TEKNOLOGI KIMPALAN (WELDING TECHNOLOGY): September 2023

Pengenalan

Keluli kalis karat merupakan keluli yang paling banyak digunakan dalam industri pembuatan dan industri pembinaan. Ini disebabkan sifat semula jadinya yang tahan kakisan dan anti karat. Struktur permukaan yang licin amat menarik dan tidak perlu dicat. Antara kelebihanya ialah keluli kalis karat amat sesuai menghasil kan produk yang terdedah kepada persekitaran yang terbuka seperti udara/air masin.

Gambar foto : Pelbagai bentuk keluli Kalis karat

Keluli Kalis Karat merupakan keluli aloi yang mempunyai aloi kromium dan nikel (Tembaga Putih) yang banyak. Kandungan bahan tersebut telah menyebabkan keluli ini menjadi keluli yang kalis karat, berkeupayaan untuk menahan dari hakisan dan kakisan. Keluli kalis karat biasanya yang mengandungi diantara10-20% chromium sebagai unsur aloi utama (main alloying element) mempunyai nilai yang tinggi kerana kalis kakisan (corrosion resistance). Keluli kalis karat yang mengandungi lebih dari 11% Chromium, adalah lebih 200 kali lebih kalis kakisan dari keluli lembut.

Jika nikel ditambah, struktur austenite didalam besi akan distabilkan (stabilized). Struktur Kristal ini akan menjadikan keluli tidak bermagnet (non-magnetic) dan kurang rapuh pada suhu rendah. Manganese yang ditambah didalam keluli kalis karat adalah untuk mengekalkan struktur austenite didalam keluli, sama seperti nikel

Nikel (Ni) bersifat anti karat manakala kromium (Cr) akan menentukan sifat kekerasan keluli tersebut.

Pengelasan Keluli Kalis Karat

Keluli kalis karat boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan utama bergantung kepada struktur kristalnya (crystalline structure):

Keluli Kalis karat jenis Austenitic, atau siri 200 dan 300
Keluli kalis karat jenis Ferritic (Ferritic stainless steel)
Keluli kalis karat Martensitic tidak kalis kakisan (non corrosion-resistant)

Ujian Zarah Magnet ( Magnetic Particle Testing - MT)

Ujian zarah magnet merupakan antara kaedah ujian yang dilakukan bagi mengesan kecacatan yang terjadi pada bahagian atas dan di bawah kumai kimpalan. Antara kecacatan yang dapat dikesan ialah keretakan, keselitan sangga, keliangan dan kurang leburan pada logam ferus.

gambar foto: Ujian MT pada sambungan kimpalan

Prinsip ujian yang dilakukan ialah dengan mengalirkan arus Ulang Alik (AC) atau arus Terus (DC) ke benda kerja menggunakan prob atau Yorke. Tujuannya adalah untuk menghasilkan medan magnet didalam spesimen yang hendak diuji. Selain dari itu, blok magnet kekal (Permanents Magnet) juga boleh digunakan untuk tujuan tersebut.

Gambarajah: Ganguan medan magnet

Spesimen ujian yang Feromagnetik boleh dimagnetkan oleh peralatan khas iaitu magnetic Yorke, Prob atau magnet kekal. Jika spesiment tersebut berlaku tidak keselanjaran, maka ketidak selanjaran tersebut akan menganggu medan magnet yang mengalir melalui spesimen menyebabkan medan magnet bocor.

Bagaimana Ujian Zarah Magnet berkerja.

Zarah atau serbuk besi halus samada berbentuk kering atau basah akan ditaburkan /spray keatas spesimen yang telah dialirkan magnet akan membentuk medan magnet normal. Jika ada ketidak selanjaran di sebabkan oleh kecacatan kimpal seperti keretakan akan menyebabkan zarah halus tersebut tertarik kepada medan magnet yang terbocor. Zarah halus tersebut akan berkumpul untuk membentuk secara terus seperti kecacatan yang terjadi. Rujuk gambarajah

Gambarajah :Zarah halus besi berkumpul pada bahagian keretakan

Prinsip Sifat Magnetik

Prinsip sifat magnetik ialah situasi atom yang akan berkumpul sebagai domain magnetik. Setiap domain adalan mempunyai haluan yang dikenali sebagai khutub utara dan khutub selatanya sendiri.

Kedudukan Domain

Domain yang diletakkan secara rawak adalah bahan yang tidak bermagnet (Rajah a). Domain yang selari dalam medan magnet sedia ada pula adalah bahan yang bermagnet. (Rajah b).

Rajah a : Domain bahan tidak bermagnet

Rajah b : Domain bahan Bermagnet

Konsep Kemagnetan (Magnetism)

Definisi sifat kemagnetan adalah dimana satu fenomena bahan tertentu yang menarik bahan lain seperti kepingan besi kepada dirinya sendiri. keupayaan bahan tertentu menarik atau menolak bahan tertentu adalah akibat dari kongifurasi atom.

Gambarajah: Sifat kemagnetan

Medan magnet (Magnetic Force)

Garisan daya magnet akan membentuk garisan melengkung medan magnet (Magnetic force) seperti yang ditunjukkan dalam gambarajah. Setiap magnet yang domain dan kongifurasi atomnya yang selari maka pada bahagian hujungnya akan membentuk khutub utara dan khutub selatan. Jika pertembungan khutub yang sama ianya akan menolak manakala jika bertembung khutub yang berbeza sifatnya ialah akan menarik. Garisan medan magnet ini akan sentiasa berada dalam situasi selari selagi tiada ganguan. Situasi ini digunakan untuk menguji sambungan kimpalan yang mempunyai sifat kemagnetan (magnetism) samada terdapat kecacatan didalamya atau tidak.

Bentuk lain magnet

Terdapat juga magnet kekal yang berbentuk seperti bar, tapak kuda atau magnet berbentuk gegelang

Ciri-ciri bahan

Kemagnetan bahan dapat diklasifikasikan kepada tiga kumpulan yang utama iaitu:

Diamegnetic - Kecenderungan kecil dan negative terhadap medan magnet. Contohnya seperti kuprum, titanium, perak, emas, air, gas dan kebanyakan dari bukan logam.
Paramegnetic - Kerentanannya kecil dan bersifat posotive kepada magnet. Contohnya seperti Aluminium, magnesium, Austenitic stainless steel, molybdenum, lythium, oxygen dan tantalum.
Feromegnetic - Kerentananya besar dan positif kepada kemagnetan. Daya tarikan yang kuat kepada medan magnet. Sifat kemagnetanya adalah kekal. Contohnya seperti Besi (Iron), Nikel dan Colbat .

Kebocoran aliran magnet (Flux leakage)

kebocoran aliran magnet terjadi akibat dari kebolehtelapan atau berlakunya perubahan kepada sifat metalurgi bahan. Kebocoran aliran magnet akan menyebabkan medan magnet terganggu dan mewujudkan perubahan pada garisan medan megnetnya, rujuk rajah kebocoran aliran magnet / kebocoran fluk

rajah: Kejadian kebocoran fluk

Rajah ini akan membantu anda memahami bagaimana situasi ini dapat memberi gambaran sebenar apabila melakukan ujian zarah magnet (Magnetic Particle Test) pada sambungan kimpalan.

Jika tiada kecacatan, maka aliran medan magnetnya adalah selari manakala jika terdapat kecacatan maka medan magnetnya akan terganggu seolah terbentuk khutub utara dan khutub selatan antaranya.

Jika fenomena ini terjadi, samada serbuk besi halus kering atau black oxid basah yang diaplikasikan di permukaanya, maka ianya akan berkumpul mengikut bentuk kecacatan yang berlaku.

gambarajah: zarah magnet tekumpul pada bahagian kecacatan

Pemagnetan magnet Kekal

Aliran magnet hanya dalam spesimen
Hanya menghasilkan magnet membujur
Keupayaanya berdasar keupayaan magnet itu sendiri. tidak boleh berubah
Sifat magnet adalah kekal dan tidan berubah
Sesuai mengesan kecacatan dibawah permukaan.

Gambarajah:Kaedah ujian zarah magnet

Magnetic Yoke

Magnetic yoke merupakan alat yang berfungsi mengalirkan aliran magnet bagi menghasilkan medan magnet pada "kupon" atau spesimen yang hendak diuji. Arus yang digunakan samada Arus Ulang Alik (AC) atau arus terus (DC). Magnetic yoke yang menggunakan arus Ulang Alik (AC) menghasilkan aliran penusukan yang cetek berbanding megnetic yoke yang menggunakan Arus Terus (DC). Sebelum dilakukan ujian, magnetic yoke perlulah diuji tahap kekuatanya dengan menggunakan blok ujian. Rujuk gambarajah.

AC electromagnetic Yoke

DC eletromagnetic Yoke

Medan magnet boleh dihasilkan dalam spesimen samada dalam bentuk membujur atau membulat. Keadaan medan magnet boleh ditentukan berdasarkan kaedah yang digunakan untuk memagnetkan spesimen. Medan magnet membujur mempunyai garis daya magnet yang selari dengan paksi bahagian tersebut. Medan magnet bulat pula daya magnet yang berjalan mengelilingi bahagian spesimen.

Antara kaedah ujian zarah magnet menggunakan aliran magnet gegelangan

Dua Jenis Zarah magnet ialah:

Gambar: Contras paint dan wet Black oxid/Black ink

Zarah magnet Kering (Dry magnetic Particle)
Zarah magnet basah (Wet magnetic Particle)

Zarah magnet kering

Zarah magnet kering dibekalkan dalam pelbagai variasi warna. Warna yang menghasilkan kontras yang tinggi terhadap latar belakang amat sesuai dan berkesan digunakan untuk ujian zarah magnet.

Kecacatan yang ada akan kelihatan lebih jelas.

Zarah magnet kering boleh dilihat dengan jelas

dalam cahaya terang/cahaya lampu putih.Zarah magnet kering dibekalkan dalam pelbagai variasi warna. Warna yang menghasilkan kontras yang tinggi terhadap latar belakang amat sesuai dan berkesan digunakan untuk ujian zarah magnet.

Rajah: Contoh Zarah Magnet basah jenis gelap

Zarah magnet basah

Zarah magnet basah pula mudah kelihatan atau pendafluor. Zarah pendafluor boleh dilihat dengan jelas dalam cahaya yang malap tau gelap.

Rajah: Zarah magnet basah pendafluor

Teknik Melakukan Ujian Zarah magnet

Membersih permukaan Kupon/spesimen ujian
Menyapukan/menyemburkan lapisan nipis kontras putih (White contras) pada bahagian permukaan yang diuji
Apabila cat kontras kering, letakkan magnetic yoke secara melintang pada kedudukan 90ᵒ ke paksi kimpalan
Sapu/semburkan dakwat hitam (Black ink/Wet magnetic particle)
Mentafsir kawasan ujian/memerhati secara visual untuk mengesan jika ada kecacatan "keretakan membujur"
Memutarkan kedudukan magnetic yoke kearah membujur untuk melihat kecacatan keretakan melintang
Mentafsir kawasan ujian/memerhati secara visual untuk mengesan jika ada kecacatan "keretakan melintang"
Membersihkan semula (Kupon) spesimen ujian.

Gambar :Melakukan Ujian Zarah Magnet

Mentafsirkan Petunjuk

Selepas menghasilkan medan magnet pada spesimen, tanda-tanda yang terbentuk mestilah ditafsirkan. Proses ini memerlukan penelitian pemeriksa bagi memastikan petunjuk yang berkaitan atau yang tidak berkaitan.Imej dari gambarajah berikut adalah contoh petunjuk yang dihasilkan dari ujian tersebut

Kelebihan Ujian Zarah Magnet

Boleh mengesan kecacatan kimpalan di bawah permukaan kumai dengan berkesan.
Proses ujian dilakukan adalah lebih cepat disebabkan tiadanya masa menunggu/sela masa (duel time)
Pembersihan permukaan bahagian diuji adalan pada tahap minima.
Tidak memerlukan operator yang berkrmahiran tinggi.
Tidak mendatangkan keadaan berbahaya kepada pengendali dan persekitaranya
Kos kendalian adalah rendah,
Boleh menggunakan magnet kekal jika tiada sumber bekalan elektrik
Mudah alih, sesuai untuk melakukan ujian dalam pelbagai kedudukan dan lokasi

Contoh hasil ujian

Contoh spesimen selepas ujian menunjukkan terdapat keretakan membujur pada permukaan kumai kimpalan

Penyahmagnetan

Spesimen yang telah dilakukan ujian zarah magnet perlulah dinyahkan magnet yang tersisa supaya spesimen tersebut tidak menganggu penghasilan pembuatan kompenan yang berikutnya. Antara sebab lain juga dikhuatiri menggangu kerja kimpalan seterusnya. Sisa magnet juga akan menganggu tolok pengukuran yang sensitif pada magnet termasuk dalam operasi pemesinan. Zarah yang terurai dari pelelas akan melekat pada permukaan kompenan yang akan menganggu dan meningkatkan daya haus pada kompenan kenderaan, gear atau galas bebola.

Tindakan Penyahmagnetan.

Penyahmagnetan dilakukan dengan medan magnet sisa diterbalikkan dan dikurangkan. Proses ini akan mengubah aliran domain magnet hingga mengurangkan kekuatan sisa magnet ketahap boleh diterima. Kaedah yang boleh dilakukan adalah dengan memagnetkan secara sambil lalu magnetic yoke di atas permukaan spesimen dari pelbagaikan arah dan sudut secara melintang dan membujur beberapa kali.

Rajah: Prinsip Memagnetan dan Menyahmagnetan

Bagi kompenan kecil, untuk tujuan pengnyahmagnetan bolehlah dilakukan menggunakan Unit Nyah Magnet. Bagi memastikan kompenan telah dinyahmagnetkan, tolok khas digunakan untuk mengukur tahap baki sisa magnet yang ada. Rujuk rajah.