Kimpalan

Kimpalan adalah satu proses pencantuman sesuatu bahan dengan bahan yang lain dengan menggunakan suatu bahan khas, contohnya logam atau termoplastik. Proses pengimpalan ini melibatkan pencairan sesuatu jenis logam tersebut untuk menjadikannya sebagai pengikat di antara sesuatu struktur dengan struktur yang lain. Kadangkala tekanan juga digunakan di samping haba untuk menghasilkan kimpalan tersebut. Ini berbeza dengan pematerian, yang cuma meleburkan bahan sambungan (pateri) untuk membentuk sambungan, dan bukan struktur itu sendiri.Kimpalan dilakukan dengan menggunakan pelbagai jenis kaedah. Antara kaedah kimpalan yang dikenalpasti adalah kimpalan dengan menggunakan nyalaan api, tenaga elektrik bervoltan tinggi, sinaran laser, tembakan elektron, kimpalan geseran dan ultrabunyi. Sungguhpun ia sering merupakan proses pengilangan, kimpalan boleh dilakukan dipersekitaran yang berbeza, termasuk kawasan terbuka, bawah air dan di angkasa lepas. Kimpalan merupakan usaha yang berpotensi merbahaya dan langkas keselamatan diperlukan bagi mengelakkan terbakar, renjatan eletrik, kerosakan penglihatan, menghidu gas dan asap beracun, dan dedahan pada radisai lampau ungu.

Sehingga akhir kurun ke-19, satu-satunya proses kimpalan adalan kimpalan tempa, di maka tukang besi telah gunakan selama berabad lamanya bagi menyambung besi dan keluli dengan memanaskan dan menempa. Kimpalan gerbang dan kimpalan gas merupakan proses terawal yang dikembangkan pada akhir abad ke 19 dan kimpalan eletrik tidak lama kemudian. Teknologi kimpalan berkembang dengan pantas pada awal kurun ke-20 ketika Perang Dunia Pertama dan Perang Dunia Kedua mendorong permintaan bagi kaedah sambungan yang mudah dan boleh diharap. Selepas perang, beberapa teknik kimpalan moden dibangunkan termasuk kaedah insani seperti kimpalan gerbang logam perisai ("shielded metal arc welding"), kini salah satu kaedah kimpalan yang paling popular, termasuk proses separa automatik dan automatik seperti kimpalan gerbang logam gas, kimpalan gerbang bawah air, kimpalan gerbang teras flux dan kimplan elektroslag. Perkembangan berterusan dengan ciptaan kimpalan laser, kimpalan elektron, kimpalan denyutan magnetik dan kimpalan putaran geseran ("friction stir welding") pada bahagian akhir kurun. Kini, sains terus berkembang. Kimpalan robot adalah biasa pada persekitaran pengilangan, dan penyelidikan berterusan membangunkan kaedah kimpalan baru dan lebih mengetahui mengenai kualiti kimpalan.

Kaedah kimpalan

Kimpalan bervoltan tinggi
Kimpalan gas
Kimpalan sinaran laser/elektron
Kimpalan ultrabunyi

Proses

Arka

Proses ini menggunakan bekalan kuasa kimpalan bagi mencipta dan mengekalkan arka eletrik antara elektrod dan bahan asas bagi mencairkan logam pada titik kimpalan. Ia boleh menggunakan arus langsung atau arus ulang-alik, dan elektrod habis atau kekal. Kawasan kimpalan kadang-kala dilindungi oleh sejenis gas lengai atau separa lengai, dikenali sebagai gas pelindung, dan bahan pengisi kadang-kala turut digunakan.

ASAS ELEKTRIK KIMPALAN ARKA

Untuk membekalkan tenaga elektrik yang diperlukan untuk proses kimpalan arka, beberapa bekalan kuasa yang berbeza boleh digunakan. Bekalan kuasa yang paling biasa kimpalan adalah bekalan kuasa sekata ("malar") dan bekalan kuasa voltan malar. Bagi kimpalan arka, panjang lengkok secara langsung berkaitan dengan voltan, dan jumlah input haba berkaitan dengan arus eletrik yang digunakan. Bekalan arus kuasa malar yang paling sering digunakan untuk proses kimpalan insani seperti kimpalan arka gas tungsten dan kimpalan arka logam berperisai, kerana ia mengekalkan arus yang agak sekata walaupun pada voltan yang berbeza. Ini adalah penting kerana bagi kimpalan insani, ia boleh menjadi sukar untuk memegang elektrod secara sempurna dan mantap, dan akibatnya jarak arka, dan voltan cenderung untuk naik turun. Bekalan kuasa voltan sekata mengekalkan voltan sekata dan membezakan arus, dan hasilnya, merupakan kaedah yang paling sering digunakan untuk proses kimpalan automatik seperti kimpalan arka logam gas, kimpalan arka teras berbeza, dan kimpalan arka bawah air. Bagi proses ini, panjang arka dikekalkan, kerana sebarang perubahan pada jarak antara wayar dan bahan asas dengan cepat diperbetulkan melalui perubahan yang besar pada arus. Sebagai contoh, jika dawai dan bahan asas didapati terlalu dekat, arus eletrik akan meningkat pantas, yang seterusnya menyebabkan haba meningkat dan hujung dawai cair, kembali pada jarak pemisahan asalnya.^[1]

Jenis arus yang digunakan juga memainkan peranan yang penting dalam kimpalan arka. Proses elektrod guna habis seperti kimpalan arka logam berperisai dan gas kimpalan arka logam secara amnya menggunakan arus terus, tetapi elektrod boleh dicaj sama ada positif atau negatif. Bagi kimpalan, anod bercas positif akan mempunyai tumpuan haba yang lebih besar, dan hasilnya, menukar polariti elektrod memiliki kesan pada ciri kimpalan. Jika elektrod bercas positif, logam asas akan menjadi lebih panas, meningkatkan penembusan kimpal dan kepantasan kimpalan. Samajuga, elektrod yang bercas negatif menghasilkan kimpalan yang lebih cetek. .^[2] Proses elektrod tidak habis guna, seperti kimpalan arka gas tungsten, boleh menggunakan sama ada arus langsung, atau juga arus ulang-alik. Walau bagaimanapun, dengan arus terus, kerana hanya elektrod yang mencipta arka dan tidak membekalkan bahan pengisi, elektrod yang bercas positif menyebabkan kimpalan cetek, manakala elektrod yang bercas negatif membuat lebih kimpalan..^[3] Arus ulang-alik bergerak pesat di antara keduanya, menghasilkan penembusan-kimpalan yang sederhana. Satu kelemahan AC, adalah hakikat bahawa arka mesti dinyalakan semula selepas setiap lintasan sifar, telah ditangani melalui ciptaan unit kuasa khas yang menghasilkan corak gelombang persegi dan bukannya gelombang sinus biasa, menjadikan lintasan sifar pesat boleh digunakan dan dengan itu meminimumkan kesan masalah itu..^[4]

Nota

^ Cary and Helzer, pp. 246–49
^ Kalpakjian and Schmid, p. 780
^ Lincoln Electric, p. 5.4–5
^ Weman, p. 16

Rujukan

ASM International (2003). Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2.
Cary, Howard B (2005). Modern Welding Technology. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
Hicks, John (1999). Welded Joint Design. New York: Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.
Kalpakjian, Serope (2001). Manufacturing Engineering and Technology. Prentice Hall. ISBN 0-201-36131-0. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
Lincoln Electric (1994). The Procedure Handbook of Arc Welding. Cleveland: Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2.
Weman, Klas (2003). Welding processes handbook. New York, NY: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.

Pautan luaran

Kimpalan di Curlie

[1] Cary and Helzer, pp. 246–49

[2] Kalpakjian and Schmid, p. 780

[3] Lincoln Electric, p. 5.4–5

[4] Weman, p. 16

[1]

[2]

[3]

[4]