Kimpalan rintangan (RW) merangkumi pelbagai teknik kimpalan pelakuran yang mencapai penggabungan melalui campuran haba dan tekanan. Haba dihasilkan di simpang yang perlu dikimpal oleh rintangan elektrik terhadap aliran arus. Elemen utama kimpalan rintangan dipaparkan dalam rajah di bawah untuk kaedah paling popular dalam kumpulan ini, iaitu operasi kimpalan titik rintangan. Bahagian kerja yang akan dikimpal (selalunya bahagian logam kepingan), dua elektrod yang bertentangan, cara untuk menekan bahagian antara elektrod dan sumber kuasa AC yang boleh menggunakan arus terkawal adalah komponennya. Dalam kimpalan titik, proses ini mewujudkan zon lakur antara dua komponen yang dikenali sebagai nugget kimpal.
Kimpalan rintangan tidak memerlukan gas pelindung, fluks atau logam pengisi seperti kimpalan arka, dan elektrod yang membawa kuasa elektrik tidak boleh digunakan. RW dikategorikan sebagai kimpalan pelakuran kerana permukaan yang rosak hampir selalu cair apabila haba dikenakan. Walau bagaimanapun, terdapat pengecualian tertentu. Untuk mengelakkan pelakuran, teknik kimpalan berasaskan pemanasan rintangan tertentu menggunakan suhu yang lebih rendah daripada takat lebur logam asas.
Proses kimpalan rintangan melibatkan beberapa pembolehubah utama, seperti sifat elektrod, arus kimpalan, daya elektrod dan tempoh arus. Kimpalan rintangan merupakan proses kimpalan yang berkesan dan cepat kerana ia memerlukan arus yang mungkin sepuluh hingga seratus kali lebih besar daripada kimpalan arka, walaupun masa kimpalan sebenar biasanya kurang daripada satu saat.
Sumber Kuasa dan Penjanaan Haba di RW
Dalam kimpalan rintangan (RW), rintangan litar, aliran arus dan tempoh penggunaan arus semuanya mempengaruhi tenaga haba yang diperlukan untuk kimpalan. Ungkapan matematik berikut mewakili hubungan ini:
H = I2 Rt
di mana �� ialah haba yang dihasilkan dalam joule (untuk menukar kepada Btu, bahagikan dengan 1055); �� ialah arus dalam ampere; �� ialah rintangan elektrik dalam ohm; dan �� ialah masa dalam saat.
Proses kimpalan rintangan kerap melibatkan arus yang sangat tinggi (5000 hingga 20,000 A) dengan voltan yang agak rendah (biasanya di bawah 10 V). Dalam kebanyakan prosedur, tempoh arus (t) adalah kecil; contohnya, dalam operasi kimpalan titik standard, ia mungkin berlangsung selama 0.1 hingga 0.4 saat. Oleh kerana rintangan dalam RW adalah sangat rendah (sekitar 0.0001 V) dan bahagian kuasa dua dalam persamaan di atas membesarkan kesan arus, arus yang besar digunakan. Gabungan rintangan benda kerja, elektrod, rintangan sentuhan antara elektrod dan benda kerja, dan rintangan sentuhan permukaan suapan menghasilkan rintangan dalam litar kimpalan. Oleh itu, haba dihasilkan dalam setiap zon rintangan elektrik ini. Oleh kerana tapak kimpalan yang disukai adalah pada permukaan yang berpecah, adalah optimum bagi mereka untuk mempunyai rintangan terbesar dalam jumlah tersebut. Menggunakan logam seperti kuprum, yang mempunyai kerintangan yang sangat rendah, mengurangkan rintangan elektrod. Untuk menyebarkan haba yang dihasilkan di sana, elektrod kerap disejukkan dengan air. Rintangan bahagian kerja ditentukan oleh ketebalan bahagian dan kerintangan logam asas. Saiz, bentuk dan luas sentuhan elektrod, serta keadaan permukaan (seperti skala elektrod dan kebersihan permukaan kerja), menentukan rintangan sentuhan antara elektrod dan bahagian.
Akhirnya, kemasan permukaan, keadaan kebersihan, kawasan sentuhan dan tekanan semuanya mempengaruhi rintangan pada permukaan yang rosak. Tidak sepatutnya ada sebarang bendasing yang memisahkan permukaan sentuhan, seperti cat, minyak atau kotoran.
Tekanan adalah sama pentingnya untuk kejayaan kimpalan rintangan seperti haba. Dalam kimpalan rintangan (RW), tujuan utama tekanan adalah untuk menekan permukaan yang berpecah bersama-sama untuk mencapai penggabungan sebaik sahaja suhu kimpalan yang betul dicapai dan untuk memaksa sentuhan antara kedua-dua permukaan kerja dan elektrod sebelum arus dikenakan.
Kelebihan dan Kekurangan Kimpalan Rintangan
Kimpalan rintangan merupakan pilihan biasa untuk aplikasi perindustrian kerana banyak manfaatnya. Kecekapan dan kelajuannya, yang membolehkan kadar pengeluaran yang besar, merupakan dua kelebihan utama. Logam pengisi tidak diperlukan untuk proses ini, dan kerana haba adalah setempat, terdapat kurang peluang komponen bersebelahan membengkok. Kimpalan rintangan juga sangat baik untuk automasi, yang menjadikannya sesuai untuk pembuatan berskala besar. Oleh kerana haba boleh dikawal dengan tepat, kimpalan yang terhasil adalah kukuh, tepat dan tepat. Pendekatan ini juga lebih kos efektif kerana ia memerlukan kurang kerja kemasan dan kurang tenaga berbanding yang lain, dan ia lebih selamat daripada yang lain kerana ia tidak mengeluarkan asap atau percikan api.
Walau bagaimanapun, kimpalan rintangan mempunyai beberapa kelemahan. Sesetengah operasi mungkin sukar untuk mendapatkan peralatan yang diperlukan kerana ia selalunya mahal dan khusus. Ia mengehadkan jenis logam yang boleh dikimpal dengan hanya bekerja dengan bahan yang mempunyai rintangan elektrik yang tinggi. Disebabkan oleh haba yang terhad, kepingan besar sukar untuk dikimpal, dan penjajaran komponen yang tepat adalah penting untuk mengelakkan sambungan yang lemah. Pengembangan atau pengecutan bahan yang tidak sekata yang disebabkan oleh haba boleh menyebabkan herotan, yang berpotensi menjadi masalah. Kimpalan rintangan masih merupakan teknologi yang berguna dalam banyak konteks pembuatan, walaupun terdapat kesukaran ini.
Proses Kimpalan Rintangan Utama
Tiga proses kimpalan rintangan utama yang penting secara komersial ialah kimpalan titik rintangan (RSW), kimpalan jahitan rintangan (RSEW), dan kimpalan unjuran (RPW).
Kimpalan Titik Rintangan (RSW)
Kimpalan Titik Rintangan (RSW) merupakan kaedah yang paling biasa dalam kelasnya dan digunakan secara meluas dalam pembuatan besar-besaran peralatan, kereta, perabot logam dan produk logam kepingan lain. Kepentingan ekonomi kimpalan titik rintangan menjadi jelas apabila seseorang mempertimbangkan bahawa purata badan kereta mempunyai kira-kira 10,000 kimpalan titik dan pengeluaran tahunan automobil mencecah puluhan juta di seluruh dunia.
Kimpalan titik rintangan (RSW) ialah kaedah RW di mana elektrod bertentangan menggabungkan permukaan sambungan riba pada satu lokasi. Kaedah ini digunakan pada komponen logam kepingan yang mempunyai ketebalan 3 mm (0.125 inci) atau kurang apabila pemasangan kedap udara tidak diperlukan. Urutan kimpalan titik digunakan untuk menyambungkan komponen. Walaupun elektrod bulat adalah bentuk elektrod yang paling kerap, bentuk segi empat sama, heksagon dan bentuk lain juga boleh digunakan, hujung elektrod menentukan saiz dan bentuk titik kimpalan.
Ketulan kimpalan yang terhasil biasanya berdiameter antara 5 dan 10 mm (0.2 dan 0.4 inci), dan logam asas berada sedikit di luar ketulan di mana zon yang terjejas haba memanjang. Kekuatan kimpalan hendaklah setanding dengan logam di sekelilingnya jika ia dihasilkan dengan betul. Rajah berikut menggambarkan langkah-langkah yang terlibat dalam kitaran kimpalan titik.
Dua kategori bahan utama digunakan untuk membuat elektrod RSW: aloi berasaskan kuprum dan komposisi logam refraktori, seperti kuprum dan tungsten. Rintangan haus yang lebih tinggi bagi kumpulan kedua adalah diketahui umum. Dalam kimpalan titik, seperti dalam kebanyakan proses pengeluaran, perkakas secara beransur-ansur menua dengan penggunaan. Elektrod dibuat dengan laluan penyejukan air dalaman jika boleh. Kimpalan titik boleh dilakukan dengan pelbagai alat dan teknik kerana penggunaannya yang meluas dalam industri. Peralatan ini terdiri daripada pistol kimpalan titik mudah alih serta mesin kimpalan titik gaya tekan dan lengan goyang. Pengimpal titik lengan goyang termasuk elektrod atas yang boleh digerakkan dan boleh diangkat dan diturunkan untuk memudahkan kerja pemuatan dan pemunggahan. Elektrod bawah kekal pegun. Elektrod atas dipasang pada lengan goyang—dengan itu namanya—yang pergerakannya diuruskan oleh pedal kaki pekerja.
Daya dan arus sepanjang kitaran kimpalan boleh dikawal dengan pengaturcaraan dalam peralatan moden. Pengimpal titik dengan mesin tekan bertujuan untuk kerja yang lebih berat. Mesin tekan menegak yang dipacu oleh kuasa hidraulik atau pneumatik menghasilkan gerakan garis lurus untuk elektrod atas. Daya yang lebih besar boleh digunakan hasil daripada tindakan tekan, dan kitaran kimpalan yang rumit biasanya boleh diprogramkan menggunakan kawalan. Tugas ini dibawa ke dua jenis mesin sebelumnya, yang kedua-duanya merupakan mesin kimpal titik pegun. Adalah mencabar untuk memindahkan dan meletakkan bahagian tersebut ke dalam jentera pegun untuk tugas yang besar dan berat. Pistol kimpalan titik mudah alih datang dalam pelbagai saiz dan kombinasi untuk disesuaikan dengan situasi ini. Dua elektrod bertentangan yang dipegang dalam mekanisme penyepit membentuk peranti ini. Oleh kerana setiap item ringan, sama ada robot perindustrian atau pekerja manusia boleh memegang dan mengendalikannya. Kabel elektrik fleksibel dan hos udara digunakan untuk menghubungkan meriam ke sumber kuasa dan kawalannya sendiri. Jika perlu, hos air juga boleh digunakan untuk membekalkan penyejukan air untuk elektrod. Badan kereta kimpalan titik adalah tugas biasa untuk pistol kimpalan titik mudah alih di kilang pemasangan auto. Walaupun manusia masih mengendalikan sebahagian daripada pistol ini, robot perindustrian kini menjadi teknologi pilihan.
Kimpalan Jahitan Rintangan (RSEW)
Kimpalan Jahitan Rintangan (RSEW) ialah teknik yang menghasilkan urutan kimpalan titik bertindih di sepanjang sambungan riba dengan menggunakan roda berputar dan bukannya elektrod berbentuk kayu seperti dalam kimpalan titik. Prosedur ini, yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, kerap digunakan dalam pengeluaran bekas logam kepingan, peredam bunyi kereta dan tangki petrol kerana ia menghasilkan sambungan kedap udara. Walaupun kimpalan titik dan RSEW pada asasnya sama, RSEW melibatkan kerumitan tambahan kerana elektrod roda dan aspek operasi yang berterusan.
Operasi berterusan dalam RSEW bermaksud jahitan mestilah di sepanjang garis lurus atau melengkung secara seragam, kerana sudut tajam dan ketakselanjaran boleh menimbulkan cabaran. Di samping itu, lengkungan bahagian merupakan satu kebimbangan yang lebih besar, yang memerlukan lekapan untuk memegang bahan kerja di tempatnya dan meminimumkan herotan.
Penggunaan arus kimpalan dan gerakan roda elektrod dalam RSEW menentukan jarak antara ketulan kimpalan. Dalam teknik yang paling popular, yang dipanggil kimpalan gerakan berterusan, jarak yang sesuai antara kimpalan titik dicapai dengan mendenyutkan arus secara berkala apabila roda berputar pada kelajuan malar. Kawasan kimpalan yang bertindih biasanya merupakan hasil daripada konfigurasi ini. Sebaliknya, proses yang dikenali sebagai kimpalan titik gulung membolehkan jurang muncul di antara titik kimpalan jika frekuensi arus dikurangkan. Secara alternatif, jahitan kimpalan berterusan boleh dicapai dengan mengekalkan arus kimpalan yang malar. Rajah di bawah menunjukkan variasi ini.
Satu lagi variasi RSEW ialah kimpalan gerakan sekejap-sekejap, di mana setiap kimpalan titik dihasilkan oleh roda elektrod yang berhenti secara berkala. Jarak antara kawasan kimpalan ditentukan oleh pergerakan roda antara hentian, menghasilkan corak yang menyerupai corak dalam Rajah (a) dan (b) di atas.
Walaupun roda elektrod digunakan sebagai ganti elektrod berbentuk kayu, mesin kimpalan jahitan adalah serupa dengan kimpalan titik jenis tekan. Semasa RSEW, penyejukan kerap diperlukan untuk bahan kerja serta roda elektrod. Air biasanya diarahkan ke bahagian atas dan bawah permukaan bahan kerja di sekitar roda elektrod untuk mencapai penyejukan ini.
Kimpalan Unjuran Rintangan (RPW)
Kimpalan unjuran rintangan (RPW) ialah proses kimpalan rintangan di mana penggabungan berlaku pada titik sentuhan kecil yang telah ditentukan pada bahagian yang hendak disambungkan. Titik sentuhan ini boleh menjadi unjuran, timbul atau sambungan setempat yang dibina pada bahagian itu sendiri. Contohnya, apabila menyambungkan dua komponen kepingan logam bersama-sama, komponen atas boleh dibina dengan tepi tersembunyi yang bersentuhan pertama dengan komponen bawah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di bawah. Pengurangan kos daripada kimpalan boleh mengimbangi prosedur timbul, walaupun ia kelihatan seperti menambah kos bahagian.
Kimpalan unjuran rintangan terdapat dalam dua variasi, yang digambarkan dalam rajah di bawah. Satu variasi membolehkan RPW menghubungkan pengikat secara kekal dengan unjuran berbentuk atau mesin ke kepingan atau plat, menjadikan prosedur pemasangan masa hadapan lebih mudah. Untuk fabrikasi barangan dawai yang dikimpal seperti troli beli-belah, gril dapur dan pagar dawai, versi lain yang dikenali sebagai kimpalan dawai silang digunakan. Permukaan sentuhan dawai bulat bertindak sebagai unjuran dalam proses ini, membantu menyetempatkan haba rintangan yang diperlukan untuk kimpalan.
Operasi Kimpalan Rintangan Lain
Selain prosedur kimpalan rintangan utama yang telah dibincangkan sebelum ini, kaedah alternatif berikut termasuk dalam kategori ini dan juga harus diakui: kimpalan kilat (FW), kimpalan terbalik (UW), kimpalan perkusi (PEW), dan kimpalan rintangan frekuensi tinggi (HFRW).
Kimpalan Kilat (FW)
Kimpalan kilat (FW) kebanyakannya digunakan untuk sambungan punggung. Proses ini melibatkan penyatuan permukaan yang perlu dikimpal rapat dan pemanasannya sehingga lebur menggunakan arus elektrik. Bergantung pada tahap sentuhan permukaan, proses ini melibatkan pengarkaan, kadangkala dirujuk sebagai pengarkaan. Oleh itu, FW kadangkala termasuk dalam kumpulan kimpalan arka. Permukaan dipaksa bersama untuk menghasilkan kimpalan selepas pemanasan, yang kerap memerlukan pemesinan tambahan untuk menjamin dimensi sambungan yang konsisten. FW digunakan dalam proses berkelajuan tinggi dan ekonomik termasuk menyambungkan hujung dawai dalam penarikan dawai dan jalur keluli kimpalan punggung dalam kilang penggelek.
Kimpalan terganggu (UW)
Sama seperti FW, kimpalan terbalik (UW) menggabungkan fasa pemanasan dan penekanan ke dalam satu kitaran proses. Berbeza dengan FW, UW hanya dipanaskan melalui rintangan elektrik pada permukaan yang bersentuhan—arka tidak termasuk. Apabila mencapai suhu di bawah takat lebur, permukaan yang berpecah bergabung di bawah tekanan yang meningkat, yang menyebabkan bahan di kawasan sentuhan terganggu. Walaupun UW berkongsi beberapa aplikasi dengan FW, seperti menyambungkan wayar, paip dan tiub, ia bukanlah teknik kimpalan gabungan seperti beberapa teknik lain yang disebutkan.
Kimpalan perkusi (PEW)
Sama seperti FW, kimpalan perkusi (PEW) menggunakan kitaran kimpalan yang sangat singkat—antara satu hingga sepuluh milisaat—dalam operasinya. Apabila tenaga elektrik dilepaskan secara tiba-tiba antara permukaan yang perlu disambungkan, pemanasan yang cepat akan terhasil. Komponen-komponen tersebut kemudiannya digabungkan bersama dengan menggunakan daya perkusi. Untuk aplikasi elektronik di mana saiz padat dan komponen bersebelahan yang sensitif terhadap haba adalah penting, pemanasan setempat PEW adalah sempurna.
Kimpalan Rintangan Frekuensi Tinggi (HFRW)
Arus ulang-alik frekuensi tinggi digunakan dalam Kimpalan Rintangan Frekuensi Tinggi (HFRW) untuk memanaskan permukaan logam sebelum daya penguat dikenakan untuk menyelesaikan kimpalan. Teknik ini, yang beroperasi pada frekuensi antara 10 hingga 500 kHz, menjamin bahawa kesan kulit arus frekuensi tinggi menumpukan haba pada sambungan kimpalan. Dalam prosedur setanding yang dipanggil Kimpalan Aruhan Frekuensi Tinggi (HFIW), gegelung induksi digunakan untuk menghasilkan arus dan bukannya membuat sentuhan elektrik langsung. Untuk tugas kimpalan berterusan, seperti menyambungkan lipit membujur paip dan tiub logam, HFRW dan HFIW adalah sesuai. Teknik ini berguna untuk pelbagai proses perindustrian kerana kapasitinya untuk menghasilkan kimpalan yang konsisten dan berkualiti tinggi dalam situasi pembuatan berkelajuan tinggi.
Rujukan
Groover, MP, 2010. Asas Pembuatan Moden: Bahan, Proses dan Sistem. Edisi ke-4. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc.
