Pengelasan Titik: Prinsip, Proses & Aplikasi dalam Penyambungan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan titik adalah proses pengelasan resistansi yang digunakan terutama di industri baja untuk menggabungkan dua atau lebih lembaran logam dengan menerapkan panas dan tekanan lokal di titik-titik tertentu. Proses ini melibatkan pengaliran arus listrik melalui permukaan kontak lembaran, menghasilkan panas akibat resistansi listrik, yang melelehkan logam di antarmuka, membentuk nugget las saat mendingin. Teknik ini ditandai dengan waktu siklus yang cepat, distorsi termal yang minimal, dan kesesuaian untuk produksi volume tinggi.

Secara fundamental, pengelasan titik beroperasi berdasarkan prinsip pemanasan resistif, di mana energi listrik diubah menjadi panas di antarmuka kontak bahan yang digabungkan. Proses ini bergantung pada resistansi listrik lembaran baja dan tekanan yang diterapkan untuk memfasilitasi kontak yang intim, memungkinkan pengikatan metalurgi. Dasar metalurgi melibatkan pelelehan lokal dari lapisan permukaan baja, diikuti oleh pembekuan yang menciptakan sambungan yang kuat dan konduktif.

Dalam klasifikasi yang lebih luas dari metode penggabungan baja, pengelasan titik dikategorikan sebagai proses pengelasan resistansi, dibedakan dari teknik lain seperti pengelasan busur, pengelasan laser, atau pengelasan gesekan dengan penggunaan resistansi listrik dan pembangkitan panas lokal. Ini sangat cocok untuk perakitan lembaran logam tipis, menawarkan keuntungan dalam kecepatan, otomatisasi, dan penyelesaian pasca-las yang minimal.

Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Mekanisme fisik inti dari pengelasan titik melibatkan pengaliran arus listrik tinggi melalui permukaan kontak dari dua lembaran baja yang dipegang bersama di bawah tekanan. Resistansi listrik di antarmuka menyebabkan pemanasan lokal, meningkatkan suhu dengan cepat hingga titik leleh baja. Panas yang dihasilkan sebanding dengan kuadrat arus dikalikan dengan resistansi (hukum Joule), dan durasi aliran arus menentukan jumlah panas yang dihasilkan.

Dari sudut pandang metalurgi, proses ini menginduksi zona peleburan lokal, atau nugget las, di mana baja meleleh dan membeku untuk membentuk ikatan metalurgi. Proses ini biasanya melibatkan tiga tahap: kontak awal dan pemanasan resistansi, pelelehan antarmuka, dan pendinginan serta pembekuan nugget las. Distribusi panas sangat lokal, memastikan dampak termal minimal pada material di sekitarnya.

Sumber energi dalam pengelasan titik adalah pasokan listrik yang mampu memberikan pulsa arus tinggi, sering kali dalam kisaran ribuan ampere, dengan kontrol yang tepat atas durasi pulsa. Panas dihasilkan terutama di antarmuka karena resistansi kontak, yang bergantung pada kebersihan permukaan, tekanan kontak, dan sifat material. Proses ini cepat, sering kali selesai dalam sebagian kecil detik, memungkinkan throughput yang tinggi.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, sambungan terbentuk melalui pelelehan lokal yang cepat di antarmuka, menciptakan kolam cair yang membeku menjadi nugget las. Permukaan kontak awal, yang sering dibersihkan oleh proses manufaktur, menyediakan jalur konduktif untuk aliran arus. Saat arus mengalir, antarmuka memanas, dan setelah suhu leleh tercapai, zona cair kecil terbentuk.

Pola pembekuan nugget las dipengaruhi oleh gradien termal, laju pendinginan, dan komposisi material. Biasanya, zona las menunjukkan mikrostruktur butir halus karena pendinginan cepat, yang meningkatkan sifat mekanik. Pengikatan metalurgi terjadi saat baja cair membeku, menciptakan peleburan metalurgi yang bebas dari rongga atau inklusi jika parameter proses dikendalikan dengan baik.

Dari sudut pandang termodinamika, proses ini melibatkan transfer panas dari zona cair ke material dasar di sekitarnya, yang mempengaruhi ukuran dan bentuk nugget las. Dari sudut pandang kinetika, laju pemanasan dan pendinginan menentukan mikrostruktur dan sifat mekanik sambungan. Kontrol yang tepat terhadap arus, tekanan, dan waktu memastikan peleburan optimal dan meminimalkan cacat seperti retakan atau porositas.

Varian Proses

Varian utama dari pengelasan titik meliputi:

• Pengelasan Titik Proyeksi: Menggunakan proyeksi atau embossing pada satu lembar untuk memusatkan panas dan memfasilitasi pengelasan di titik-titik tertentu. Ini berguna untuk menggabungkan material yang berbeda atau lembaran yang lebih tebal.

• Pengelasan Titik Kap: Menggunakan permukaan elektroda datar untuk menghasilkan las yang seragam di area yang lebih besar, cocok untuk perakitan lembaran standar.

• Pengelasan Titik Puls: Memanfaatkan arus pulsa terkontrol untuk mengoptimalkan input panas, mengurangi distorsi termal, dan meningkatkan kualitas las.

• Pengelasan Titik Seam atau Kontinu: Memperpanjang proses di sepanjang sambungan untuk menghasilkan las kontinu, sering digunakan di panel bodi otomotif.

Evolusi teknologi telah beralih dari sistem manual dengan arus rendah ke peralatan otomatis sepenuhnya dengan arus tinggi yang dikendalikan komputer. Kemajuan dalam desain elektroda, teknologi pasokan daya, dan pemantauan proses telah meningkatkan konsistensi, kualitas, dan produktivitas las.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Utama Peralatan

Peralatan utama untuk pengelasan titik meliputi:

• Mesin Las: Suatu pasokan daya yang mampu memberikan pulsa arus tinggi dengan waktu dan kontrol yang tepat. Sistem modern sering dilengkapi dengan teknologi inverter untuk efisiensi energi.

• Elektroda: Biasanya terbuat dari tembaga atau paduan tembaga, elektroda menerapkan tekanan dan menghantarkan arus. Mereka dirancang dengan bentuk tertentu (datar, cembung, atau terprofil) untuk mencocokkan geometri sambungan.

• Pemegang Elektroda dan Armatur: Fixture mekanis yang memegang dan memposisikan elektroda, memastikan kontak dan tekanan yang konsisten selama pengelasan.

• Sistem Kontrol: Pengontrol logika terprogram (PLC) atau antarmuka berbasis mikroprosesor yang mengelola parameter arus, tekanan, dan waktu, memungkinkan otomatisasi dan optimasi proses.

• Sistem Pendingin: Pendinginan air atau udara untuk elektroda untuk mencegah overheating dan menjaga kontak listrik yang konsisten.

Kemampuan otomatisasi mencakup integrasi lengan robot, pemantauan proses waktu nyata, dan algoritma kontrol adaptif untuk mengoptimalkan kualitas las dan throughput.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

Sumber daya pengelasan titik biasanya adalah sistem arus tinggi, tegangan rendah, sering kali dinilai antara 10 kVA hingga 100 kVA, tergantung pada ukuran aplikasi. Mereka mengirimkan energi melalui kabel berat ke elektroda, dengan arus yang dikendalikan melalui sirkuit inverter berbasis thyristor atau transistor.

Mekanisme kontrol mengatur besaran arus, durasi pulsa, dan gaya elektroda. Penjadwalan yang tepat memastikan input panas sesuai dengan ketebalan material dan ukuran las yang diinginkan. Fitur keselamatan mencakup pemutus sirkuit, tombol darurat, dan isolasi untuk mencegah bahaya listrik.

Sistem perlindungan menggabungkan pendinginan air, sensor suhu, dan perlindungan kelebihan beban untuk mencegah kerusakan peralatan. Selain itu, interlock dan penutup keselamatan melindungi operator dari bahaya listrik dan mekanis.

Parameter Proses Kritis

Parameter kunci yang dapat dikendalikan meliputi:

• Gaya Elektroda: Biasanya berkisar antara 2 hingga 10 kN, mempengaruhi resistansi kontak dan kualitas las. Gaya yang tidak mencukupi menyebabkan kontak yang buruk, sementara gaya yang berlebihan dapat mendistorsi lembaran.

• Besaran Arus: Biasanya antara 5 hingga 20 kA, tergantung pada ketebalan material dan ukuran elektroda. Arus yang tepat memastikan pelelehan lengkap tanpa terbakar.

• Waktu Las: Berkisar antara 0,1 hingga 0,5 detik, mempengaruhi input panas dan ukuran las