Untuk mencapai kekuatan optimal pada sambungan brazing, langkah-langkah berikut biasanya diikuti: 1. Desain Sambungan 2. Membersihkan Permukaan Sambungan 3. Memilih Fluks 4. Pemilihan Proses Pematerian 5. Pembersihan dan Pemeriksaan Paska 6. Pemanasan- Perawatan Komponen Brazing.
Langkah # 1. Desain Bersama:
Dua jenis sambungan utama yang digunakan dalam mematri adalah LAP JOINT dan BUTT JOINT. Biasanya sambungan pangkuan dikenai beban geser sementara sambungan butt dikenai beban tarik atau tekan. SCARF JOINT kadang-kadang dipilih berdasarkan persyaratan layanan seperti kekuatan mekanik, keketatan tekanan dan konduktivitas listrik serta pada proses mematri yang akan digunakan, teknik fabrikasi dan jumlah sambungan yang akan diproduksi.
Sambungan lap digunakan di mana kekuatan adalah pertimbangan utama. Sambungan semacam itu dapat dirancang untuk menyediakan area brazing yang cukup untuk mencapai kekuatan sambungan yang sama dengan logam induk. Untuk mencapai efisiensi penyambungan maksimum, diperlukan tumpang tindih tiga kali lipat ketebalan bagian tertipis. Over lap yang lebih besar dari ini menyebabkan persendian yang buruk karena penetrasi yang tidak memadai, dan inklusi, dll.
Sambungan pangkuan juga direkomendasikan jika diperlukan kekencangan kebocoran dan konduktivitas listrik yang baik. Sendi pangkuan, bagaimanapun, memiliki kecenderungan untuk menjadi tidak seimbang yang mengarah pada konsentrasi tegangan dan yang berdampak buruk pada kekuatan sendi. Setiap upaya harus dilakukan untuk menyediakan sambungan pangkuan yang seimbang untuk membawa beban dengan baik.
Sambungan tumpul dapat menghasilkan sambungan halus dengan ketebalan minimum, namun karena menyediakan area terbatas untuk mematri dan karena kekuatan bahan pengisi biasanya kurang dari kekuatan logam induk, sambungan tumpul tidak akan memberikan 100% efisiensi bersama.
Tic scarf joint adalah kompromi antara lap joint dan butt joint yang dapat mempertahankan kontur halus butt joint dan pada saat yang sama memberikan area sambungan yang besar pada lap joint. Sambungan syal dan butt bila dibuat dengan benar dengan paduan mematri perak jauh lebih kuat dari bahan induknya. Sayangnya sambungan selendang lebih sulit untuk dipegang sejajar daripada sambungan pantat persegi atau pangkuan.
Izin Bersama:
Jarak bebas sambungan versus kekuatan geser sambungan brazing. Celah sambungan adalah jarak antara permukaan faying. Jika celah sambungan terlalu kecil, hal itu tidak akan memungkinkan aksi kapiler menyebabkan logam pengisi mengalir secara merata di seluruh area sambungan.
Jika terlalu besar, logam pengisi mungkin tidak mengalir ke seluruh sambungan sehingga menghasilkan sambungan brazing dengan kekuatan rendah. Jika diperlukan fluks, jarak bebas yang digunakan biasanya lebih besar dan dapat bervariasi antara 0-025 hingga 0 0635 mm. Untuk kombinasi tertentu dari logam induk dan logam pengisi, terdapat celah sambungan yang optimal seperti yang ditunjukkan oleh kurva pada Gambar 17.7.
Gambar 17.7 Celah sambungan versus kekuatan geser sambungan brazing
Ketika untuk sambungan satu bagian mengelilingi yang lain, seperti pada pipa telescoping, dan bagian dalam memiliki koefisien ekspansi yang lebih tinggi daripada jarak bebas akan berkurang dengan kenaikan suhu. Dalam kasus seperti itu, izin maksimum yang diperbolehkan harus digunakan. Juga, selama pendinginan bagian dalam akan berkontraksi lebih banyak yang dapat menyebabkan patah; oleh karena itu penting untuk memilih bahan pengisi yang tepat yaitu yang memiliki rentang suhu yang panjang antara solidus dan liquidus yang memiliki aliran lambat sehingga dapat menjembatani celah yang besar dan mempertahankan kekuatan yang cukup untuk menahan retak pada pendinginan.
Langkah #2. Membersihkan Wajah Sendi:
Untuk sambungan yang kuat dan berkualitas tinggi, bagian yang akan disambung harus dibersihkan bebas dari minyak, kotoran, lemak, dan oksida jika tidak, aksi kapiler tidak dapat terjadi. Pembersihan dapat dilakukan secara mekanis atau kimiawi; metode yang terakhir, bagaimanapun, memberikan hasil yang lebih baik.
Pembersihan mekanis terdiri dari penyikatan, pengarsipan, peledakan pasir, permesinan , penggilingan atau pembersihan dengan sabut baja. Saat cairan pemotongan digunakan selama pemesinan seperti itu, cairan yang sama harus dibersihkan secara kimiawi. Pembersihan mekanis menghilangkan oksida dan kerak dan juga membuat permukaan kawin menjadi kasar untuk meningkatkan aliran kapiler dan pembasahan logam pengisi pematrian.
Pembersihan kimia dari minyak, minyak, kotoran, dll. melibatkan penggunaan karbon tetraklorida, trikloroetilena, atau trisodium fosfat; namun oksida dihilangkan dengan asam nitrat atau sulfat. Berbagai pembersih kesopanan dipasarkan untuk aplikasi tertentu.
Langkah #3. Memilih Fluks:
Setelah membersihkan benda kerja, fluks digunakan untuk melindungi permukaan dari oksidasi atau aksi kimia lain yang tidak diinginkan selama operasi pemanasan dan pematrian. Fluks mematri adalah campuran kepatutan dari beberapa di antaranya dalam gradien dan umumnya tersedia dalam bentuk bubuk, pasta, atau cairan.
Boraks telah digunakan sebagai fluks mematri selama berabad-abad. Boraks dan asam borat direduksi oleh logam yang aktif secara kimiawi seperti kromium untuk membentuk borida dengan titik leleh rendah. Namun, residu fluks boraks setelah mematri seringkali seperti kaca dan hanya dapat dihilangkan dengan pendinginan (kejutan termal) atau tindakan abrasif atau kimiawi.
Fluks paling sering digunakan dalam bentuk pasta atau cairan karena aplikasinya pada bagian-bagian kecil dan kepatuhannya pada posisi apa pun. Seringkali bermanfaat untuk memanaskan pasta sedikit sebelum aplikasi. Fluks bereaksi dengan oksigen dan setelah jenuh dengannya, ia kehilangan semua keefektifannya.
Atmosfir terkontrol atau vakum terkadang digunakan untuk membantu mencegah oksidasi selama mematri. Vakum dan beberapa atmosfer menghilangkan kebutuhan akan fluks. Gas yang digunakan untuk menciptakan atmosfer yang diinginkan adalah karbon dioksida , karbon monoksida, nitrogen dan hidrogen atau dengan menggunakan gas inert seperti argon dan helium. Vakum sangat cocok untuk mematri logam seperti titanium, zirkonium, kolumbium, molibdenum, dan tantalum.
Bahan Pengisi dan Penempatannya:
Dalam klasifikasi AWS bahan pengisi mematri dibagi menjadi tujuh kelompok yaitu, paduan aluminium-silikon, paduan magnesium, paduan tembaga-fosfor, paduan tembaga dan tembaga-seng, paduan perak, logam mulia (tembaga dan emas) dan bahan tahan panas atau paduan nikel.
Singkatan digunakan untuk mengidentifikasi bahan pengisi ini; B berarti mematri dan RB berarti bahan pengisi dapat digunakan untuk mematri dan mengelas. Jadi, >n klasifikasi RB CuZn-D, Cu dan Zn mengacu pada bahan dasar bahan pengisi (47% Cu, 42% Zn) sedangkan D menunjukkan mengandung 11% Ni juga.
Tidak diragukan lagi kelompok bahan mematri yang paling populer adalah paduan perak yang terkadang salah disebut sebagai solder perak.
Tembaga murni sangat cocok untuk baja mematri tungku dalam mengurangi atmosfer.
Bahan pengisi tahan panas digunakan untuk aplikasi suhu tinggi seperti turbin gas dan sering digunakan untuk mematri bagian yang terbuat dari baja tahan karat dan nikel tinggi.
B Ag-10 mengandung 92% perak dan 8% tembaga dan B Ag-13 mengandung 56% perak, 42% tembaga dan 2% nikel dapat mempertahankan kekuatan yang baik hingga sekitar 870°C.
BNI-1 mengandung 14% kromium, 3% boron, 4% silikon, 4% besi, 75% nikel; dan BNI-5 yang mengandung 19% kromium, 10% silikon dan 71% nikel dapat mempertahankan kekuatannya hingga hampir 1050°C.
Boron ditambahkan ke bahan pengisi penahan panas karena boron berdifusi dengan cepat dalam baja tahan karat dan baja tahan panas; ini mendorong pembasahan dan penyebaran.
Logam pengisi mematri tersedia secara populer dalam bentuk kawat atau batang; namun kadang-kadang mereka juga tersedia sebagai lembaran, bubuk dan pasta atau bahkan sebagai permukaan yang dilapisi bagian yang akan dibrazing.
Penempatan filler metal dapat mempengaruhi kualitas sambungan. Untuk sambungan pangkuan yang umum digunakan, logam pengisi harus disuplai pada satu ujung dan dibiarkan mengalir sepenuhnya melalui sambungan dengan gaya kapiler. Jika disuplai dari kedua ujungnya, hal itu dapat menjebak bagian yang menyebabkan rongga yang secara drastis dapat mengurangi kekuatan sambungan. Namun, perlu diingat bahwa logam pengisi tidak dapat mengalir melalui aksi kapiler ke sambungan buta.
Langkah #4. Pemilihan Proses Pematerian:
Meskipun ada sejumlah besar proses mematri tetapi penggunaan dan kepentingan industri saat ini termasuk yang berikut:
- Pemateri Obor.
- Tungku Mematri.
- Celupkan Mematri.
- Pematerian Induksi.
- Perlawanan Mematri.
- Mematri Inframerah.
Proses mematri lainnya meliputi mematri blok, mematri busur karbon kembar mematri ultra sonik, mematri eksotermik, proses mematri gas-tungsten dan proses pengelasan busur plasma.
- Pemateri Obor:
Pematerian obor dilakukan dengan memanaskan bagian-bagian dengan menggunakan nyala api oxyacetylene yang umumnya menggunakan obor las gas biasa. Pematerian obor manual mungkin merupakan metode pematerian yang paling banyak digunakan. Nyala api yang digunakan netral atau sedikit mereduksi.
Logam pengisi brazing dapat disiapkan pada sambungan dalam bentuk cincin, ring, strip, slug, bubuk, dll. atau dapat diumpankan dari logam pengisi genggam. Dalam kasus terakhir logam pengisi disentuhkan ke sambungan saat fluks menjadi cair dan jernih seperti air. Panas dipindahkan ke logam pengisi oleh logam induk dan bukan nyala api.
Pematrian obor digunakan ketika bagian yang akan dibrazing terlalu besar, bentuknya tidak biasa, atau tidak dapat dipanaskan dengan metode lain. Pematerian obor manual sangat berguna pada rakitan yang melibatkan bagian dengan massa yang tidak sama dan untuk pekerjaan perbaikan.
- Pematerian Tungku:
Pematerian tungku dilakukan dengan menempatkan bagian-bagian yang telah dibersihkan, disejajarkan sendiri, dipasang sendiri, dan dirakit di dalam tungku dengan bahan pengisi mematri yang ditempatkan sebelumnya dalam bentuk kawat, kertas timah, pengarsipan, siput, bubuk, pasta atau selotip. Tungku biasanya dari jenis hambatan listrik dengan kontrol suhu otomatis sehingga dapat diprogram untuk siklus pemanasan dan pendinginan.
Pematerian tungku sering dilakukan tanpa menggunakan fluks, namun gas lembam seperti argon dan helium terkadang digunakan untuk mendapatkan sifat khusus.
Pematrian tungku juga dapat digunakan untuk mematri vakum yang banyak digunakan dalam fabrikasi kedirgantaraan dan nuklir ketika logam reaktif bergabung atau di mana fluks yang terperangkap tidak dapat ditoleransi.
Pematerian tungku juga dapat dilakukan dengan sabuk tipe konveyor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17.8, yang kecepatannya mengatur waktu pemanasan.
Pemateri tungku paling cocok untuk bagian yang memiliki massa yang cukup seragam, meskipun dapat digunakan untuk mematri bagian dari semua ukuran yang memiliki banyak sambungan dan sambungan tersembunyi.
- Dip Mematri:
Dip brazing dilakukan dengan merendam bagian yang bersih dan dirakit ke dalam bak cair yang terdapat dalam pot yang sesuai. Ada dua metode mematri celup; mematri mandi kimia dan mematri mandi logam cair.
Dalam rendaman kimia mematri logam pengisi, dalam bentuk yang sesuai ditempatkan sebelumnya dan rakitan dicelupkan ke dalam rendaman garam cair, yang bertindak sebagai fluks. Mandi memberikan panas yang dibutuhkan dan perlindungan yang diperlukan dari oksidasi. Mandi garam terkandung dalam tungku seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 17.9. Tungku dipanaskan oleh hambatan listrik atau oleh kehilangan I 2 R di bak mandi itu sendiri.
Biasanya bagian yang akan dibrazing dipanaskan terlebih dahulu dalam tungku sirkulasi udara sebelum direndam dalam bak garam.
Dalam pematerian rendaman mandi cair, bagian-bagiannya dibenamkan dalam rendaman logam pengisi pematerian cair yang terdapat dalam pot. Penutup fluks dipertahankan di atas permukaan bak logam cair. Bahan mematri cair mengalir ke sambungan untuk dipatri dengan aksi kapiler. Prosesnya sebagian besar terbatas pada mematri bagian-bagian kecil, misalnya kabel atau potongan logam yang sempit.
Karena pemanasan yang seragam, bagian dip brazing mendistorsi lebih sedikit daripada bagian yang dibrazing dengan obor. Proses ini paling cocok untuk proses produksi sedang hingga tinggi karena perkakasnya agak rumit.
Dip brazing lebih disukai untuk menyambung bagian berukuran kecil hingga sedang dengan banyak sambungan atau sambungan tersembunyi. Ini juga beradaptasi dengan baik pada bagian-bagian yang bentuknya tidak beraturan. Meskipun proses ini dapat digunakan untuk semua logam yang dapat dibrazing tetapi sangat cocok untuk menggabungkan logam yang memiliki titik leleh sangat dekat dengan suhu brazing, misalnya aluminium.
- Pematerian Induksi:
Dalam Mematri Induksi, panas diperoleh dengan menginduksi secara elektrik frekuensi tinggi (5.000 hingga 5.000.000 hertz) arus eddy ke dalam benda kerja dari kumparan berpendingin air dengan bentuk yang diinginkan yang mengelilingi benda kerja.
Kedalaman pemanasan dapat ditentukan oleh frekuensi yang digunakan: sumber daya frekuensi tinggi menghasilkan pemanasan kulit pada bagian-bagian sementara arus frekuensi rendah menghasilkan pemanasan yang lebih dalam dan dengan demikian digunakan untuk mematri bagian yang lebih berat. Pemanasan ke suhu yang diinginkan biasanya dilakukan dalam 10 sampai 60 detik.
Fluks mematri mungkin atau mungkin tidak digunakan. Tingkat pemanasan yang cepat dari mematri induksi membuatnya cocok untuk mematri dengan paduan logam pengisi yang cenderung menguap atau terpisah.
Input panas yang terkontrol bersama dengan tingkat pemanasan yang cepat dan mode otomatis menjadikannya proses dengan tingkat produksi tinggi yang dapat digunakan di udara terbuka. Namun , kelemahan mematri induksi adalah panasnya mungkin tidak seragam.
- Perlawanan Mematri:
Dalam resistansi mematri benda kerja yang akan dibrazing dijadikan bagian dari rangkaian listrik. Dengan demikian, panas yang dibutuhkan untuk mematri diperoleh dengan menahan aliran arus melalui sambungan yang akan dibrazing.
Bagian yang akan dibrazing ditahan di antara dua elektroda sementara arus yang benar dialirkan di bawah tekanan yang diperlukan. Elektroda yang digunakan mungkin dari karbon, grafit, logam tahan api atau paduan tembaga sesuai dengan konduktivitas yang diperlukan . AC dengan arus listrik tinggi dan tegangan rendah biasanya digunakan.
Fluks konduktivitas yang diperlukan digunakan. Jadi, fluks mematri normal yang merupakan isolator saat dingin dan kering mungkin tidak berguna. Dalam brazing resistansi, logam pengisi biasanya ditempatkan terlebih dahulu meskipun pengumpanan wajah dapat digunakan dalam kasus khusus.
Perlawanan mematri biasanya digunakan untuk produksi volume rendah di mana pemanasan dilokalkan di area yang akan dibrazing.
- Mematri Infra-Merah:
Pada pematerian infra merah panas diperoleh dari lampu infra merah yang mampu menghantarkan energi pancaran hingga 5000 watt. Sinar panas dapat terkonsentrasi di tempat yang diinginkan dengan menggunakan reflektor pemusatan radiasi.
Dalam mematri infra merah, bagian yang akan dibrazing dapat ditahan di udara, atau di atmosfir lembam atau dalam ruang hampa. Untuk atmosfir lembam atau mematri vakum, baik bagian yang dirakit dapat ditempatkan di dalam selungkup atau rakitan dan lampu infra merah dapat dilampirkan. Bagian-bagian tersebut kemudian dipanaskan sampai suhu yang diinginkan seperti yang ditunjukkan oleh termokopel. Gambar 17.10 menunjukkan susunan untuk mematri infra merah; bagian dipindahkan ke pelat pendingin setelah mematri.
Mematri inframerah dilakukan dalam mode otomatis dan tidak cocok untuk aplikasi manual. Biasanya bagian yang akan dibrazing adalah self-jigging dan bahan pengisi sudah ditempatkan sebelumnya di sambungan.
Langkah # 5. Pembersihan dan Pemeriksaan Pasca:
Sangat penting untuk menghilangkan semua residu fluks setelah pematrian selesai jika tidak, bagian-bagian tersebut dapat terkorosi. Umumnya fluks dapat dihilangkan dengan air panas yang mengalir. Jika itu tidak memenuhi tujuan maka uap hidup bertekanan rendah dapat digunakan.
Jika residu fluks keras dan lengket dapat diberikan kejutan termal dengan pendinginan untuk memecahkan dan menghilangkannya. Jika bagian-bagian tersebut terlalu panas selama pematerian, maka diperlukan penangas kimia dengan bilasan air penetral setelahnya.
Pemeriksaan bagian yang dibrazing dapat melibatkan pemeriksaan visual, pengujian bukti, pengujian kebocoran, pengujian penetran cair, pemeriksaan ultrasonik dan radiografi.
Dalam kasus inspeksi visual, yang terbaik adalah memiliki sampel standar untuk perbandingan sehingga mengetahui apa yang dapat diterima.
Uji destruktif seperti uji kupas, uji torsi, dan uji tegangan dan geser juga dapat dilakukan untuk beberapa bagian pertama, dan pemeriksaan titik dilakukan sesering yang diperlukan.
Langkah # 6. Perlakuan Panas untuk Komponen Brazing:
Perlakuan panas dapat dilakukan selama operasi mematri atau setelah selesai. Dalam kasus sebelumnya, logam pengisi yang digunakan sedemikian rupa sehingga memadat di atas suhu perlakuan panas yang diperlukan, sedangkan dalam situasi terakhir, bahan pengisi harus sedemikian rupa sehingga memadat pada suhu yang sama seperti yang diperlukan untuk perlakuan panas.
