Pengelasan Braze: Teknik, Proses & Aplikasi dalam Penyambungan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan brazing adalah teknik penyambungan khusus dalam industri baja yang menggabungkan elemen brazing dan pengelasan untuk menghasilkan sambungan yang kuat dan terikat secara metalurgi antara komponen baja. Berbeda dengan pengelasan fusi tradisional, pengelasan brazing melibatkan penggunaan logam pengisi dengan titik lebur di bawah titik lebur logam dasar, yang dipanaskan hingga suhu yang cukup untuk melelehkan pengisi tetapi tidak pada bahan dasar. Proses ini bergantung pada aksi kapiler dan pengikatan metalurgi untuk menciptakan sambungan yang tahan lama.

Secara fundamental, pengelasan brazing beroperasi berdasarkan prinsip menciptakan ikatan metalurgi melalui pelelehan dan aliran paduan pengisi, yang menyusup ke antarmuka sambungan dan mengeras untuk membentuk koneksi yang kontinu dan kohesif. Proses ini memanfaatkan sifat difusi dan pembasahan dari logam pengisi untuk mencapai sambungan berkualitas tinggi tanpa melelehkan baja dasar, sehingga meminimalkan distorsi termal dan tegangan sisa. Ini diklasifikasikan dalam kategori yang lebih luas dari metode pengelasan fusi dan keadaan padat tetapi dibedakan oleh penggunaan pengisi dengan titik lebur yang lebih rendah dan pemanasan yang terkontrol.

Dasar-Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Intinya, pengelasan brazing melibatkan pemanasan komponen baja dasar hingga suhu di mana logam pengisi meleleh, biasanya antara 600°C dan 900°C, tergantung pada paduan pengisi. Sumber panas dapat berupa nyala gas, pemanasan induksi, atau pemanasan resistensi, yang menyediakan energi termal yang terlokalisasi dan terkontrol. Logam pengisi yang meleleh kemudian mengalir ke celah sambungan melalui aksi kapiler, didorong oleh tegangan permukaan dan karakteristik pembasahan.

Mekanisme metalurgi berfokus pada penciptaan ikatan metalurgi antara pengisi dan logam dasar tanpa melelehkan yang terakhir. Proses ini bergantung pada difusi elemen paduan di seluruh antarmuka, membentuk ikatan metalurgi yang kuat saat mengeras. Parameter proses dioptimalkan untuk mendorong pembasahan, meminimalkan oksidasi, dan mengontrol laju pendinginan untuk memastikan perkembangan mikrostruktur yang tepat.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, sambungan terbentuk melalui infiltrasi logam pengisi yang meleleh ke antarmuka sambungan, mengisi celah dan menciptakan ikatan metalurgi melalui difusi dan reaksi keadaan padat. Komposisi logam pengisi dipilih untuk mempromosikan kompatibilitas dengan baja dasar, sering kali mengandung elemen seperti perak, tembaga, atau nikel, yang meningkatkan pembasahan dan pengikatan.

Pengendapan terjadi saat logam pengisi yang meleleh mendingin, membentuk mikrostruktur yang dapat mencakup butiran dendritik atau ekuiaxed tergantung pada laju pendinginan dan komposisi paduan. Gaya pendorong termodinamika untuk pengendapan adalah gradien suhu dan perbedaan komposisi, yang mempengaruhi pembentukan fase dan distribusi inklusi. Kinetika pengendapan menentukan ukuran dan distribusi mikrostruktur, mempengaruhi kekuatan dan ketangguhan sambungan.

Varian Proses

Varian utama dari pengelasan brazing termasuk brazing obor, pengelasan brazing induksi, dan pengelasan brazing furnace. Brazing obor menggunakan nyala gas yang dipegang tangan atau mekanis untuk memanaskan area sambungan secara lokal, cocok untuk bagian kecil atau kompleks. Pengelasan brazing induksi menggunakan induksi elektromagnetik untuk memanaskan sambungan dengan cepat dan tepat, ideal untuk produksi volume tinggi.

Pengelasan brazing furnace melibatkan pemanasan seluruh rakitan dalam furnace atmosfer terkontrol, memungkinkan pemanasan yang merata dan cocok untuk komponen besar atau banyak. Evolusi teknologi telah berpindah dari metode obor manual ke sistem induksi dan furnace otomatis, meningkatkan keterulangan, efisiensi, dan kontrol kualitas.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Peralatan Utama

Peralatan utama untuk pengelasan brazing mencakup sumber panas (obor gas, koil induksi, atau furnace), sistem kontrol suhu, dan fixture untuk memposisikan komponen. Obor gas biasanya terdiri dari pasokan gas bahan bakar (asetilena, propana, atau gas alam) dan oksigen, dengan kontrol aliran yang dapat disesuaikan.

Sistem induksi terdiri dari koil induksi, generator daya, dan sistem pendingin, dirancang untuk pemanasan cepat dan terlokalisasi. Furnace dilengkapi dengan pengontrol suhu, kontrol atmosfer (seperti gas inert), dan mekanisme pemuatan/pembongkaran. Fitur otomatisasi mencakup pengontrol yang dapat diprogram, penanganan robotik, dan sensor pemantauan waktu nyata.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

Pengelasan brazing gas bergantung pada gas yang mudah terbakar yang disuplai melalui regulator dan meter aliran, dengan kontrol yang tepat atas suhu dan ukuran nyala. Pengelasan brazing induksi menggunakan daya listrik frekuensi tinggi yang disuplai melalui koil, dengan tingkat daya yang dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan sambungan.

Sistem furnace memanfaatkan elemen pemanasan resistensi atau induksi yang diberdayakan oleh sumber daya yang stabil, dengan regulasi suhu dicapai melalui termokopel dan algoritma kontrol. Fitur keselamatan mencakup perlindungan arus lebih, deteksi kebocoran gas, dan sistem pemutus darurat untuk mencegah kecelakaan.

Parameter Proses Kritis

Parameter kunci yang dapat dikontrol mencakup suhu pemanasan, laju pemanasan, waktu tinggal pada suhu brazing, laju pendinginan, dan laju aliran logam pengisi. Suhu brazing yang tipikal berkisar antara 650°C hingga 850°C, tergantung pada paduan pengisi.

Mempertahankan permukaan yang bersih dan bebas oksida sangat penting; oleh karena itu, parameter seperti komposisi atmosfer (sebaiknya inert atau reduksi) dan persiapan permukaan sangat penting. Kontrol yang tepat terhadap laju pemanasan dan pendinginan mempengaruhi perkembangan mikrostruktur, tegangan sisa, dan integritas sambungan.

Bahan Habis Pakai dan Material Tambahan

Bahan habis pakai mencakup logam pengisi (seperti paduan perak-tembaga, paduan berbasis nikel, atau paduan berbasis tembaga), fluks, dan atmosfer pelindung. Paduan pengisi diklasifikasikan berdasarkan titik lebur, komposisi, dan kompatibilitas dengan baja.

Kriteria pemilihan bergantung pada kebutuhan sambungan, ketahanan korosi, dan sifat mekanis. Penyimpanan dan penanganan melibatkan menjaga bahan pengisi di lingkungan yang kering dan bebas kontaminasi, dengan pembersihan awal untuk menghilangkan oksida atau minyak. Fluks digunakan untuk mempromosikan pembasahan dan mencegah oksidasi selama pemanasan.

Desain dan Persiapan Sambungan

Geometri Sambungan

Konfigurasi sambungan umum untuk pengelasan brazing termasuk sambungan tumpang, sambungan siku, sambungan T, dan sambungan sudut. Pilihan tergantung pada aplikasi, kondisi beban, dan aksesibilitas.

Pertimbangan desain menekankan celah sambungan yang memadai (biasanya 0,05–0,2 mm) untuk memfasilitasi aliran kapiler logam pengisi. Desain sambungan yang tepat memastikan distribusi panas yang merata dan meminimalkan cacat. Toleransi dimensi ketat, sering kali dalam ±0,1 mm, untuk mempromosikan pembasahan dan pengikatan yang konsisten.

Persyaratan Persiapan Permukaan

Kebersihan permukaan sangat penting; komponen harus bebas dari minyak, lemak, oksida, dan kontaminan. Metode pembersihan termasuk peledakan abrasif, penghilangan lemak kimia, atau pembersihan ultrasonik.

Kondisi permukaan secara langsung mempengaruhi kualitas pembasahan dan pengikatan. Verifikasi melibatkan inspeksi visual, pengukuran kekasaran permukaan, dan terkadang pengujian sudut kontak untuk memastikan kondisi pembasahan yang tepat.

Penyesuaian dan Fixture

Penyesuaian yang tepat memastikan celah sambungan yang seragam dan penyelarasan, penting untuk aliran kapiler dan kekuatan sambungan. Perangkat fixture, seperti penjepit, jig,