BAB 4
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
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
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.