BAB 9 KIMPALAN ARKA

KIMPALAN ARKA


Memahami konsep kimpalan arka serta kegunaannya dalam bidang perindustrian.

Di akhir unit ini anda dapat:


Mendefinasikan kimpalan arka dan menerangkan perkara-
perkara yang berkaitan dengannya iaitu:

- Fungsi alat pengubah
- Komponen-komponen asas mesin kimpalan arka
- Jenis-jenis mesin kimpalan arka dan menerangkan prinsip kerja, kelebihan dan
kelemahannya.
- Jenis-jenis kekutuban arus
- Teknik-teknik kimpalan arka
- Jenis-jenis elektrod kimpalan arka



9.0 KIMPALAN ARKA


9.1 Mesin Kimpalan Arka


Mesin kimpalan arka adalah merupakan sebuah alatubah perendah iaitu ia mngubah dari voltan tinggi kepada voltan rendah tetapi menghasilkan arus yang tinggi untuk menerbitkan arka bagi kegunaan mengimpal. Dilengkapi dengan kabel pemegang elektrod dan juga kabel bumi ke meja kerja.


9.2 Fungsi Alat Pengubah


Alat pengubah adalah komponen yang terdapat pada sebuah mesin kimpalan arka yang berfungsi untuk mengurangkan voltan dan meninggikan arus bagi menerbitkan arka untuk tujuan kerja mengimpal. Alat ubah ini dikenali sebagai alatubah perendah.


9.3 Komponen-komponen asas dalam sesebuah mesin kimpalan arka adalah
terdiri daripada:

- Alatubah
- Kebel bumi
- Kebel elektrod
- Pemegang Elektrod
- Bekalan kuasa



9.4 Jenis-jenis mesin kimpalan arka

Terdapat lima jenis mesin kimpalan arka. Iaitu:

- Jenis ‘rectifier (DC)
- Jenis alatubah (AC)
- Jenis kombinasi AC/DC
- Jenis pacuan enjin. (petrol atau disel)
- Jenis pacuan motor elektrik.(janakuasa)


9.4.1 Jenis ‘rectifier’(DC)

Mesin kimpalan arka jenis ‘rectifier’ (penerus) digunakan kerana ianya mempunyai dua pilihan aliran arus, iaitu arus terus kekutuban berbalik dan arus terus kekutuban lurus.

Punca positif disambungkan kepada elektrod maka ianya adalah kekutuban berbalik. Punca negatif disambungkan kepada elektrod maka ia adalah kekutuban lurus. Semua jenis kerja mengimpal bagi kebanyakan logam adalah amat sesuai dengan mesin jenis ini. Bagi kerja-kerja pembinaan dan penyelengaraan mesin jenis ini adalah pilihan yang tepat.

Kelemahan:
- Menghasilkan ‘semburan arka’ (arc blow)
- Arka tidak begitu stabil berbanding jenis janakuasa
- Tiada pilihan untuk ciri-ciri arka.


9.4.2 Jenis arus ulangalik.

Mesin kimpalan arus ulangalik (AC) digunakan adalah kerana ianya menghasilkan arka yang lebih stabil dan tiada berlaku ‘semburan arka’ (arc blow) dengan penembusan yang sederhana dan senyap.

Kelemahan:
- Mengimpal ke atas logam tertentu dan penggunaan yang terhad.
- Tidak semua elektrod boleh digunakan.
- Mampu beroperasi pada ampiar yang tinggi.


9.4.3 Jenis gabungan/kombinasi AC/DC.


Mesin jenis ini boleh menggunakan kedua-kedua jenis arus. Ianya perlu apabila mengimpal logam tertentu dengan arus yang tertentu. Mempunyai penggunaan yang meluas. Boleh digunakan ke atas banyak jenis keluli dan kedudukan mengimpal.


Kelemahan:
- Kos yang agak tinggi
- Berlaku ‘semburan arka’ pada sesetengah sambungan.


Contoh 9.1

Apakah alat yang menukarkan arus ulangalik kepada arus terus dalam mesin kimpalan arus terus?

Penyelesaian:

Alat yang digunakan bagi menukar arus ulangalik kepada arus terus ialah ‘rectifier’ atau alat penerus.



9.4.4 Jenis Pacuan enjin petrol /disel ( Arus Terus atau Arus Ulangalik).


Mesin ini boleh digunakan dikawasan yang tiada bekalan elektrik. Boleh membekalkan sama ada arus ulangalik atau arus terus.

Kelemahan:
- Modal yang besar dan penyelenggaraan yang tinggi
- Bising
- Modal tinggi
- Kos penyelenggaraan tinggi
- Semburan arka (arc blow)
- Memerlukan bahanapi.



9.4.5 Jenis Pacuan motor.


Mesin kimpal arka jenis ini menghasilkan arus terus. Menghasilkan dua pilihan arus terus. Iaitu kekutuban terus dan kekutuban berbalik.

Kelemahan:
- Terdapat ‘arc blow’ .
- Penyelenggraan yang tinggi. Ianya menggunakan beberus karbon
dan perlu ditukar pada tempoh tertent



9.5 Kekutuban Mesin Kimpalan Arka


9.5.1 Terdapat dua jenis kekutuban mesin kimpalan arka . Iaitu:


- Arus Terus Kekutuban Berbalik ( kebel elektrod dipasang pada punca positif)
- Arus Terus Kekutuban Lurus ( kebel lektrod dipasang pada punca negatif)


9.5.2 Ciri-ciri Kekutuban:


Ciri-ciri kekutuban arus terus kekutuban berbalik ialah:

- Kadar kecairan elekrod yang lebih cepat.
- Ketelusan yang cetek
- Kelajuan kimpal yang lebih pantas diperlukan.

Ciri-ciri kekutuban arus terus kekutuban lurus ialah:

- Kadar kecairan letrod yang lambat
- Ketelusan yang dalam
- Kelajuan yang sederhana.



9.6 Kaedah Mengimpal Menggunakan Elektrod Bersalut


Terdapat dua teknik mengimpal dengan kimpalan arka gas pelindung. Iaitu:

Teknik Seret.

Menggunakan teknik ini boleh dilakukan dengan elektrod jenis ‘hujung cawan’(deep cup) dimana hujung logam tidak bersentuh dengan bendakerja kerana hujung bahan lakur membentuk seperti cawan. Oleh itu jarak sentiasa kekal pada ketinggian yang sama dan mengahsilkan kumai yang cantik dan kemas.

Teknik Angkat

Menggunakan teknik ini letrod diangkat pada jarak lebih kurang 1/8 inci dari permukaan bendakerja ketika arka dihidupkan sehingga selesai mengimpal. Teknik ini hendaklah digunakan apa mengimpal dengan elektrod biasa yang bukan jenis ‘deep cup’.



9.6.1 Bahagian–Bahagian Kimpalan Arka.


Contoh 9.3

Bilakah teknik seret digunakan dan apakah kelebihan menggunakan teknik ini?

Penyelesaian:

- Teknik seret boleh digunakan apabila mengimpal dengan menggunakan elektrod jenis ‘ hujung dalam’ (deep cup). Kelebihannya jarak arka dapat diseragamkan dan juga rupa kumai akan lebih seragam dan kemas. Amat baik untuk mengimpal kembi kerana mudah dikendalikan dan kumai kelihatan lebih halus dan cantik.




9.6.2 Kesan jarak arka, sudut arka dan kelajuan arka ke atas hasil kimpalan.


Jarak Arka


Jarak arka adalah jarak diantara hujung teras logam elektrod dengan permukaan bendakerja. Dimana arka yang diterbitkan akan dapat dikekalkan pada jarak ini. Jarak arka yang terlalu tinggi akan menyebabkan kumai tidak cantik dan juga ketelusan yang kurang. Jarak arka ialah antara 5.0mm hingga 6.0mm.


Sudut Arka

Sudut yang terbentuk diantara kecondongan elektrod dengan permukaan bendakerja pada arah gerakan elektrod. Sudut arka yang tidak betul akan menyebabkan riak kumai jadi memanjang atau bujur dan menjadikan rupa kumai tidak cantik.


Kelajuan Arka

Kelajuan arka adalah laju gerakan elektrod bergerak ke arah hujung penamat kimpalan. Kelajuan ini biasanya bergantung kepada kadar kecairan elektrod.
Mengimpal terlalu laju akan menjadikan kumai terlalu halus dan tinggi serta kurang ketelusan.

Ketika memulakan arka pada tempat permulaan mengimpal pastikan tempat itu bebas daripada cat dan bahan-bahan yang boleh menghalang pengaliran arus elektrik. Kaedah letak angkat dilakukan seolah-olah mengetuk sesuatu secara perlahan dan apabila arka dapat diterbitkan jarak arka itu perlu dikekalkan pada jarak 5.0mm hingga 6.0mm.

Manakala kaedah menggores pula, elektrod di carek-carek ke atas tempat permulaan kimpal seperti mana anda menggores mancis api. Apabila terbit arka hendaklah jaraknya dikekalkan seperti mana yang telah diterangkan di atas.

9.5 Semburan arka adalah satu keadaan dimana arka yang terbit diantara hujung elektrod dan bendakerja tersasar dari laluan yang sepatutnya. Biasanya bunyi yang terhasil dari semburan ini agak kuat dari biasa dan saiz arka juga
kelihatan agak besar sedikit. Keadan ini berlaku mungkin disebabkan
kedudukan klip bumi yang kurang tepat. Lihat gambarajah di bawah.


9.6 Pemilihan sesebuah mesin kimpalan yang hendak digunakan adalah
bergantung kepada perkara-perkara berikut.

- Kedudukan kimpalan
- Jenis logam yang hendak dikimpal
- Jenis rekabentuk sambungan
- Ketebalan logam



9.7 Elektrod.


Elektrod adalah berfungsi sebagai logam penambah dalam kimpalan arka yang
mana ianya disalut dengan bahan lakur yang mana campurannya terdiri
daripada beberapa jenis bahan tertentu dan mempunyai berbagai fungsi ketika
kerja kimpalan dilakukan.


9.8 Penghasilan Elektrod

Elektrod kimpalan arka pelindung (SMAW) adalah sejenis elektrod bersalut lakur yang habis guna (consumable) yang terdiri dari berbagai jenis bergantung pada jenis logam teras dan juga kandungan salutan elektrod berkenaan.

Proses salutan bahan lakur dibuat dalam dua cara iaitu cara penyemperitan (extrusion) dan cara mencelup (dipping). Panjang sebatang elektrod adalah diantara 230mm hingga 460mm. Saiz elektrod disebut dengan nombor 12,10, 8 dan 4. Elektrod no.12 adalah berdiameter paling kecil diantara yang disebutkan di atas.


9.9 Kandungan Pancalogam Teras Elektrod


Kandungan logam teras elektrod adalah terdiri dari pancalogam yang bergantung kepada ilic-ciri penggunaan elektrod berkenaan. Jenis pancalogam bagi teras elektrod adalah mangan, ilicon, sulphur, fosforus dan karban


9.10 Jenis Salutan Elektrod


Bahan campuran salutan elektrod terdiri dari beberapa bahan yang bergantung kepada irri-ciri penggunaan elektrod. Diantara bahan-bahan campuran yang terdapat pada salutan elektrod ialah serbok besi, oksida-titania, sodium silikat, potassium, asbestos, ferro-manganese. Salutan elektrod terbahagi kepada tiga iaitu:

-Salutan nipis (tidak bersalut)
-salutan sederhana
-salutan tebal


9.11 Fungsi Salutan Elektrod


Fungsi salutan pada elektrod adalah:

- Menghasilkan gas pelindung.
- Menghasilkan jeremang penutup kumai
- Menstabilkan arka
- Mengandungi campuran untuk ciri-ciri khas penggunaannya.



Berikut adalah jadual bagi jenis salutan dan arus yang disyorkan.


Digit Jenis salutan Arus

0 Sodium selulos KB
1 Potassium selulos AU atau ATKB dan ATKL
2 Sodium titania AU atau ATKL
3 Potassium titania AU atau ATKB
4 Serbuk besi titania AU atau ATKB dan ATKL
5 Hiderojen rendah sodium ATKB
6 Hiderojen rendah potassium AU atau ATKB
7 Serbuk besi oksida besi AU atau ATKB dan ATKL
8 Hiderojen rendah serbuk besi AU atau ATKB

Salutan elektrod juga boleh dikategorikan kepada jenis:

- Rutile
- Selulos
- Serbuk besi


9.12 Pengkelasan Elektrod.


Elektrod dikelaskan mengikut system yang ditentukan oleh system piawaian yang diterima pakai di sesebuah negara. Di Malaysia piawaian yang biasa digunakan AWS ( American Welding Society ) atau ASTM (American Standard for Testing Materials). Sebagai contoh terdapat tiga spesifikasi bagi elektrod Keluli Lembut. Iaitu:

- AWS A5.1 – 55 T
- ASTM A233 – 55 T
- CSA W48.1 – 1952 (kanada)

Elektrod boleh dikodkan mengikut system penomboran seperti E6013, E6011, E6010, E7018 dan sebagainya. Setiap huruf dan nombor mempunyai pengertian tertentu. Sebagai contoh E6013:

E – elektrod
60 – kekuatan tensil/tegangan 60,000lb.
9 – kedudukan mengimpal
3 – jenis arus

Elektrod juga boleh dikelaskan mengikut :

- Cepat penuh ( E6024, E6027)
- Kelajuan tinggi (E6012, E6013)
- Cepat beku (E6010, E6011)

Terdapat juga elektrod yang menggunakan kod warna oleh pengeluarnya. Dimana Kod warna yang digunakan menerangkan tentang kekuatan tensil, kedudukan mengimpal dan juga pilihan arus.

Contoh: E 7024


Elektrod dikategorikan kepada tujuh kumpulan, iaitu:

- Keluli lembut
- Keluli ‘low alloy’
- Keluli tahan karat
- Pengerasan permukaan
- Nikel dan pancalogam nikel
- Aluminium dan pancalogam aluminium
- Kuprum dan pancalogam kuprum


9.13 Fungsi Jeremang.


Jeremang adalah satu selaput yang terdapat pada permukaan kumai hasil dari peleburan salutan elektrod. Jeremang ini mempunyai fungsi tertentu.Diantaranya ialah:

- Melindungi kumai daripada udara luar disepanjang penyejukan berlaku.
- Mengapungkan kotoran ke permukaan dari kawah lebur.
- Mengawal bentuk kumai supaya seragam.
- Melambatkan kadar penyejukan bagi membaiki sifat logam
- Memberikan perlindungan secara mekanikal kepada pemindahan logam dari elektrod ke logam induk.