4.0 RESISTANCE WELDING

4.0 RESISTANCE WELDING

MUHAMAD HAFIZ BIN OTHMAN

4.0 PENGENALAN :

• Proses kimpalan rintangan adalah proses kimpalan tekanan dimana arus tinggi dialirkan untuk masa yang singkat melalui kawasan antara-muka (interface) logam untuk disambungkan.

• Haba yang dihasilkan cukup untuk memanaskan logam ke suhu yang mencukupi supaya bahagian logam dapat disambungkan dengan penggunaan tekanan. Tekanan dikenakan melalui elektrod.

4.1 PRINSIP KIMPALAN RINTANGAN

Kimpalan Rintangan berlaku seperti :

Menggunakan daya tekanan (force) dan arus akan melalui elektrod yang bersentuhan dengan bahagian logam yang hendak dikimpal.

Haba rintangan akan dijana (generated) di antara permukaan logam dan membentuk kumai yang berbentuk nugget.

• Walaupun aliran arus yang besar digunakan, tidak ada bahaya kejutan elektrik kerana prosesnya menggunakan voltan rendah.
• Ianya dinamakan sebagai kimpalan rintangan kerana menggunakan rintangan elektrik untuk menghasilkan haba.
• Proses ini bebas pencemaran tetapi aplikasinya terhad kerana kos peralatan yang tinggi dan ketebalan bahan yang terhad.

4.2 CIRI-CIRI KIMPALAN RINTANGAN

• Tidak ada fluks seperti pateri (solder) diperlukan maka dapat dikitar semula dengan mudah.

• Tidak ada percikkan arka dan sinar ultra-unggu yang dihasilkan dan tapak kerja bersih dan kemas.

• Operasi mudah (hanya menekan butang proses) dan tidak memerlukan latihan kemahiran.

• Kimpalan ini dilakukan dengan cekap jadi ianya sesuai untuk pengeluaran produk kos rendah dengan jumlah yang banyak.

• Ianya menghasilkan kawasan zon terkesan haba yang sedikit pada benda kerja dan menghasilkan penampilan yang cantik dengan kurang lekukan.

• Kemudahan elektrik diperlukan kerana penggunaan arus yang tinggi. Parameter mesti disediakan sebelum kimpalan kerana parameter bergantung pada bahan dan ketebalan logam.

• Pemeriksaan visual sukar dilakukan kerana bahagian yang dikimpal tidak boleh diperiksa dari luar.

JENIS-JENIS KIMPALAN RINTANGAN :

• 4.3 KIMPALAN TITIK (SPOT WELDING)

• 4.4 KIMPALAN KELIM (SEAM WELDING)

• 4.5 KIMPALAN UNJURAN (PROJECTION WELDING)

• 4.6 KIMPALAN FLASH

• 4.7 KIMPALAN UPSET

• 4.8 KIMPALAN STAD (STUD WELDING)

• 4.9 KIMPALAN RINTANGAN FREKUENSI TINGGI (HIGH FREQUENCY RESISTANCE WELDING)

4.3 KIMPALAN TITIK (SPOT WELDING)

Kimpalan titik adalah salah satu bentuk kimpalan rintangan yang merupakan satu kaedah untuk mengimpal 2 atau lebih kepingan logam bersama-sama tanpa menggunakan logam pengisi dengan menerapkan tekanan dan haba ke kawasan yang akan dikimpal.

Kimpalan Titik :

• Ianya digunakan dalam berbagai industri tetapi lazimnya untuk pemasangan badan kenderaan yang menggunakan kepingan keluli.

• Kimpal titik dibuat secara berkala (regular intevals) pada kepingan logam yang bertindih.

• Biasanya digunakan untuk menyambung bahagian yang mempunyai ketebalan hingga 3.0mm.

• Kadar ketebalannya hendaklah kurang dari 3:1.

• Diameter kimpal titik adalah diantara 3mm hingga 12.5mm.

Proses Kimpalan Titik

• Elektrod tembaga menerapkan tekanan dan mengalirkan arus elektrik melalui benda kerja.

• Dalam semua bentuk kimpalan rintangan, komponen dipanaskan secara setempat (localized).

• Logam diantara elektrod melesu (yields) dan diperah (squeezed) bersama-sama.

• Kemudian logam akan melebur kedua-dua permukaan.

• Arus di offkan dan "nugget" logam lebur membeku dan membentuk sambungan.

Haba yang dihasilkan dinyatakan dengan persamaan :

 $E=I2\cdot R\cdot t$  
E= tanga haba (heat energy)
I= arus (current)
R= Rintangan (Resinstance)
t= masa (time)

Tembaga digunakan untuk elektrod kerana ianya memiliki rintangan yang rendah dan kekonduksian haba termal yang tinggi dibandingkan dengan kebanyakkan logam lain. 
Ini akan memastikan bahawa haba yang dijana dalam benda kerja dan bukannya pada elektrod. 

Kimpalan titik berlaku dalam 3 peringkat :

• Elektrod yang berada di kepala kimpalan dibawa ke permukaan bahagian-bahagian yang hendak disambungkan dan tekanan diaplikasikan.

• Arus mengalir melalui elektrod ke logam kerja untuk mencairkan logam.

• Arus di offkan tetapi elektrod kekal ditempatnya untuk membolehkan logam itu menyejuk dan menjadi pepejal.

Langkah keselamatan :

Langkah keselamatan perlu dipatuhi semasa mengimpal kerana terdapat arus dan haba yang tinggi digunakan. Pastikan untuk mengikat elektrod dengan ketat. Tangan hendaklah dilindungi dari haba semasa kimpalan. Mata perlu dilindungi dari cahaya yang kuat yang dihasilkan semasa proses kimpalan.

Aplikasi Kimpalan Titik :

• Kebanyakkan digunakan dalam industri automobil dan untuk mengimpal kepingan logam yang nipis.

• Digunakan oleh pakar ortodontik. Mereka menggunakan peralatan kimpalan titik berskala kecil untuk mengubah saiz logam pendakap gigi.

• Keluli aloi logam dan aloi yang berbeza, karbon sederhana dan keluli karbon tinggi, keluli karbon rendah boleh dikimpal dengan kimpal titik.

• Aloi aluminium boleh dikimpal dengan menggunakan mesin kimpalan pengubah yang kuat dan besar (welding transformer).

• Digunakan untuk membuat bateri nickel-cadmium dan nickel metal hydride Sel bateri.

Kelebihan :

• Kimpal titik tidak memerlukan pengendali yang terlalu mahir.

• Tiada herotan dan mengeleding (warping), cuma terdapat bekas lekukan.

• Sambungan seragam.

• Operasi automatik dan semi-automatik boleh digunakan.

• Tidak memerlukan persedian tepian.

• Kimpal boleh dilakukan dengan pantas, cuma memerlukan beberapa saat untuk menghasilkan sambungan.

Kekurangan :

• Kos peralatan mahal.

• Pekerja nahir diperlukan untuk membuat penyenggaraan dan pengawalan mesin.

• Terdapat logam yang memerlukan persediaan permukaan yang khas untuk mendapatkan hasil yang baik.

• Logam tebal sukar dikimpal.

4.4 KIMPALAN KELIM (SEAM WELDING)

Juga dipanggil kimpalan titik berterusan (continuous spot welding) dimana elektrod jenis penggelek (roller) digunakan untuk mengalirkan arus melalui plat kerja.

• Penggelek dihubungkan dengan kepingan kerja.

• Arus tinggi dilalui melalui penggelek ini.

• Penggelek akan mencairkan permukaan plat kerja dan membentuk sambungan kimpal.

• Penggelek kemudiannya mula bergolek di plat kerja.

• Ini akan mewujudkan sambungan kimpalan berterusan.

• Masa dan pergerakkan elektrod dikawal supaya plat kerja tidak terlalu panas.

• Kelajuan kimpalan kelim adalah kira-kira 152.4cm/min (60 inchi/min)

• Parameter kimpalan untuk unit penukar frekuensi 3 fasa adalah sama dengan jadual 4.1.

• Jika ada keperluan arus kimpalan perlu ditingkatkan antara 0.5 dan 2.5 kali nilai yang lebih tinggi untuk bahan yang lebih tebal.

Aplikasi Kimpalan Kelim :

• Digunakan untuk mengimpal pelbagai logam dan aplikasi utamanya merangkumi pengeluaran paip-paip yang dikimpal kelim serta tiub.

• Membuat pelbagai jenis bekas-bekas dari kepingan logam.

• Membantu membuat kerja fabrikasi kepingan logam kedap gas atau cecair gas yang terdiri daripada tangki petrol dan penukar haba.

• Digunakan secara meluas untuk muffler kereta.

• Berkesan pada logam seperti aluminium, titanium, tungsten serta keluli tahan karat.

Kelebihan :

• Apabila tindihan berterusan dihasilkan, hasil kerja akan agak mudah untuk menjadi kedap gas atau bekas cecair.

• Digunakan untuk menghasilkan sambungan untuk aplikasi pada fabrikasi kepingan logam. Proses ini digunakan ketika membuat tin timah, radiator domestik serta drum keluli.

• Kimpalan kelim lebih kurang sama dengan kimpalan titik. Yang berbeza hanya menggunakan elektod berbentuk cakera (disc shape electrodes).

• Prosesnya lebih mudah dan memerlukan kemahiran pengendali yang lebih rendah.

• Menyaksikan pertindihan yang lebih rendah berbanding dengan kimpalan titik atau unjuran.

4.5 KIMPALAN UNJURAN (PROJECTION WELDING)

Ianya adalah pengubahsuaian kimpalan titik. Dalam proses ini, kimpalan adalah setempat melalui bahagian yang dinaikkan yang dikenali sebagai lesung (dimple) atau unjuran.

• Arus tinggi akan dialirkan pada kepingan kerja yang diapit bersama.

• Satu tekanan yang ringkan dikenakan melalui elektrod palat plat kimpalan.

• Arus yang melalui unjuran (dimple) tersebut akan mencairkannya dan tekanan akan meratakan unjuran dan membentuk kimpalan.

• Kimpalan unjuran membolehkan kimpalan bahagian yang lebih tebal atau jarak kimpalan yang rapat.

• Unjuran ini juga boleh digunakan sebagai cara untuk mempermudahkan kedudukan (positioning) benda kerja.

• Kimpalan ini sering digunakan untuk mengimpal stud, nat dan bahagian-bahagian mesin yang lain ke plat logam.

• Juga digunakan untuk menyambung dawai dan bar bersilang (cross bar).

• Ini adalah satu proses penghasilan tinggi (high-production process) dan beberapa kimpalan unjuran (multiple projection welds) boleh dilakukan dengan reka bentuk dan sistem jig yang sesuai.

Aplikasi Kimpalan Unjuran :

• Industri automobil

• Kerja-kerja pembinaan kapal.

• Kerja-kerja kepingan logam

• Kerja-kerja penghawa dingin (kondenser, jeriji, rak dsb)

Kelebihan :

• Arus kimpalan tertumpa pada sambungan kerja.

• Elektrod rata dengan luas permukaan sentuhan yang besar.

• Karat, minyak, salutan dan sebagainya tidak terjejas dalam kimpalan.

• Mempunyai kawalan haba yang lebih baik.

• Operasi serentak boleh dilakukan.

• Memberikan keseimbangan haba yang lebih pada logam.

• Boleh mengimpal logam yang tebal dan menjimatkan elektrik.

Kekurangan :

• Tidak semua jenis logam boleh dikimpal.

• Logam tebal juga tidak boleh dikimpal.

• Terdapat operasi tambahan untuk membentuk unjuran. Memerlukan orang yang mahir untuk membuat unjuran sfera.

• Unjuran yang dibentuk juga perlu mempunyai ketinggian yang sama.

Rajah 4.8 menujukkan bahawa unjuran bermaksud sambungan yang menimbul (embossed joints) dibentuk pada salah satu logam benda kerja dan kemudian logam benda kerja ini ditindih diantara kedua-dua elektrod dan daya tekanan dikenakan tegak lurus ke elektrod.

Apabila daya tekanan meningkat, unjuran tajam akan runtuh (collapses) dan pembentukan kimpalan berlaku pada permukaan kimpal.

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION !

Any Questions ?

4.6 KIMPALAN FLASH

Digunakan untuk mengimpal tiub dan rod dalam industri keluli.

PROSES KIMPALAN FLASH :

• 2 kepingan logam yang akan dikimpal akan diapitkan pada pemegang elektrod dan arus berdenyut tinggi dalam julat 10,000 ampere dibekalkan pada bahan kerja.

• 1 pemegang elektrod adalah tetap dan 1 lagi boleh bergerak.

• Bila arus dibekalkan, pengapit bergerak ke pengapit tetap dan denyaran (flash) akan terhasil.

• Apabila permukaan muka menjadi bentuk plastik, arus berhenti dan tekanan paksi ditingkatkan untuk membuat sambungan.

• Dalam proses ini, kimpalan terbentuk akibat perubahan bentuk plastik (Plastic deformation)

Aplikasi :

• Banyak aplikasi kimpalan flash dilakukan dalam pengeluaran automatif.

• Gear roda pendaratan kapal terbang dan gelang dari pelbagai bahan dibuat dengan kimpalan flash.

• Bingkai jendela dan bingkai-bingkai umum dihasilkan dengan kimpalan flash.

Kelebihan :

• Operasi dan penggunaan logam menjimatkan.

• Sesuai untuk pengeluaran dalam jumlan yang besar.

• Tidak memerlukan tenaga kerja yang mahir.

• Menghasilkan kimpalan yang kuat.

• Sifat lesu yang baik boleh diperolehi.

• Tidak ada keperluan simetri yang khas, berbeza dengan kimpalan geseran.

Kekurangan :

• Lebihan kimpalan flash perlu diratakan (sama seperti kimpalan geseran)

• Proses akan mempengaruhi sifat pengerasan terikan (strain hardening).

• Rawatan haba selepas kimpalan flash mungkin diperlukan.

• Kos peralatan dan penyenggaraan mahal.

• Terdapat bahaya kebakaran.

• Ketidakseimbangan haba dari bahan berbeza.

• Memerlukan bekalan elektrik yang tinggi.

4.7 KIMPALAN UPSET

Juga dikenali dengan kimpalan rintangan sambungan temu adalah teknik kimpalan yang menghasilkan sambungan satau gabungan secara serentak disepanjang permukaan.

Aplikasi :

• Kimpalan upset boleh digunakan dalam penghasilan objek bulat yang mempunyai saiz yang sama.

• Ini termasuk gelang dawai, gelang tiub, gelang pembakar, rim roda, spring udara, pemanas, pengering dan banyak lagi.

Kelebihan :

• Kerja hasil produktiviti .

• Mudah untuk dikawal.

• Kurang kecacatan.

• Sifat kimpalan yang baik.

• Kos peralatan yang sederhana.

• Keperluan komposisi bahan yang kurang ketat.

• Keupayaan untuk menyambung bahan-bahan yang sukar dikimpal.

Kekurangan :

• Kawasan zon terkesan haba lebih besar dari kimpalan flash.

• Saiz bahagian yang dikimpal terhad.

• Persediaan tepian yang lebih banyak dari kimpalan flash.

KIMPALAN STAD (STUD WELDING)

Kimpalan stad, haba dari arka elektrik dihasilkan diantara pengikat dan bahagian yang hendak disambung melebur logam cair pada kedua-dua komponen.

Kedua-dua bahagian itu bersambung dibawah tekanan dan bersatu apabila bahagiannya sejuk.

Aplikasi :

• Automotif.

• Pembinaan.

• Katering dan pemprosessan makanan.

• Barang hiasan dan barangan pengguna.

• Barangan elektrik.

• Ternakan dan pertanian.

• Perabot, Pemanasan dan pengudaraan, Perindustrian, pembinaan kapal, papan tanda dan penghurufan.

Kelebihan :

• Menjimatkan masa dan kos.

• Sesuai mengimpal stad berdiameter 3-25mm dan ketebalan sehingga 1mm.

• Kekuatan yang tinggi.

• Peleburan yang rendah.

• Selepas kimpalan, tiada bekas di belakang benda kerja.

4.9 KIMPALAN RINTANGAN FREKUENSI TINGGI

Aplikasi :

• Sesuai untuk pengeluaran jangka masa lama yang berterusan.

Kelebihan :

• Kualiti kimpalan.

• Kekuatan kawasan zon kimpal.

• Mempunyai fleksibiliti.

• Kecekapan operasi yang tinggi.

• Kadar pengeluaran yang tinggi.

• Kurang percikkan.

Kekurangan :

• Kepala sentuh (contact head) perlu kerap diganti.

• Terdapat kecacatan hakisan.

• Julat pemanasan yang kecil.

• Pembakaran pantas yang tidak sesuai sengan permukaan tiub.

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION !

any Questions ?