasi kimpalan dan juga kos.

 

Janaan Arus Terus

 

Janaan arus terus merupakan cara yang paling lazim digunakan. Unit kimpalan jenis ini terdiri daripada motor elektrik arus terus atau enjin penjana arus terus. Arus terus lebih baik dari arus ulangalik kerana nisbah tenaga arka yang masuk ke dalam bendakerja ataupun elektrod boleh diubah melalui penukaran kekutuban (polarity). Apabila kekutuban bendakerja positif, lebih kurang 2/3 daripada jumlah tenaga arka akan masuk ke dalam bendakerja manakala 1/3 daripada tenaga tersebut berada pada elektrod. Keadaan sebaliknya berlaku bilaman kekutuban bendakerja ditukar kepada negatif, iaitu 1/3 masuk kepada bendakerja dan bakinya kepada elektrod. Kekutuban elektrod negatif lebih sesuai untuk bendakerja yang tebal dan sebaliknya untuk bendakerja yang nipis.

Kekurangan arus janaan jenis ini ialah harganya yang mahal berbanding janaan arus ulangalik.

 

Janaan Arus Ulang Alik

 

Mesin kimpalan arus ulangalik tidak begitu meluas penggunaanya pada masa ini oleh kerana arka yang dihasilkan kurang stabil apabila kekutuban voltan berubah dari positif ke negatif. Akan tetapi masalah ini telah dapat diatasi dengan menggunakan elektrod jenis salutan khas.

 

Unit kimpalan arus ulangalik lebih murah dari segi kos awal dan kos penyelenggaraan. Kebanyakan proses kimpalan jenis automatik dilakukan dengan menggunakan janaan arus ulangalik ini.

 

4.4.3   Prinsip-prinsip proses arka elektrik

 

Proses kimpalan yang menggunakan tenaga elektrik akan mempunyai litar kimpalan asas seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.4. Apabila elektrod disentuhkan kepada bendakerja arka akan terjadi dan litar pun tersambung menyebabkan arus kimpalan mengalir melalui litar tersebut. Apabila arus yang tinggi melalui elektrod, haba panas akan terhasil daripada arka yang melompat melalui ruang udara di antara hujung elektrod dengan logam bendakerja. Ruang udara merupakan perintang yang tinggi terhadap pengaliran arus. Rintangan ini menghasilkan haba bersuhu sehingga lebih kurang 33000C - 55000C.

 

Arus kimpalan dibekalkan oleh mesin kimpalan. Voltan biasanya ialah 220V atau 440 V tetapi yang digunakan hanyalah sekitar 10 - 36 volt sahaja. Akan tetapi arus yang digunakan adalah tinggi untuk menghasilkan haba yang tinggi. Haba yang tinggi ini akan meleburkan hujung elektrod dan juga logam ibu di bawah arka untuk membentuk lembah lebur. Tekanan arka masuk ke dalam logam ibi dan membentuk penembusan (penetration). Timbunan kimpalan yang dikenali sebagai kumai terjadi iaitu sebatian elektrod dan logam ibu yang lebur.

 

4.4.4   Proses-proses Kimpalan Arka

 

Kimpalan arka terdiri daripada beberapa jenis seperti yang ditunjukkan di dalam Rajah 4.4. Tidak semua daripada proses-proses ini yang akan diterangkan secara terperinci. Hanya beberapa proses-proses sahaja yang dibincangkan seperti kimpalan arka logam bersalut (shielded metal arc welding – SMAW), kimpalan arka gas logam (Gas metal arc welding – GMAW), kimpalan arka gas tungsten (Gas tungsten arc welding – GTAW)dan kimpalan arka timbunan (Submerged arc welding –SAW).

 

a)   Kimpalan Arka Logam Manual (SMAW)

 

Ini merupakan salah satu daripada proses yang paling lama digunakan dan paling mudah. Pada masa ini lebih kurang 50 % daripada kerja-kerja kimpalan di industri menggunakan proses ini. Seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.5, arka terjadi dengan menyentuhkan hujung elektrod yang bersalut pada bendakerja dan diangkat dengan cepat pada jarak yang sesuai untuk mendapatkan arka yang stabil. Haba yang terjadi meleburkan hujung elektrod, salutannya dan logam ibu pada kawasan yang dikimpal itu. Elektrod yang digunakan lazimnya bersaiz antara 9 - 18 inci panjang dan 3/32 - 1/4 inci garispusat.

 

Arus elektrik umumnya di dalam julat 50 - 300 A, bergantung kepada jenis dan garispusat elektrod. Arus terus atau arus ulangalik boleh digunakan. Untuk janaan arus terus, kekutuban (polarity) boleh jadi positif atau negatif - bergantung kepada bahan yang akan dikimpal, jenis elektrod dan dalamnya zon pemanasan.

 

Proses ini lazimnya digunakan di dalam industri pembinaan, membuat kapal, paip dan lain-lain. Ianya sangat sesuai untuk bendakerja yang mempunyai tebal di antara 1/8 - 3/4 inci.

 

b) Kimpalan Arka Gas Logam (GMAW)

 

Di dalam proses ini, gas pelindung tidak dihasilkan daripada salutan elektrod seperti di dalam proses kimpalan arka logam manual tetapi daripada gas lengai seperti argon, helium, karbon dioksida atau pelbagai campuran dari gas-gas tersebut. Dawai jenis guna habis digunakan dan diulurkan secara automatik melelui muncung (nozzle) kepada arka kimpalan (lihat Rajah 4.6).

 

Kimpalan jenis ini sesuai untuk pelbagai jenis logam ferus dan bukan ferus. Ianya diperkenalkan pada tahun 1950an dan digunakan dengan meluas di dalam industri penyambungan logam. Sama seperti proses kimpalan arka logam manual, proses ini adalah agak mudah dan ekonomik. Ianya dapat meningkatkan daya pengeluaran lebih kurang dua kali ganda berbanding dengan proses arka logam manual.

 

Suhu yang digunakan adalah agak rendah, dengan sebab itu proses ini sesuai untuk mengimpal logam yang nipis yang kurang daripada 1/4 inci tebal. Proses ini mudah ditukarkan kepada automatik dan sesuai digunakan dengan menggunakan robot.

 

c) Kimpalan Arka Gas Tungsten (GTAW)

 

Di dalam proses ini (lihat Rajah 4.7), bahan pengisi dibekalkan di dalam bentuk batang. Arka elektrik dipancarkan di antara elektrod tungsten yang tahan lasak/kekal (dapat menahan suhu setinggi 60000F) dan bendakerja yang dikandungkan di dalam ruang gas lengai, biasanya argon atau helium atau campuran dari keduanya. Proses ini memerlukan kemahiran pekerja yang tinggi dan boleh juga dibuat secara automatik. Sumber arka boleh dijanakan dengan menggunakan arus terus (sekitar 200A) atau arus ulangalik (sekitar 500A).

 

Proses ini boleh digunakan untuk mengimpal pelbagai jenis logam terutama keluli yang tahan haba dan karatan, dan juga aloi aluminium, nikel dan tembaga. Bahan yang sangat sukar dikimpalkan dengan menggunakan proses lain terutama bahan yang digunakan pada industri angkasa lepas juga sesuai untuk mengimpal bahan yang nipis yang bermutu tinggi dan kemasan permukaan yang baik.

 

d)   Kimpalan Arka Timbunan (SAW)

 

Di dalam proses ini fluks di dalam bentuk bijian (granular) digunakan. Arka yang terjadi terbenam di dalam timbunan fluks tersebut (lihat Rajah 4.8). Arka akan meleburkan dawai elektrod jenis gunahabis (bergaris pusat 1/16 - 3/8 inci) yang juga bertindak sebagai logam pengisi dan juga logam ibu. Fluks memberikan perlindungan kepada arka dari udarakasa. Arus elektrik yang tinggi boleh digunakan (antara 600 - 1000A). Pada masa yang sama fluks melindungkan haba yang terjadi dari arka. Ini membolehkan logam yang tebal dikimpal dengan baik. Sesuai untuk plat yang lebih tebal daripada 18 inci.

 

Proses ini biasanya dilakukan secara automatik. Lazimnya plat dan tiub keluli dikimpal dengan menggunakan proses ini. proses ini memang terkenal dapat menghasilkan mutu kimpalan yang baik, menghasilkan sifat keliatan dan kemuluran yang baik. Daya pengeluaran yang tinggi boleh dicapai dengan menggunakan proses ini. Berbanding dengan proses arka logam manual kimpalan arka timbunan adalah 4 - 10 kali ganda lebih baik.

 

e)   Kimpalan Stad

 

Kimpalan Stad adalah kimpalan yang agak khusus penggunaannya di mana arka terjadi di antara hujung stad dan bendakerja (lihat Rajah 4.9). Hujung stad pada mulanya bersentuhan dengan bendakerja di mana arus elektrik akan dijanakan. Bilamana arka terjadi, penembak (gun) akan menaikkan stad sehingga suhu mencapai kepanasan yang secukupnya dan spring akan menolakkan stad ke permukaan bendakerja yang telah lebur. Bila sambungan telah sejuk, penembak dan ‘ferrule’ dikeluarkan.

 

Ferul (Ferrule) diperbuat daripada seramik. Ianya digunakan untuk melindungi arka, melindungi kawasan dari pencemaran, melindungi dari percikan dan menumpukan haba arka ke kawasan kimpalan. Rajah 4.10 menunjukkan contoh-contoh stad yang boleh digunakan untuk kimpalan jenis ini.

 

f)   Kimpalan Rintangan

 

Di dalam proses ini haba yang diperlukan dihasilkan melalui rintangan elektrik pada dua bahagian yang akan disambungkan. Haba yang dihasilkan ialah dari arus, rintangan dan masa aliran arus tersebut mengikut formula berikut ;

 

H = I2  x R x t, di mana

 

H = haba yang dihasilkan, J (Watt/saat)

I = arus, Ampiar

R = rintangan, Ohm

t = masa aliran arus, saat.

 

Masa meningkatnya suhu pada sambungan juga bergantung kepada haba tentu dan keberaliran haba bahan yang akan disambungkan. Terdapat beberapa cara di mana kimpalan jenis ini dilakukan. Antara cara yang paling lazim ialah kimpalan bintik (spot), kimpalan kelim (seam), kimpalan unjuran (projection) dan kimpalan kilat-temu (butt-flash). Rajah 4.11 - 4.14 menunjukkan contoh-contoh proses kimpalan tersebut.

 

Semasa proses kimpalan ini dilakukan, haba yang terhasil perlu diikuti dengan tekanan pada hujung elektrod atau hujung logam itu sendiri untuk mempastikan ikatan yang kuat/baik. Kawalan yang tepat terhadap aliran arus dan penggunaan tekanan yang sesuai adalah sangat penting di dalam proses kimpalan ini.

 

Kimpalan jenis ini sangat sesuai untuk mengimpal plat atau kepingan logam yang nipis (1-4) mm. Hampir kesemua jenis logam boleh dikimpal. Akan tetapi logam tembaga dan besi tuangan tidak sesuai digunakan. Ianya tiodak memerlukan kemahiran yang tinggi. Pekerja yang tidak mahir atau separuh mahir sudah memadai. Berbeza dengan proses kimpalan arka, kimpalan jenis ini tidak memerlukan fkuks, logam pengisi atau elektrod dan gas pelindung. Akan tetapi permukaan yang hendak dikimpal hendaklah dalam keadaan yang bersih dari kotoran seperti minyak dan sebagainya. Proses ini dilakukan secara automatik sepenuhnya dan tidak menimbulkan erotan pada sambungan.

 

g) Kimpalan Geseran

 

Kimpalan geseran adalah suatu jenis kimpalan yang agak khusus sepertimana kimpalan stad. Haba untuk kimpalan jenis ini dijana dari geseran mekanikal antara dua permukaan yang hendak disambungkan. Kedua-dua bahagian tersebut dipegang dan diikat pada satah yang searas. Satu darinya diikat pada bindu yang boleh berputar dengan roda tenaga dipandu oleh motor elektrik dan satu lagi dalam keadaan pegun dan diikat bertentangan dengan bahagian pertama pada satu nilai tekanan yang dipilih.

 

Geseran diantara kedua-dua permukaan tersebut dengan cepat meningkatkan haba yang cukup tinggi sehingga ke paras suhu kimpalan. Sebaik sahaja suhu kimpalan dicapai, putaran dihentikan serta-merta dan tekanan dikenakan. Nilai tekanan adalah samada pada nilai yang dipilih diawal proses bermula ataupun boleh ditinggikan untuk melengkapkan operasi kimpalan. Rajah 4.15 menunjukkan prinsip kimpalan ini serta peralatan asas yang digunakan.

 

Kitaran total untuk kimpalan jenis ini mencapai peringkat sempurna biasanya kurang dari 25 saat dan masa sebenar yang diperlukan untuk pemanasan dan kimpalan ialah 2 saat. Berbeza dengan kimpalan jenis lain, penyambungan dengan operasi ini tidak memerlukan logam dileburkan. Keseluruhan proses adalah dalam keadaan pejal. Disebabkan masa pemanasan yang singkat dan juga kehilangan haba dari kawasan penyambungan adalah terhad, kecacatan disebabkan oleh haba (rangkuman permukaan) adalah terhindar dalam bentuk bengkakan. Bengkakan (upset) ini boleh dibuang selepas proses sekiranya dikehendaki.

 

Proses ini adalah sungguk efisien kerana keseluruhan tenaga ditukarkan ke dalam bentuk haba. Oleh itu ia boleh digunakan untuk menyambung banyak logam yang sama jenis maupun yang tidak sama jenis. Dengan bentuk bijian yang halus hasil kerja panas ini, kekuatan penyambungan adalah menghampiri logam asas yang digunakan. Walaupun bagitu, proses ini terhad untuk kimpalan bar bulat atau tiub yang sama saiz, atau menyambungkan bar logam atau tiub dengan permukaan rata. Contoh penggunaan penyambungan jenis ini ditunjukkan dalam rajah 4.16.

 

h)       Kimpalan Oksi-bahanapi

Istilah kimpalan oksi-bahanapi boleh digunakan untuk mengkelaskan apa jua jenis operasi kimpalan yang menggunakan bekalan gas bahanapi yang bercampur dengan oksigen. Proses ini melibatkan peleburan logam ibu dan logam pengisi (sekiranya digunakan) dengan menggunakan nyala-api yang dikeluarkan pada hujung muncung pemegang.

 

Gas yang biasa digunakan ialah asetilena oleh kerana api oksi-asetilena (oxy-acetylene) memberikan suhu pembakaran yang paling tinggi berbanding dengan gas pembakar yang lain yang biasa digunakan. Gas dari jenis lain ialah seperti methane, ethane dan propane. Selain daripada mengimpal,api oksi-asetilena boleh juga digunakan untuk memotong dan membuat rawatan haba seperti pengerasan (hardening) dan sepuh lazim (annealing).

 

Proses pembakaran berlaku di bahagian dalam teras nyala-api ;

 

C2H2 + O2 ----------->2CO2 + Haba

 

dan diikuti bahagian lain pada nyala-api iaitu ;

 

2CO + O2 ------------> 2CO2 + Haba

2H2  + O2    -----------> 2H2O  + Haba

 

Nisbah campuran bagi kedua-dua jenis gas ini adalah sangat penting kerana ianya akan menghasilkan nyala-api yang berbeza-beza. Dengan campuran yang sesuai suhu yang terhasil daripada pembakaran gas oksigen dan asetilena sudah mencukupi untuk meleburkan hampir semua jenis logam yang terdapat di pasaran seperti besi, besi tuangan, keluli, tembaga dan aluminium. D dalam banyak keadaan, nyala-api ini juga boleh digunakan untuk menyambungkan logam yang tidak serupa seperti aloi keluli, tembaga-besi dan aloi-besi tuangan.

 

Kejayaan operasi kimpalan gas ini bergantung kepada pemilihan dan penggunaan nyala-api yang bersesuaian. Terdapat tiga jenis nyala-api yang lazimnya digunakan iaitu ;

1)   nyala-api neutral

2)   nyala-api pengoksidaan (oxidising)

3)   nyala-api penyusukkarbonan(carburising)

 

Ketiga-tiga jenis nyala-api ini ditunjukkan pada Rajah 4.17.

 

Nyala-api Neutral

 

Iaitu bilamana nisbah campuran antara oksigen dan asetilena adalah sama. Ianya merupakan jenis nyalaan yang paling meluas sekali digunakan.

 

Nyala-api Pengoksidaan

 

Bilamana nisbah kuantiti oksigen lebih dari asetilena di dalam campuran gas maka nyala api tersebut dikatakan teroksida. Nyalaan jenis ini tidak sesuai untuk mengimpal keluli kerana ianya akan menyebabkan keluli menjadi teroksida. Cuma tembaga dan aloi tembaga yang sesuai atau selamat digunakan.

 

Nyala-api Penyusukkarbonan

 

Ianya terjadi bilamana kandungan gas asetilena melebihi oksigen di dalam campuran. Ianya boleh dikenali dengan wujudnya tiga zon nyalaan. Disebabkan kandungan oksigen yang kurang maka suhu yang dapat dihasilkan juga agak rendah jika dibandingkan dengan kedua jenis nyalaan di atas. Ianya lazim digunakan di dalam kerja mempateri lembut dan pateri keras.

 

Proses kimpalan gas boleh digunakan untuk mengimpal hampir kesemua jenis logam ferus dan bukan ferus. Peralatan yang digunakan adalah mudah, murah dan mudah alih (portable). Proses ini hanya dilakukan secara manual. Penggunaannya tidaklah begitu meluas jika dibandingkan dengan kimpalan gas kerana proses ini agak lambat, mudah menyebabkan terjadinya erotan dan mutu kerja yang baik sangat bergantung kepada kemahiran pekerja yang tinggi.

 

 

4.4.5   Kualiti Kimpalan

 

Sesuatu bahagian yang disambungkan dengan baik akan menghasilkan sambungan yang kuat yang sama kuat dengan bahagian yang tidak dikimpal. Akan tetapi kecacatan akan berlaku sekiranya sambungan tersebut tidak dikimpal dengan baik di mana mutu dan kekuatan sambungan akan terjejas. Jenis-jenis kecacatan yang lazimnya ditemui di dalam kerja-kerja kimpalan disenaraikan seperti di bawah ;

 

a)     Retak (Rajah 4.18)

 

Retak adalah salah satu daripada jenis kecacatan yang sangat serius dan merbahaya. Kecacatan jenis ini tidak pernah dan tidak mungkin diluluskan oleh mana-mana badan pemeriksa kawalan mutu kimpalan. Retak berlaku terutamanya bilamana terdapat tegasan pada kawasan kimpalan tersebut. Retak boleh berlaku secara memanjang atau melintang, di permukaan atau di dalam kimpalan pada kawasan sambungan. Lazimnya retak boleh berlaku sekiranya teknik mengimpal yang digunakan adalah tidak betul untuk sesuatu keadaan kimpalan dan bahan. Memberikan haba yang berlebihan atau sambungan yang menyejuk terlalu cepat selalunya akan cepat atau mudah akan menyebabkan terjadinya retak.

 

b)     Keliangan (Porosity) (Rajah 4.19)

 

Keliangan berlaku akibat daripada wujudnya gas-gas di dalam kawasan kimpalan. Keliangan selalunya terjadi bilamana kawasan sambungan tidak dibersihkan dengan sempurna. Ianya juga boleh berlaku bilamana perlindungan yang diberikan oleh gas pelindung tidak mencukupi semasa kimpalan dilakukan.

 

c)     Rangkuman (Inclusion) (Rajah 4.20)

 

Rangkuman ialah satu lagi jenis kecacatan yang akan menyebabkan sambungan kimpalan menjadi tidak kuat. Ianya berlaku bilamana bahan pepejal terangkum di dalam logam kimpalan. Habuk, butiran seramik atau jermang (slag) merupakan bahan-bahan bendasing yang lazimnya terangkum di dalam logam kimpalan.

 

d)     Lakuran tidak cukup (Lack Of fusion) (Rajah 4.21)

 

Kekuatan yang sempurna seperti semestinya pada sesuatu sambungan yang dikimpal tidak tercapai sekiranya tidak terjadi 100% pelakuran di sepanjang sambungan tersebut. Penembusan haba yang kurang menyebabkan terjadinya lakuran yang tidak cukup. Dalamnya penembusan bergantung kepada jenis sambungan - terutama bilamana mengimpal bahan yang tebal. Sekiranya jenis sambungan yang digunakan tidak sesuai maka masalah lakuran yang tidak cukup ini akan timbul.

 

 

 

 

e)     Makan Bawah (Under Cut) (Rajah 4.22)

 

Sesuatu kimpalan dikatakan makan bawah bilamana sebahagian daripada sambungan yang telah disambungkan tidak diisi sepenuhnya oleh logam pengisi. Ianya lazim berlaku kerana kawalan ke atas elektrod atau pemegang kimpalan yang tidak baik seperti menggunakan kelajuan dan sudut yang salah. Makan bawah juga boleh berlaku sekiranya haba yang dikenakan adalah terlalu tinggi untuk sesuatu keadaan kimpalan.

 

Jadual 4.1 menunjukkan rumusan beberapa jenis kecacatan, sebab-sebab ianya terjadi dan cara-cara mengatasinya.

 

4.5   PENYAMBUNGAN SECARA MEKANIKAL

 

Hampir kesemua barangan yang diperbuat pada hari ini terdiri lebih daripada satu bahagian di mana kesemuanya itu diikat atau disambungkan dengan berbagai teknik dan cara dengan menggunakan berbagai-bagai jenis proses pula. Sambungan/ikatan ini boleh jadi secara sementara atau kekal. Ini menunjukkan bahawa keperluan kepada pengikatan adalah sangat banyak dan berbagai-bagai. Dengan itu alat pengikat yang digunakan juga perlulah berbagai-bagai untuk memenuhi keperluan tersebut. Seseorang jurutera perlulah arif tentang ciri-ciri, kelebihan dan kekurangan pelbagai alat dan teknik mengikat atau menyambungkan sesuatu barangan supaya pemilihan yang tepat dapat dilakukan.

 

Seperti yang dinyatakan dia atas teknik menyambung atau mengikat boleh jadi secara kekal atau sementara teknik menyambung secara mekanikal termasuklah segala cara yang menggunakan alatan mekanikal untuk memegang dua atau lebih bahagian bersama. Contoh-contoh jenis alat penyambung atau pengikat ini ialah seperti skru, pin, paku, ‘staple’, rivet, kilp berspring dan lain-lain.

 

4.4.1   Pengikat Berulir (threaded fastener)

 

a) Bolt dan skru

 

Bolt dan skru adalah serupa di segi bentuk dan penggunaan. Ianya mengandungi aci /batang yang berulir dan kepala. Rajah 4.23 menunjukkan sebilangan jenis dan saiz bolt dan skru. Kebanyakan bolt dan skru diperbuat daripada keluli. Ulirnya diperbuat dengan menggunakan proses menggelek atau menempa. Secara umumnya skru adalah bersaiz kurang daripada 1/8 inci garis pusat dan bolt pula lebih besar daripada itu. Rajah 4.24 menunjukkan spesifikasi untuk asembli bolt dan nat. Bolt dan skru terdiri daripada beberapa jenis seperti yang ditunjukkan di dalam Rajah 4.25 - 4.28.

 

b) Nat

 

Nat adalah kepingan yang berulir yang menjadi pasangan kepada bolt. Rajah 4.29 menunjukkan beberapa jenis nat. Bilamana asembli bolt dan nat terdedah kepada getaran yang boleh menyebabkan ianya menjadi longgar dan terbuka, sesendal (Washer) perlulah digunakan. Rajah 4.30 menunjukkan beberapa jenis sesendal yang lazimnya digunakan.

 

4.4.2   ‘Staples’

 

‘Staples’ juga digunakan dengan meluas di dalam industri pemasangan. Ianya boleh digunakan pada kayu, kertas, kain, kulit, plastik, logam dan bahan-bahan lain. ‘Staple’ digunakan bersama dengan mesin yang khas. Satu contoh mesin ‘staple’ ialah seperti pada Rajah 4.31.

 

4.4.3   Rivet

 

Rivet ialah pin logam yang hampir sama dengan bolt- tetapi ianya tidak mempunyai ulir atau kepala yang boleh diputarkan. Secara umumnya rivet diperbuat daripada logam yang lembut dan logam boleh tempa (malleable). Rajah 4.32 menunjukkan bentuk-bentuk rivet yang lazim digunakan. Rajah 4.33 - 4.34 pula menunjukkan jenis-jenis rivet yang lebih khusus.

 

4.4.4   Alat penahan (Retainer)

 

Hampir kesemua alat yang direkabentuk untuk memegang sesuatu pada tempatnya boleh dikelaskan sebagai alat penahan. Jenis alat-alat penahan ialah seperti pin, kekunci (Key), gelang penahan dan lain-lain. Rajah 4.35 - 4.38 menunjukkan contoh-contoh pelbagai jenis alat-alat penahan.

 

 

4.4.5   Klip dan Penutup

 

Kilp digunakan untuk mendudukkan dan memegang dua atau lebih  bahagian bersama dengan tidak menggunakan pengikat-pengikat lain. ianya bergantung kepada geseran berspring yang terjadi untuk ianya tetap kekal pada kedudukannya. Rajah 4.39 menunjukkan contoh-contoh klip.

 

Penutup pula berbeza dengan pengikat yang lain kerana ianya diperbuat supaya bahagian yang ditutup dapat dibuka dengan cepat dan mudah. Rajah 4.40 - 4.42 menunjukkan contoh-contoh alat penutup.

 

4.6   IKATAN PEREKAT

 

Perekat digunakan untuk memberikan ikatan yang kekal pada dua  permukaan sambungan. Ikatan perekat sebenarnya ialah istilah moden yang digunakan untuk menggam sesuatu benda. Teknik mengikat ini digunakan untuk berbagai jenis bahan seperti kayu,getah, kulit, kertas dan juga logam. Terdapat bermacam-macam jenis perekat di pasaran di mana sesetengahnya adalah untuk kegunaan umum dan sesetengah yang lain untuk kegunaan yang lebih khusus. Jadual 4.2 -  4.4 menunjukkan beberapa jenis perekat, kebaikan dan kelemahan serta bentuk perekat yang boleh didapati di pasaran. Rajah 4.43 menunjukkan beberapa contoh penggunaan perekat. Rajah 4.44 - 4.45 menunjukkan contoh jenis-jenis sambungan yang boleh digunakan dan bagaimana tegasan berlaku pada sambungan yang berperekat.