Hampir setiap proses perakitan dapat dilakukan dengan beberapa cara. Opsi yang dipilih oleh produsen atau integrator untuk hasil terbaik biasanya adalah opsi yang menggabungkan teknologi yang telah terbukti dengan aplikasi tertentu.
Penyambungan dengan patri adalah salah satu proses tersebut. Patri adalah proses penyambungan logam di mana dua atau lebih bagian logam disambung dengan melelehkan logam pengisi dan mengalirkannya ke sambungan. Logam pengisi memiliki titik leleh yang lebih rendah daripada bagian logam yang berdekatan.
Panas untuk proses penyolderan dapat disediakan oleh obor, tungku, atau kumparan induksi. Selama penyolderan induksi, kumparan induksi menciptakan medan magnet yang memanaskan substrat untuk melelehkan logam pengisi. Penyolderan induksi terbukti menjadi pilihan terbaik untuk semakin banyak aplikasi perakitan.
“Pengelasan induksi jauh lebih aman daripada pengelasan dengan obor, lebih cepat daripada pengelasan dengan tungku, dan lebih mudah diulang daripada keduanya,” kata Steve Anderson, manajer ilmu lapangan dan pengujian di Fusion Inc., sebuah perusahaan integrator berusia 88 tahun di Willoughby, Ohio. Anderson, yang mengkhususkan diri dalam berbagai metode perakitan, termasuk pengelasan, mengatakan, “Selain itu, pengelasan induksi lebih mudah. ​​Dibandingkan dengan dua metode lainnya, yang Anda butuhkan hanyalah listrik standar.”
Beberapa tahun lalu, Fusion mengembangkan mesin enam stasiun otomatis sepenuhnya untuk merakit 10 mata bor karbida untuk pengerjaan logam dan pembuatan perkakas. Mata bor tersebut dibuat dengan memasang blanko karbida tungsten silindris dan kerucut ke tangkai baja. Tingkat produksinya adalah 250 bagian per jam, dan baki bagian terpisah dapat menampung 144 blanko dan pemegang perkakas.
“Robot SCARA empat sumbu mengambil pegangan dari baki, menyajikannya ke dispenser pasta solder, dan memuatnya ke dalam sarang penjepit,” jelas Anderson. “Robot kemudian mengambil sepotong bahan mentah dari baki dan meletakkannya di ujung tangkai tempat bahan tersebut direkatkan. Pengelasan induksi dilakukan menggunakan kumparan listrik yang melilit secara vertikal di sekitar kedua bagian dan membawa logam pengisi perak ke suhu cair 1.305 F. Setelah komponen gerinda disejajarkan dan didinginkan, komponen tersebut dikeluarkan melalui saluran pembuangan dan dikumpulkan untuk diproses lebih lanjut.”
Penggunaan pengelasan induksi untuk perakitan semakin meningkat, terutama karena menciptakan sambungan yang kuat antara dua bagian logam dan karena sangat efektif dalam menyambung material yang berbeda. Kekhawatiran terhadap lingkungan, peningkatan teknologi, dan aplikasi non-tradisional juga memaksa para insinyur manufaktur untuk lebih memperhatikan pengelasan induksi.
Pengelasan induksi telah ada sejak tahun 1950-an, meskipun konsep pemanasan induksi (menggunakan elektromagnetisme) ditemukan lebih dari seabad sebelumnya oleh ilmuwan Inggris Michael Faraday. Obor tangan adalah sumber panas pertama untuk pengelasan, diikuti oleh tungku pada tahun 1920-an. Selama Perang Dunia II, metode berbasis tungku sering digunakan untuk memproduksi sejumlah besar komponen logam dengan tenaga kerja dan biaya minimal.
Permintaan konsumen akan pendingin udara pada tahun 1960-an dan 1970-an menciptakan aplikasi baru untuk pengelasan induksi. Bahkan, pengelasan massal aluminium pada akhir tahun 1970-an menghasilkan banyak komponen yang ditemukan dalam sistem pendingin udara otomotif saat ini.
“Tidak seperti pengelasan dengan obor, pengelasan induksi bersifat non-kontak dan meminimalkan risiko panas berlebih,” kata Rick Bausch, manajer penjualan Ambrell Corp., dalam TEST.temperature.
Menurut Greg Holland, manajer penjualan dan operasional di eldec LLC, sistem pengelasan induksi standar terdiri dari tiga komponen. Komponen-komponen tersebut adalah catu daya, kepala kerja dengan kumparan induksi, dan pendingin atau sistem pendingin.
Sumber daya listrik dihubungkan ke kepala kerja dan kumparan dirancang khusus agar sesuai dengan sambungan. Induktor dapat dibuat dari batang padat, kabel fleksibel, batangan yang diolah, atau dicetak 3D dari paduan tembaga bubuk. Namun, biasanya, induktor terbuat dari tabung tembaga berongga, di mana air mengalir di dalamnya karena beberapa alasan. Salah satunya adalah untuk menjaga agar kumparan tetap dingin dengan menetralkan panas yang dipantulkan oleh bagian-bagian selama proses penyolderan. Air yang mengalir juga mencegah penumpukan panas di dalam kumparan karena seringnya adanya arus bolak-balik dan akibatnya perpindahan panas yang tidak efisien.
“Terkadang konsentrator fluks ditempatkan pada kumparan untuk memperkuat medan magnet di satu atau lebih titik pada sambungan,” jelas Holland. “Konsentrator tersebut dapat berupa tipe laminasi, yang terdiri dari baja listrik tipis yang ditumpuk rapat, atau tabung feromagnetik yang berisi material feromagnetik bubuk dan ikatan dielektrik yang dikompresi di bawah tekanan tinggi. Manfaat konsentrator adalah mengurangi waktu siklus dengan membawa lebih banyak energi ke area spesifik sambungan dengan lebih cepat, sambil menjaga area lain tetap lebih dingin.”
Sebelum memposisikan bagian logam untuk pengelasan induksi, operator perlu mengatur frekuensi dan tingkat daya sistem dengan benar. Frekuensi dapat berkisar dari 5 hingga 500 kHz, semakin tinggi frekuensinya, semakin cepat permukaan memanas.
Sumber daya listrik seringkali mampu menghasilkan ratusan kilowatt listrik. Namun, menyolder bagian seukuran telapak tangan dalam 10 hingga 15 detik hanya membutuhkan 1 hingga 5 kilowatt. Sebagai perbandingan, bagian yang besar dapat membutuhkan daya 50 hingga 100 kilowatt dan membutuhkan waktu hingga 5 menit untuk disolder.
“Secara umum, komponen yang lebih kecil menggunakan daya lebih sedikit, tetapi membutuhkan frekuensi yang lebih tinggi, seperti 100 hingga 300 kilohertz,” kata Bausch. “Sebaliknya, komponen yang lebih besar membutuhkan daya lebih banyak dan frekuensi lebih rendah, biasanya di bawah 100 kilohertz.”
Terlepas dari ukurannya, bagian-bagian logam perlu diposisikan dengan benar sebelum dikencangkan. Perhatian harus diberikan untuk menjaga celah yang rapat antara logam dasar agar memungkinkan aksi kapiler yang tepat oleh logam pengisi yang mengalir. Sambungan tumpul, tumpang tindih, dan sambungan tumpul-tumpang tindih adalah cara terbaik untuk memastikan jarak bebas ini.
Perlengkapan tradisional atau yang dapat dipasang sendiri dapat diterima. Perlengkapan standar harus terbuat dari bahan yang kurang konduktif seperti baja tahan karat atau keramik, dan sebisa mungkin tidak menyentuh komponen.
Dengan mendesain komponen dengan sambungan yang saling mengunci, penempaan, lekukan, atau gerigi, fiksasi mandiri dapat dicapai tanpa memerlukan dukungan mekanis.
Sambungan kemudian dibersihkan dengan bantalan ampelas atau pelarut untuk menghilangkan kontaminan seperti minyak, gemuk, karat, kerak, dan kotoran. Langkah ini selanjutnya meningkatkan aksi kapiler logam pengisi cair yang menarik dirinya sendiri melalui permukaan sambungan yang berdekatan.
Setelah bagian-bagian terpasang dengan benar dan dibersihkan, operator mengoleskan senyawa sambungan (biasanya berupa pasta) ke sambungan tersebut. Senyawa tersebut merupakan campuran logam pengisi, fluks (untuk mencegah oksidasi), dan pengikat yang menyatukan logam dan fluks sebelum meleleh.
Logam pengisi dan fluks yang digunakan dalam proses brazing diformulasikan untuk menahan suhu yang lebih tinggi daripada yang digunakan dalam proses soldering. Logam pengisi yang digunakan untuk brazing meleleh pada suhu minimal 842°F dan menjadi lebih kuat saat didinginkan. Logam-logam tersebut meliputi paduan aluminium-silikon, tembaga, tembaga-perak, kuningan, perunggu, emas-perak, perak, dan nikel.
Operator kemudian memposisikan kumparan induksi, yang hadir dalam berbagai desain. Kumparan heliks berbentuk lingkaran atau oval dan sepenuhnya mengelilingi bagian tersebut, sedangkan kumparan garpu (atau penjepit) terletak di setiap sisi sambungan dan kumparan saluran mengaitkan ke bagian tersebut. Kumparan lainnya termasuk Diameter Dalam (ID), ID/Diameter Luar (OD), Pancake, Terbuka, dan Multi-Posisi.
Panas yang merata sangat penting untuk sambungan patri berkualitas tinggi. Untuk melakukan ini, operator perlu memastikan bahwa jarak vertikal antara setiap lilitan kumparan induksi kecil dan jarak kopling (lebar celah dari OD kumparan ke ID) tetap seragam.
Selanjutnya, operator menyalakan daya untuk memulai proses pemanasan sambungan. Proses ini melibatkan pengalihan arus bolak-balik frekuensi menengah atau tinggi secara cepat dari sumber daya ke induktor untuk menciptakan medan magnet bolak-balik di sekitarnya.
Medan magnet menginduksi arus pada permukaan sambungan, yang menghasilkan panas untuk melelehkan logam pengisi, memungkinkan logam tersebut mengalir dan membasahi permukaan bagian logam, sehingga menciptakan ikatan yang kuat. Dengan menggunakan kumparan multi-posisi, proses ini dapat dilakukan pada beberapa bagian secara bersamaan.
Pembersihan dan pemeriksaan akhir setiap komponen yang disolder sangat dianjurkan. Mencuci bagian-bagian dengan air yang dipanaskan hingga setidaknya 120°F akan menghilangkan residu fluks dan kerak yang terbentuk selama proses penyolderan. Bagian tersebut harus direndam dalam air setelah logam pengisi mengeras tetapi rakitan masih panas.
Tergantung pada bagiannya, inspeksi minimal dapat diikuti oleh pengujian non-destruktif dan destruktif. Metode NDT meliputi inspeksi visual dan radiografi, serta pengujian kebocoran dan kedap air. Metode pengujian destruktif yang umum adalah pengujian metalografi, pengelupasan, tarik, geser, kelelahan, transfer, dan torsi.
“Pengelasan induksi memang membutuhkan investasi modal awal yang lebih besar daripada metode obor, tetapi itu sepadan karena Anda mendapatkan efisiensi dan kontrol ekstra,” kata Holland. “Dengan induksi, ketika Anda membutuhkan panas, Anda cukup menekan. Ketika tidak membutuhkannya, Anda menekan.”
Eldec memproduksi berbagai macam sumber daya untuk pengelasan induksi, seperti lini frekuensi menengah ECO LINE MF, yang tersedia dalam berbagai konfigurasi untuk menyesuaikan setiap aplikasi. Sumber daya ini tersedia dalam peringkat daya mulai dari 5 hingga 150 kW dan frekuensi dari 8 hingga 40 Hz. Semua model dapat dilengkapi dengan fitur penguat daya yang memungkinkan operator untuk meningkatkan peringkat tugas kontinu 100% hingga 50% tambahan dalam waktu 3 menit. Fitur utama lainnya termasuk kontrol suhu pirometer, perekam suhu, dan sakelar daya transistor bipolar gerbang terisolasi. Bahan habis pakai ini membutuhkan sedikit perawatan, beroperasi dengan tenang, memiliki ukuran yang kecil, dan mudah diintegrasikan dengan pengontrol sel kerja.
Para produsen di berbagai industri semakin banyak menggunakan pengelasan induksi untuk merakit komponen. Bausch menyebut produsen otomotif, kedirgantaraan, peralatan medis, dan peralatan pertambangan sebagai pengguna terbesar peralatan pengelasan induksi Ambrell.
“Jumlah komponen aluminium yang disolder induksi di industri otomotif terus meningkat karena inisiatif pengurangan bobot,” kata Bausch. “Di sektor kedirgantaraan, nikel dan jenis bantalan aus lainnya sering disolder ke bilah jet. Kedua industri ini juga menyolder berbagai fitting pipa baja dengan induksi.”
Keenam sistem EasyHeat dari Ambrell memiliki rentang frekuensi 150 hingga 400 kHz dan ideal untuk pengelasan induksi bagian-bagian kecil dengan berbagai geometri. Model kompak (0112 dan 0224) menawarkan kontrol daya dengan resolusi 25 watt; model dalam seri LI (3542, 5060, 7590, 8310) menawarkan kontrol dengan resolusi 50 watt.
Kedua seri ini memiliki kepala kerja yang dapat dilepas hingga jarak 10 kaki dari sumber daya. Kontrol panel depan sistem dapat diprogram, memungkinkan pengguna akhir untuk menentukan hingga empat profil pemanasan yang berbeda, masing-masing dengan hingga lima langkah waktu dan daya. Kontrol daya jarak jauh tersedia untuk input kontak atau analog, atau port data serial opsional.
“Pelanggan utama kami untuk pengelasan induksi adalah produsen komponen yang mengandung karbon, atau komponen bermassa besar yang mengandung persentase besi yang tinggi,” jelas Rich Cukelj, Manajer Pengembangan Bisnis Fusion. “Beberapa perusahaan ini melayani industri otomotif dan kedirgantaraan, sementara yang lain membuat senjata, rakitan alat potong, keran dan saluran pembuangan pipa, atau blok distribusi daya dan sekering.”
Fusion menjual sistem putar khusus yang dapat menyolder induksi 100 hingga 1.000 bagian per jam. Menurut Cukelj, hasil yang lebih tinggi dimungkinkan untuk satu jenis bagian atau untuk serangkaian bagian tertentu. Bagian-bagian ini memiliki ukuran mulai dari 2 hingga 14 inci persegi.
“Setiap sistem berisi pengindeks dari Stelron Components Inc. dengan 8, 10, atau 12 stasiun kerja,” jelas Cukelj. “Beberapa stasiun kerja digunakan untuk pengelasan, sementara yang lain digunakan untuk inspeksi, menggunakan kamera penglihatan atau peralatan pengukuran laser, atau melakukan uji tarik untuk memastikan sambungan las berkualitas tinggi.”
Menurut Holland, para produsen menggunakan catu daya ECO LINE standar dari eldec untuk berbagai aplikasi pengelasan induksi, seperti pemasangan rotor dan poros dengan metode penyusutan, atau penyambungan rumah motor. Baru-baru ini, model generator 100 kW ini digunakan dalam aplikasi komponen besar yang melibatkan pengelasan cincin sirkuit tembaga ke koneksi cabang tembaga untuk generator bendungan pembangkit listrik tenaga air.
Eldec juga memproduksi catu daya MiniMICO portabel yang dapat dengan mudah dipindahkan di sekitar pabrik dengan rentang frekuensi 10 hingga 25 kHz. Dua tahun lalu, sebuah produsen tabung penukar panas otomotif menggunakan MiniMICO untuk menyolder siku balik ke setiap tabung dengan induksi. Satu orang melakukan semua penyolderan, dan hanya membutuhkan waktu kurang dari 30 detik untuk merakit setiap tabung.
Jim adalah editor senior di ASSEMBLY dengan pengalaman editorial lebih dari 30 tahun. Sebelum bergabung dengan ASSEMBLY, Camillo adalah Insinyur PM, editor dari Association for Equipment Engineering Journal dan Milling Journal. Jim memiliki gelar di bidang Bahasa Inggris dari Universitas DePaul.
Kirimkan Permintaan Proposal (RFP) kepada vendor pilihan Anda dan klik tombol yang merinci kebutuhan Anda.
Telusuri panduan pembeli kami untuk menemukan pemasok semua jenis teknologi perakitan, mesin dan sistem, penyedia layanan, dan organisasi perdagangan.
Lean Six Sigma telah mendorong upaya peningkatan berkelanjutan selama beberapa dekade, tetapi kekurangannya telah menjadi jelas. Pengumpulan data membutuhkan banyak tenaga dan hanya dapat menangkap sampel kecil. Data sekarang dapat dikumpulkan dalam jangka waktu yang lama dan di berbagai lokasi dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada metode manual lama.
Robot kini lebih murah dan mudah digunakan daripada sebelumnya. Teknologi ini mudah didapatkan bahkan untuk produsen kecil dan menengah. Dengarkan diskusi panel eksklusif ini yang menampilkan para eksekutif dari empat pemasok robotika terkemuka di Amerika: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America, dan Universal Robots.