Kimpalan arka

Kimpalan arka merupakan satu proses menyambung kekal dua atau lebih logam (Rajah 4.50). Proses penyambungan dijalankan dengan mengalirkan arus elektrik daripada elektrod ke logam asas. Tenaga elektrik ini ditukarkan kepada tenaga haba yang tinggi. Haba yang tinggi mi akan meleburkan hujung elektrod dan bahagian logam asas yang hendak disambung. Kedua-dua logam mi menjadi sebati lalu menghasilkan satu sambungan yang kuat. Kimpalan arka digunakan dalam kerja fabrikasi logam seperti pembinaan kapal, dandang, jambatan, dan struktur bangunan.

Prinsip kimpalan arka

Arka elektrik terbentuk apabila terdapat perbezaan voltan antara elektrod dengan logam asas. Kejadian mi menghasilkan haba yang tinggi untuk meleburkan hujung elektrod dan sebahagian daripada logam asas. Satu kolam leburan terhasil daripada peleburan logam asas. Logam lebur dan elektrod dipindah ke kolam leburan

melalui arka elektrik. Cairan logam mi akan dilindungi oleh satu lapisan jermang yang terhasil daripada pembakaran salutan elektrod. Apabila logam lebur membeku, satu sebatian yang kuat dihasilkan iaitu kumai.

Rajah 4.50 Kimpalan arkaSusunan litar elektrik asas untuk kimpalan arka ditunjukkan dalam Rajah 4.51.

Rajah 4.51 Susunari I/tar e/ektrik asas untuk kimpalanarkaAlatan kimpalan cirka

Alatan. utama yang diperlukan untuk mengendalikan kimpalan arka ialah:

a. Mesin kimpalb. Elektrodc. Alatan pembersih

d. Alatan keselamatanMesin kimpalTerdapat dua jenis mesin kimpal yang digunakan iaitu:i. Mesin kimpal anis terus

ii. Mesin kimpal arus ulang alik

• Mesin kimpal arus terusTerdapat dua kaedah ühtuk memperoleh arus terus iaitu menggunakan set penjana elektrik dan set penerus (Gambar foto 4.7).Mesin kimpal mi boleh digunakan di sebarang tempat. Hasil kimpalannya lebih baik dan mesin mi boleh digunakan untuk mengimpal pada sebarang kedudukan. Ciri kekutuban mengimpal boleh dipilih dengan menggunakan mesin mi. Harga mesin mi lebih mahal jika dibandingkan dengan jenis mesin arus ulang alik.

Gambar foto 4.7 Contoh rnesin kimpal set penerusMesin kim pal arus ulang alikMesin kimpal arus ulang alik berfungsi sebagai pengubah untuk menyesuaikan voltan dan anus untuk kerja kimpalan arka (Gambar foto 4.8). Kuasa elektrik yang dibekalkan mempunyai voltan yang tinggi dan arus yang rendah dan mi tidak sesuai untuk kimpalan. Voltan yang diperlukan untuk kerja kimpalan ialah di antara 20 volt hingga 100 volt. Arus yang sesuai ialah di antara 100 ampere hingga 1000 ampere. Mesin mi mempunyai unit kawalan arus untuk di-sesuaikan dengan saiz elektrod yang digunakan. Harga mesin jenis mi lebih murah jika dibandingkan dengan jenis janakuasa. Ciri kekutuban tidak boleh dipilih dengan mesin mi.

Gambar Iota 4.8 Mesin kirnpal arus ulang al/kPemegang elektrod

Pemegang elektyod (Rajah 4.52) digunakan untuk memegang elektrod sewaktu proses pengimpalan. Pemegang elektrod adalah ringan, tidak cepat panas dan mestilah disaluti dengan penebat yang baik untuk mengelakkan kejutan elektrik. Terdapat alur pada penyepit spring yang digunakan untuk menetapkan kedudukan elektrod, Penyepit spring mi mestilah mempunyai cengkaman yang cukup untuk memberikan sentuhan elektrik yang baik.

Rajah 4.52 Pemegang elektrod

ElektrodElektrod ialah sebatang rod logam yang digunakan untuk mengalirkan ants elektrik ke benda kerja Untukmembentuk arka. Elektrod mi akan melebur dan bertindak sebagai rod penambah dan memenuhi ruangan di dalam kolam leburan. Terdapat dua jenis elektrod iaitu elektrod hersalut dan elektrod tidak bersalut.

Elektrod bersalutElektrod bersalut merupakan rod dawai yang disalut dengan lapisan fluks kecuali pada bahagian pangkalnya (Rajah 4.53).Bahagian pangkal elektrod dicengkam oleh pengapit untuk memberikan sentuhan elektrik yang baik.,

Tujuan menyalutkan elektrod dengan fluks ialah untuk:

• menstabilkan arka,

• memudahkan logam lebur mengalir,

• menimbulkan bendasing di dalam logam lebur,

• menghasilkan satu lapisan gas pelindung supaya mengelakkan berlakunya proses pengoksidanan semasa proses mengimpal,

• membentuk saW lapisan pepejal yang dinamakan jermang di permukaan logam kumai. Lapisan jermang akan memberi perlindungan dan mengelakkan berlakunya pengoksidanan dan mengawal kadar penyejukan kumai.

Rajab 4.53 Elekt rod bersalutElektrod tidak bersalutElektrod tidak bersalut (Gambarfoto 4.9) berbentuk dawai yang bergulung. Contoh penggunaannya ialah dalam menyambung paip yang besar.

Gambar foto 4.9 Elektrod tidak bersalut

Faktor pemilihan elektrod

• Saiz elektrod mestilah sesuai dengan ketebalan logam yang hendak dikimpal.• Bahan elektrod hendaklah sama dengan bahan asas.• Saiz elektrod mestilah sesuai denganjenis sambungan yang akan dibuat.Alatan keselam,FtanPengimpal mestilah melindungkan kulit muka, tangan, kaki, badan dan mata daripada percikan logam lebur dan sinaran arka dengan memakai sarungtangan, pelindung muka, apron (Gambarfoto 4.10) dan kasut yang tebal. Untuk mengelakkan daripada berlakunya renjatan elektrik, pastikan yang semua kabel elektrik dan sambungan berada dalam keadaan yang sempuma.

Gambar fob 4.10 A/alan keselamatanKabel kimpalan arka

Terdapat dua jenis kabel dalam kimpalan arka iaitu kabel elektrod dan kabel bumi (Gambar foto 4.11). Kabel mi disalut dengan penebat getah. Kabel bumi disambungkan dan m~sin kimpal ke benda kerja atau ke meja kimpalan. Kabel elektrod disambungkan dan mesin kimpal ke elektrod.

Gambar foto 4.11 Kabel kimpalanAlatan pembersthAlatan yang digunakan ialah tukul serpihan dan berus dawai (Gambar foto 4.12). Tukul serpihan digunakan untuk menyerpihkan jermang pada benda kerja dan berus dawai digunakan untuk membersihkan benda kerja daripada serpihan jermang tadi.

Gambar fofo 4.12 Alatan pembersih

Cara memulakan arka

Terdapat beberapa kaedah untuk memulakan arka. Kaedah yang digunakan ialah kaedah mengetuk dan kaedah menggores.

I Kaedah mengetukHujung elektrod yang masih panas diketuk ke permukaan benda ker~a dan kemudiannya dinaikkan sedikit ke atas. Setelah arka diperoleh, kerja kimpalan boleh diteruskan. Cara mi lebih sesuai untuk benda kerja yang masih panas (Rajah 4.52).

Rajah 4.54 Kaedah mengetukKaedah menggoresCara mi sesuai bagi elektrod yang tidak panas. Caranya ia1ah~ seperti menggores mancis api.Apabila hujung elektrod digores pada benda kerja, arka akan terhasil. Kemudian tetapkan ketinggian elektrod dan benda ker~a dan teruskan proses kimpalan (Rajah 4.55).

Rajab 4.55 Kaedah menggoresCara untuk mematikan arka

Cara mematikan arka ialah dengan mengangkat atau menaikkan elektrod dan memusingkan sedikit elektrod itu (Rajah 4.56).

Rajah 4.56 Cara mematikan arka dengan men gangkat he atasKaedah menyambung kumai kimpalan

Untuk menyambung kumai, cara yang paling sesuai ialah mulakan kimpalan Iebih kurang 15 mm dan hujung kumai, kemudian berpatah balik untuk meneruskan kimpalan (Rajah 4.57).

Rajali 4.57 Cara rnenyambung kumai kimpa/anJenis sambungan

Lima jenis sambungan asas di dalam kerja kimpalan ialah sambungan temu, sambungan tindih/lekap, sambungan penjuru, sambungan kambi/T dan sambungan tepian.

Rajah 4.58 Jenis sambunganKedudukan kimpalanTerdapat empat kedudukan kimpalan yang biasa digunakan iaitu kedudukan rata, kedudukan ufuk, kedudukan tegak-ufuk dan kedudukan atas (Rajah 4.59). Mengimpal pada kedudukan rata adalah mudah dan cepat. Kedudukan yang paling sukar ialah kedudukan atas kerana logam lebur akan melendut dan jatuh.

Rajali 4.59 Kedudukan kimpalan

Pergerakan elektrodRajah 4.60 menunjukkan enam kaedah pergerakan elektrod yang boleh dilakukan untuk kimpalan arka. Anak panah menunjukkan arah pergerakan.

Rajah 4.60 Pergerakan elektrod

Kecacatan kimpalanKecacatan mungkin berlaku dalam proses mengimpal. Kecacatan mi mungkin disebabkan kurangnya pengalaman atau kecuaian pengimpal. Kecacatan sambungan akan mengurangkan kekuatan serta merugikan masa, tenaga, dan kos. Berikut ialah beberapa kecacatan yang sering terjadi.

Kimpalan gasKimpalan gas merupakan kaedah sambungan kekal dua atau lebih kepingan logam dengan proses pemanasan. Proses penyambung dilakukan dengan memanaskan logam asas ke takat leburnya. Pemanasan dihasilkan dan pembakaran gas oksigen dan asetilena. Kadangkala rod penambah digunakan untuk memperolehi sambungan yang lebih kuat.Prinsip kimpalan gasSatu sumpitan api digunakan untuk menghalakan api daripada pembakaran gas oksijen dan gas asitelina ke bahagian logam yang hendak disambung. Pembakaran gas oksijen dan gas asitelina menghasilkan haba yang banyak. Haba yang terhasil meleburkan tepi logam yang hendak disambung. Pelakuran logam lebur berlaku dan menghasilkan satu sambungan yang kuat apabila logam lebur jadi beku. Lazimnya logam tambahan daripada rod penambah yang bahannya sama dengan logam induk digunakan untuk memperkukuhkan sambungan yang dibuat.

Alaf kimpalan gasAlatan yang digunakan dalam kimpalan gas adalah seperti berikut:a. silinder gas oksigen,b. silinder gas asetilena.C. sumpitan api,d. pengatur tekanan,e. peralatan keselamatan,f. hosgas,g. injap sehala.

Silinder gas oksigenSilinder gas oksigen dibuat daripada keluli. Terdapat satu injap yang dibuat daripada gangsa di bahagian atasnya. Injap mi dibuka dengan menggunakan kekunci injap. Silinder mi mengandungi oksigen yang dimampatkan pada tekanan 150 kg/cm pada 15° C. Tekanan dalam silinder akan berubah bergantung kepada suhu. Jika suhu bertambah maka tekanan akan turut bertambah. Silinder mi berwarna hitam (Gambar foto 4.13).

Silinder gas asetilenaSilinder gas asetilena dibuat daripada keluli. Silinder mi berwarna merah tua. Gas asetilena tidak stabil

Gambar foto 4.13 Alatan kimpa/an gasapabila dimampatkan pada tekanan tinggi. Gas asetilena dilarutkan ke dalam satu bahan kimia yang dinamakan aseton. Aseton merupakan satu cairan yang berwarna kuning dan ia disimpan di dalam silinder yang mengandungi bahan telap.Satu injap keluli dipasang di atas silinder. Injap mi dibuka atau ditutup dengan kekunci injap. Injap hendaklah dibuka antara + hingga-~- pusingan.

• Sumpitan apiFuñgsi sumpitan api ialah untuk mencampurkan gas oksigen dan asetilena, mengawal pengaliran gas dan juga mengarahkan api ke tempat yang hendak dikimpal. (Rajah 4.61).

Rajah 4.61 Sumpitan apiSumpitan api dibahagikan kepada empat bahagian utama iaitu:

i. muncung sumpitan,ii. penyampur,iii. injap kawal,iv. badan sumpitan.

Muncung sumpitanMuncung sumpitan dibuat daripada tembaga atau loyang. Terdapat berbagai-bagai saiz lubang muncung. Lubang nfuncung kecil digunakan untuk mengimpal logam nipis dan yang terbesar untuk mengimpal logam tebal. Saiz muncung sumpitan dikelaskan mengikut sistel nombor iaitu dan angka 1 (kecil) hingga 7 (besar). Haba yang dihasilkan dengan menggunakan muncung sumpitan yang kecil adalah sama dengan muncung sumpitan yang besar.

Lubang muncung sumpitan perlu dibersihkan dahulu sebelum digunakan untuk memperoleh sumpitan api yang baik. Gambar foto 4.14 menggambarkan alat pembersih yang digunakan.

Gambar foto 4.14 A/at pembe rsih lubang muncung sumpitan apiPen yam purPenyampur berfungsi untuk mencampur gas oksigen dan asetilena. Campuran gas mi kemudian dihala keluar melalui muncung sumpitan.

Injap kawalInjap kawal digunakan untuk melaraskan pengaliran gas oksigen dan asetilena. Injap berwarna biru untuk oksigen dan merah untuk asetilena.

Badan sum pitanBadan sumpitan ialah bahagian yang dipasangkan dengan hos gas. Badan sumpitan berfungsi sebagai pemegang dalam proses mengimpal.

Pengatur tekananPengatur tekanan merupakan alat yang digunakan untuk:• melaraskan tekanan gas yang keluar danpada silinder,• menstabilkan tekanan gas yang keluar,

• tolok pada pengatur tekanan menunjukkan nilai tekanan di dalam silinder dan tekanan kerja.

Gambar foto 4.15 menunjukkan pengatur tekanan yang terdapat di bahagian atas silinder.

Peralatan keselamatanDalam mengendalikan kimpalan gas, keselamatan din dan persekitaran perlu diutamakan. Alat keselamatan yang digunakan ialah gogal, sarung tangan, dan apron.

Gambar foto 4.15 Pen gatur tekananGogalGogal ialah alatan yang diguna untuk menjaga keselamatan mata (Gambar foto 4.16). Gogal hendaklah dipakai semasa mengimpal.

Gambar foto 4.16 Gogal untuk kimpa/an gas

Sarung tanganSarung tangan dibuat daripada kulit untuk menjaga kulit tangan daripada terbakar atau melecur.

ApronBiasanya apron dibuat daripada kulit untuk mengelakkan pakaian daripada terbakar dan daripada haba panas. (Rajah 4.62).

Hos gasHos gas digunakan untuk mengalir gas ke sumpitan api. Hos gas untuk oksigen berwarna hitam

Rajab 4.62 Apronatau biru dan hos gas asetilena berwarna merah. Hos gas dibuat daripada getah yang bertetulang dan boleh dilenturkan ke sebarang arah. Terdapat juga hos yang dibuat kembar supaya tidak mudah terpiuh.

Injap sehalaInjap sehala mengawal gas supaya mengalir ke satu hala (Rajah 4.63). Dalam keadaan normal spring pemampat akan menolak injap ke kanan. Apabila gas dialirkan, injap akan terbuka dan membenarkan gas keluar dan injap sehala. Jika aliran gas berbalik, injap akan bergerak ke kanan dan secara automatik akan mengelakkan gas mengalir.

Rajah 4.63 Injap sehalaRod penambah

Rod penambah digunakan dalam kimpalan gas untuk menguatkan sambungan. Rod mi dibuat daripada logam yang sama dengan logam asas.

Fluks

Sebelum kerja kimpalan dilakukan, permukaan benda kerja mestilah dibersihkan daripada habuk, minyak, cat, gris dan sebarang kotoran. Fluks diguna untuk mengelakkan berlaku pengoksidanan di permukaan logam yang telah dibersihkan.Fluks dibekalkan dalam bentuk serbuk, cecairatau adunan. Fluks disapu atau ditabur di permukaan yang akan dikimpal. Semasa proses kimpalan dijalankan, rod penambah yang dipanaskan boleh dicecahkan ke dalam fluks. Fluks akan melekat pada rod penambah dan dibawa ke tempat yang akan dikimpal. Fluks digunakan khas untu.k mengimpal keluli tahan

karat, loyang, besi tuangan dan aluminium. Biasanya fluks tidak digunakan untuk menimpal keluli lembut.

Jenis !idah api

Terdapat tiga jenis lidah api hasil pembakaran gas oksi-asetilena iaitu lidah api kirburis, lidah api nuetral dan lidah api pengoksidan.

• Lidah api karburisLidah api karburis terhasil apabila kuantiti gas z~~elina melebihi kuantiti gas oksigen. Di dalamnya terdapat tiga kim api yang berlainan saiz iaitu kun dalam, kun tengah dan kun luar (Gambar foto 4.17). Suhu lidah api mi adalah lebih kurang 3066°C. Lidah api seperti mi kurang sesuai untuk kimpalan kerana kecairan logam agak lambat. Udah api mi hanya digunakan untuk mengimpal aluminium dan juga untuk menjalankan proses pengerasan permukaan.

Gambar foto 4.17 Lidah apikarburisLidah api neutralLidah api nuetral terhasil apabila kuantiti gas oksigen sama dengan kuantiti gas asitelina. Udah api mi terdin daripada dua kun iaitu kun dalam dan kun luar. Suhu kepanasannya lebth kurang 3232° C (Gambar foto 4.18). Lidah api mi sangat sesuai untuk proses kimpalan kerana logam akan mencair dengan mudah dan cepat. Lidah api mi sesuai untuk mengimpalkeluli lembut, tembaga, besi tuang dan loyang.

Gambar futo 4.18 Liaãnapi neuiraiLidah api pengoksidanLidah api pengoksidaan (Gambar foto 4.19) terhasil apabila kuantiti oksigen lebih banyak daripada kuantiti asetilena. Di dalam lidah api mi terdapat sebuah kon yang tajam dan kon luar. Ia menghasilkan bunyi yang agak bising. Suhunya lebih kurang 3316 oC. Apabila digunakan dalam proses mengimpal, logam akan mencair dengan kadar yang lebih cepat. Lidah api mi sesuai untuk mengimpal lebur mangan dan mengimpal loyang.

Gambar foto4. 19 Lidah apipengoksidananKaedah mengimpal gas

Terdapat dua kaedah dalam mengimpal iaitu:Teknik mengimpal ke kin.Teknik mengimpal ke kanan.

Teknik mengimpal ke kinTeknik mengimpal ke kin dijalankan dengan arah pergerakan dan kanan ke kin. Teknik mi sesuai untuk logam nipis.

Rajah 4.64 Mengimpal ke kin~Teknik mengimpal ke kananTeknik mengimpal ke kanan dilakukan dengan arah pergerakan dan kin ke kanan. Teknik mi sesuai untuk mengimpal plat logam tebal.

Rajah 4.65 Mengimpalke kananPergerakan sumpitan api

Dalam mengimpal gas, sumpitan api boleh digerakkan dengan beberapa cara seperti digambarkan dalam Rajah 4.66.

Rajab 4.66 Bentukpegerakan sumpitan apiProses mengimpalLangkah yang perlu dilkuti dalam kimpalan gas adalah seperti yang berikut:1. Bersihkan bahagian yang hendak dikimpal seperti mengikir, mencanai atau melelas.2. Buka injap pada silinder gas oksigen dan asetilena sebanyak-~- hingga~- pusingan.

3. Buka skru pelaras pada pengatur tekanan mengikut arah pusingan jam sehingga penunjuk pada tolok mengatur tekanan menunjukkan nilai tekanan yang sesuai.4. Buka injap kawal sumpitan api perlahanlahan. Gunakan pencucuh bunga api untuk mendapatkan nyalaan (Gambar foto 4.20).Laraskan injap kawalan secara perlahanlahan sehingganyalaantidakmengeluarkan asap hitam.5. Buka injap kawal gas oksigen secara perlahan-lahan sehingga memperoleh nyalaan yang sesuai.6. Panaskan bahagian yang akan dikimpal sehingga kelihatan kemerah-merahan.7. Panaskan sedikit hujung rod penambah dan cecahkan ke dalam fluks.8. Leburkan logam asas dan rod penambah supaya menjadi sebati.

Gambar foto 4.20 Pencucuh bunga apiJenis sambungan kimpalan gas

Dalam kimpalan gas, sambungan boleh dibuatdenganbeberapa cara seperti dalam Rajah 4.65.

Rajah 4.67 Jenis sambungan kimpalan gasCara mematikan api oksi’asetilenaa. lutupkan injap olcsigen ~pada sumpitan api.b. Tutupkan injap asetilena pada sumpitan api.c. Tutupkan injap kedua-dua silinder.d. Bukakan semula kedua-dua injap pada sumpitan api untuk mengeluarkan gas yang masihtertinggal di dalam hos.e. Pusingkan skru pelaras pada pengatur tekanan mengikut arah lawan jam sehingga menunjukkan tekanan sifar.f. Tutupkan semula injap di badan sumpitan api.Langkah keselamatanKimpalan gas oksi-asetilena berbahaya jika kamu tidak memahami atau tidak tahu akan cara mengendalikannya. Gas asetilena yang digunakan mudah terbakar. Tekanan di dalam silinder adalah tinggi. Untuk mengelakkan daripada berlakunya sebarang kejadian yang tidak diingini, langkah berikut hendaklah dipatuhi.a. Uji dengan menggunakan air sabun bagi memastikanhosdan sambungan tidakbocor.b. Jauhkan hos dan minyak atau gris dan benda panas.c. Gunakan gas asetilena dengan tekanan tidak melebihi 15 psi.d. Elakkan hos daripada ditindih, digelek atau dibebankan dengan benda berat.e. Tempat kimpalan perlu mempunyai pengalihudaraan yang baik.f. Pastikan yang sambungan antara sumpitan

api, hos, pengatur tekanan dan silinder dalam keadaan baik.g. Pakai sarung tangan, apron dan kasut semasa mengimpal.h. Silinder mestilah didirikan tegak dan dijauhkan

dan tempat mengimpal. Silinder asetilenayang mendatar boleh menyebabkan asetonterkeluar bersama-sama gas.

i. Jangan gunakan rod penambah yang pendek.j. Hubungi guru jika ada masalah.Latihan1. Apakah perbezaan antara bol dan stad dan segi bentuk dan kegunaannya?2. Apakah kegunaan skru kepala benam?3. Nyatakan cara flat kota digunakan.4. Apakah kegunaan sesendal spring?5. Bagaimanakah saiz bol dan skru ditentukan?6. Bagaimanakah ulir skru ditentukan?7. Apakah yang dimaksudkan dengan proses merivet?8. Apakah kegunaan set iivet?9. Bagaimanakah proses menivet dijalankan ke atas dua keping plat logam yang menggunakan rivet kepala bulat?

10. Senaraikan lima kecacatan yang sening berlaku dalam proses menivet.11. Apakah maksud menimah, dan bagaimanakah proses menimah dilakukan?12. Apakah tujuan fluks digunakan untuk pateri lembut dan pateri keras?13. Jelaskan bagaimana satu sambungan pateri keras dilakukan.14. Apakah perbezaan antara pateri lembut dengan kimpalan?15. Huraikan dengan jelas pninsip kimpalan arka.16. Apakah yang dimaksudkan dengan istilah berikut:i. teras arkaii. gas pelindungiii. kolam leburaniv. salutan elektrodv. penembusan17. Senaraikan lima kecacatan yang sering berlaku dalam proses kimpalan.