Hampir setiap proses perakitan dapat dilakukan dengan beberapa cara. Pilihan yang dipilih produsen atau integrator untuk hasil terbaik biasanya adalah pilihan yang mencocokkan teknologi yang telah terbukti dengan aplikasi tertentu.
Brazing merupakan salah satu proses tersebut. Brazing merupakan proses penyambungan logam yang mana dua bagian logam atau lebih disambung dengan cara melelehkan logam pengisi dan mengalirkannya ke dalam sambungan. Logam pengisi memiliki titik leleh yang lebih rendah dibandingkan bagian logam yang berdekatan.
Panas untuk penyolderan dapat disediakan oleh obor, tungku, atau kumparan induksi. Selama penyolderan induksi, kumparan induksi menciptakan medan magnet yang memanaskan substrat untuk melelehkan logam pengisi. Penyambungan induksi terbukti menjadi pilihan terbaik untuk sejumlah aplikasi perakitan yang terus bertambah.
“Pematrian induksi jauh lebih aman daripada pematrian obor, lebih cepat daripada pematrian tungku, dan lebih dapat diulang daripada keduanya,” kata Steve Anderson, manajer sains lapangan dan pengujian di Fusion Inc., seorang integrator berusia 88 tahun di Willoughby, Ohio Said, yang mengkhususkan diri dalam berbagai metode perakitan, termasuk pematrian. “Ditambah lagi, pematrian induksi lebih mudah. ​​Dibandingkan dengan dua metode lainnya, yang Anda perlukan hanyalah listrik standar.”
Beberapa tahun lalu, Fusion mengembangkan mesin enam stasiun yang sepenuhnya otomatis untuk merakit 10 mata bor karbida untuk pengerjaan logam dan pembuatan alat. Mata bor tersebut dibuat dengan menempelkan benda kerja karbida tungsten berbentuk silinder dan kerucut ke tangkai baja. Tingkat produksinya adalah 250 bagian per jam, dan baki bagian yang terpisah dapat menampung 144 benda kerja dan dudukan alat.
“Robot SCARA empat sumbu mengambil gagang dari baki, menyajikannya ke dispenser pasta solder, dan memasukkannya ke dalam sarang penjepit,” jelas Anderson. “Robot kemudian mengambil sepotong benda kosong dari baki dan meletakkannya di ujung tangkai tempat benda kosong tersebut direkatkan. Pengelasan induksi dilakukan menggunakan kumparan listrik yang melilit kedua bagian secara vertikal dan membawa logam pengisi perak ke suhu liquidus 1.305 F. Setelah komponen burr disejajarkan dan didinginkan, benda tersebut dikeluarkan melalui saluran pembuangan dan dikumpulkan untuk diproses lebih lanjut.”
Penggunaan penyolderan induksi untuk perakitan makin meningkat, terutama karena metode ini menciptakan sambungan kuat antara dua bagian logam dan sangat efektif dalam menyambung material yang tidak sama. Kekhawatiran terhadap lingkungan, peningkatan teknologi, dan aplikasi non-tradisional juga memaksa para teknisi manufaktur untuk lebih memperhatikan penyolderan induksi.
Pematrian induksi sudah ada sejak tahun 1950-an, meskipun konsep pemanasan induksi (menggunakan elektromagnetisme) ditemukan lebih dari satu abad sebelumnya oleh ilmuwan Inggris Michael Faraday. Obor tangan merupakan sumber panas pertama untuk pematrian, diikuti oleh tungku pada tahun 1920-an. Selama Perang Dunia II, metode berbasis tungku sering digunakan untuk memproduksi komponen logam dalam jumlah besar dengan tenaga kerja dan biaya yang minimal.
Permintaan konsumen terhadap pendingin udara pada tahun 1960-an dan 1970-an menciptakan aplikasi baru untuk penyolderan induksi. Faktanya, penyolderan massal aluminium pada akhir tahun 1970-an menghasilkan banyak komponen yang ditemukan dalam sistem pendingin udara otomotif masa kini.
“Tidak seperti penyolderan dengan obor, penyolderan dengan induksi bersifat non-kontak dan meminimalkan risiko panas berlebih,” kata Rick Bausch, manajer penjualan Ambrell Corp., dalam inTEST.temperature.
Menurut Greg Holland, manajer penjualan dan operasi di eldec LLC, sistem penyolderan induksi standar terdiri dari tiga komponen. Yaitu catu daya, kepala kerja dengan kumparan induksi, dan pendingin atau sistem pendingin.
Catu daya dihubungkan ke kepala kerja dan kumparan dirancang khusus agar pas di sekitar sambungan. Induktor dapat dibuat dari batang padat, kabel fleksibel, billet mesin, atau dicetak 3D dari paduan tembaga bubuk. Namun, biasanya terbuat dari pipa tembaga berongga, yang dilalui air karena beberapa alasan. Salah satunya adalah untuk menjaga kumparan tetap dingin dengan menangkal panas yang dipantulkan oleh bagian-bagian selama proses penyolderan. Air yang mengalir juga mencegah penumpukan panas dalam kumparan karena seringnya arus bolak-balik dan perpindahan panas yang tidak efisien.
"Kadang-kadang konsentrator fluks ditempatkan pada kumparan untuk memperkuat medan magnet di satu atau beberapa titik di sambungan," jelas Holland. "Konsentrator semacam itu dapat berupa jenis laminasi, yang terdiri dari baja listrik tipis yang ditumpuk rapat, atau tabung feromagnetik yang berisi bahan feromagnetik bubuk dan ikatan dielektrik yang dikompresi di bawah tekanan tinggi. Manfaat konsentrator adalah mengurangi waktu siklus dengan membawa lebih banyak energi ke area sambungan tertentu lebih cepat, sekaligus menjaga area lain tetap dingin."
Sebelum memposisikan bagian logam untuk penyolderan induksi, operator perlu mengatur frekuensi dan tingkat daya sistem dengan benar. Frekuensi dapat berkisar antara 5 hingga 500 kHz, semakin tinggi frekuensinya, semakin cepat permukaannya memanas.
Catu daya sering kali mampu menghasilkan ratusan kilowatt listrik. Namun, mematri komponen seukuran telapak tangan dalam waktu 10 hingga 15 detik hanya memerlukan 1 hingga 5 kilowatt. Sebagai perbandingan, komponen besar dapat memerlukan daya 50 hingga 100 kilowatt dan memerlukan waktu hingga 5 menit untuk mematri.
“Sebagai aturan umum, komponen yang lebih kecil menggunakan daya yang lebih sedikit, tetapi memerlukan frekuensi yang lebih tinggi, seperti 100 hingga 300 kilohertz,” kata Bausch. “Sebaliknya, komponen yang lebih besar memerlukan daya yang lebih besar dan frekuensi yang lebih rendah, biasanya di bawah 100 kilohertz.”
Apa pun ukurannya, bagian logam perlu diposisikan dengan benar sebelum diikat. Perlu diperhatikan untuk menjaga celah yang rapat di antara logam dasar agar memungkinkan aksi kapiler yang tepat oleh logam pengisi yang mengalir. Sambungan pantat, sambungan tumpang, dan sambungan pantat tumpang merupakan cara terbaik untuk memastikan jarak bebas ini.
Peralatan tradisional atau peralatan yang dapat memperbaiki sendiri dapat diterima. Peralatan standar hendaknya terbuat dari bahan yang kurang konduktif seperti baja tahan karat atau keramik, dan sesedikit mungkin menyentuh komponen.
Dengan merancang bagian-bagian dengan jahitan saling terkait, swaging, cekungan atau knurled, fiksasi sendiri dapat dicapai tanpa memerlukan dukungan mekanis.
Sambungan kemudian dibersihkan dengan ampelas atau pelarut untuk menghilangkan kontaminan seperti minyak, lemak, karat, kerak, dan kotoran. Langkah ini selanjutnya meningkatkan aksi kapiler dari logam pengisi cair yang menarik dirinya melalui permukaan sambungan yang berdekatan.
Setelah bagian-bagian terpasang dengan benar dan dibersihkan, operator mengoleskan senyawa sambungan (biasanya pasta) ke sambungan. 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 penyolderan diformulasikan agar dapat menahan suhu yang lebih tinggi daripada yang digunakan dalam penyolderan. Logam pengisi yang digunakan untuk penyolderan meleleh pada suhu minimal 842 F dan lebih kuat setelah didinginkan. Logam pengisi tersebut meliputi paduan aluminium-silikon, tembaga, tembaga-perak, kuningan, perunggu, emas-perak, perak, dan nikel.
Operator kemudian memposisikan kumparan induksi, yang tersedia dalam berbagai desain. Kumparan heliks berbentuk melingkar atau oval dan mengelilingi seluruh bagian, sementara kumparan garpu (atau penjepit) terletak di setiap sisi sambungan dan kumparan saluran mengait ke bagian tersebut. Kumparan lainnya termasuk Diameter Dalam (ID), ID/Diameter Luar (OD), Pancake, Terbuka, dan Multi-Posisi.
Panas yang seragam sangat penting untuk sambungan brazing berkualitas tinggi. Untuk melakukan ini, operator perlu memastikan bahwa jarak vertikal antara setiap loop kumparan induksi kecil dan jarak kopling (lebar celah dari kumparan OD ke ID) tetap seragam.
Berikutnya, operator menyalakan daya untuk memulai proses pemanasan sambungan. Ini melibatkan pemindahan cepat arus bolak-balik frekuensi menengah atau tinggi 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, memungkinkannya mengalir dan membasahi permukaan bagian logam, menciptakan ikatan yang kuat. Dengan menggunakan kumparan multi-posisi, proses ini dapat dilakukan pada beberapa bagian secara bersamaan.
Disarankan untuk melakukan pembersihan akhir dan pemeriksaan pada setiap komponen yang dibrazing. Mencuci komponen dengan air yang dipanaskan hingga minimal 120 F akan menghilangkan residu fluks dan kerak yang terbentuk selama proses brazing. Komponen tersebut harus direndam dalam air setelah logam pengisi mengeras tetapi rakitannya masih panas.
Bergantung pada bagiannya, pemeriksaan minimal dapat diikuti dengan pengujian nondestruktif dan destruktif. Metode NDT meliputi pemeriksaan visual dan radiografi, serta pengujian kebocoran dan pembuktian. Metode pengujian destruktif yang umum adalah pengujian metalografi, kupas, tarik, geser, lelah, transfer, dan torsi.
“Mematri induksi memang memerlukan investasi modal awal yang lebih besar daripada metode obor, tetapi itu sepadan karena Anda mendapatkan efisiensi dan kontrol ekstra,” kata Holland. “Dengan induksi, saat Anda membutuhkan panas, Anda tinggal menekan. Saat tidak membutuhkannya, Anda tinggal menekan.”
Eldec memproduksi berbagai macam sumber daya untuk penyolderan induksi, seperti rangkaian frekuensi menengah ECO LINE MF, yang tersedia dalam berbagai konfigurasi untuk menyesuaikan setiap aplikasi dengan sebaik-baiknya. Catu 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 peningkatan daya yang memungkinkan operator untuk meningkatkan peringkat tugas berkelanjutan 100% sebesar 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 memerlukan sedikit perawatan, beroperasi dengan tenang, memiliki tapak kecil, dan mudah diintegrasikan dengan pengontrol sel kerja.
Produsen di beberapa industri semakin banyak menggunakan penyolderan induksi untuk merakit komponen. Bausch menunjuk produsen otomotif, kedirgantaraan, peralatan medis dan peralatan pertambangan sebagai pengguna terbesar peralatan penyolderan induksi Ambrell.
"Jumlah komponen aluminium yang dibrazing induksi di industri otomotif terus meningkat karena inisiatif pengurangan berat," Bausch menjelaskan. "Di sektor kedirgantaraan, nikel dan jenis bantalan aus lainnya sering dibrazing ke bilah jet. Kedua industri tersebut juga melakukan brazing induksi pada berbagai fitting pipa baja."
Keenam sistem EasyHeat Ambrell memiliki rentang frekuensi 150 hingga 400 kHz dan ideal untuk penyolderan induksi pada komponen kecil dengan berbagai geometri. Yang ringkas (0112 dan 0224) menawarkan kontrol daya dalam resolusi 25 watt; model dalam seri LI (3542, 5060, 7590, 8310) menawarkan kontrol dalam resolusi 50 watt.
Kedua seri ini memiliki kepala kerja yang dapat dilepas hingga 10 kaki dari sumber daya. Kontrol panel depan sistem dapat diprogram, yang memungkinkan pengguna akhir untuk menentukan hingga empat profil pemanas yang berbeda, masing-masing dengan hingga lima langkah waktu dan daya. Kontrol daya jarak jauh tersedia untuk masukan kontak atau analog, atau port data serial opsional.
“Pelanggan utama kami untuk penyolderan 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 pemotong, keran dan saluran pipa, atau blok dan sekring distribusi daya.”
Fusion menjual sistem putar khusus yang dapat melakukan penyolderan induksi pada 100 hingga 1.000 bagian per jam. Menurut Cukelj, hasil yang lebih tinggi dapat diperoleh untuk satu jenis bagian atau untuk serangkaian bagian tertentu. Ukuran bagian-bagian ini berkisar antara 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 penyolderan, sementara yang lain digunakan untuk inspeksi, menggunakan kamera penglihatan atau peralatan pengukuran laser, atau melakukan uji tarik untuk memastikan sambungan penyolderan berkualitas tinggi.”
Produsen menggunakan catu daya ECO LINE standar eldec untuk berbagai aplikasi penyolderan induksi, seperti pemasangan rotor dan poros yang menyusut, atau penyambungan rumah motor, kata Holland. Baru-baru ini, model generator 100 kW ini digunakan dalam aplikasi komponen besar yang melibatkan penyolderan cincin sirkuit tembaga ke sambungan keran tembaga untuk generator bendungan hidroelektrik.
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, produsen tabung penukar panas otomotif menggunakan MiniMICO untuk melakukan brazing induksi pada siku pengembali ke setiap tabung. Satu orang melakukan semua brazing, dan dibutuhkan waktu kurang dari 30 detik untuk merakit setiap tabung.
Jim adalah editor senior di ASSEMBLY dengan lebih dari 30 tahun pengalaman editorial. Sebelum bergabung dengan ASSEMBLY, Camillo adalah Insinyur PM, editor Association for Equipment Engineering Journal dan Milling Journal. Jim memiliki gelar dalam bidang bahasa Inggris dari Universitas DePaul.
Kirimkan Permintaan Proposal (RFP) ke 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 perbaikan berkelanjutan selama beberapa dekade, tetapi kekurangannya telah menjadi jelas. Pengumpulan data membutuhkan banyak tenaga kerja dan hanya dapat menangkap sampel kecil. Data sekarang dapat dikumpulkan dalam jangka waktu yang lama dan di banyak lokasi dengan biaya yang jauh lebih murah dibandingkan dengan metode manual lama.
Robot lebih murah dan lebih mudah digunakan dari sebelumnya. Teknologi ini tersedia 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.