Asas teknik kimpalan
Kimpalan ialah penyambungan logam yang mempunyai komposisi yang sama atau sejenis di bawah pengaruh haba, dengan atau tanpa penambahan logam yang sama atau sejenis. Melalui kimpalan, bahagian-bahagian disambungkan secara tidak dapat dipisahkan antara satu sama lain sehingga terbentuk satu kesatuan yang utuh. Kimpalan yang baik mengandaikan ikatan yang rapat, yang hanya dicapai apabila bahan asas turut mencair di tempat kimpalan (zon lebur).
Kimpalan arka elektrik
Bagi struktur keluli, kimpalan arka elektrik adalah pertimbangan utama, di mana haba yang diperlukan diperoleh melalui lengkok arka elektrik. Lengkok arka terbentuk antara bahan asas dan apa yang dipanggil elektrod, yang pada masa itu mencair dan memberikan bahan tambahan. Pemilihan bahan tambahan (elektrod) yang tepat memberi pengaruh paling besar terhadap sifat sambungan yang dikimpal. Elektrod dipilih mengikut kekuatan ciri bahan asas yang dikimpal. Pemilihan elektrod dan penentuan syarat kimpalan memerlukan pengetahuan profesional, sebab itu diwujudkan institusi “jurutera pakar teknik kimpalan” yang terlatih khusus, yang tugasnya antara lain menyelia kerja-kerja kimpalan dan secara berkala mengulangi pensijilan pengimpal.
Kimpalan dan pemotongan gas
Dalam pengelasan gas, haba yang diperlukan dihasilkan oleh pembakaran gas, sehingga bahan asas dan bahan tambahan mencair. Yang lebih penting ialah pemotongan. Pembakar pemotong mempunyai, selain paip haba yang berfungsi seperti semasa pengelasan, satu lagi paip pemotong untuk oksigen. Keluli yang dipanaskan oleh nyalaan panas dibakar tembus dan ditiup dengan aliran oksigen. Pemotongan menghasilkan permukaan yang licin dan tepat yang mencukupi untuk banyak tujuan struktur keluli tanpa pemprosesan lanjut.
Kebolehkimpalan
Dalam menilai sambungan kimpalan, perlu diambil kira bahawa semasa proses kimpalan komposisi bahan tambah serta bahan asas boleh berubah dengan ketara. Perubahan struktur juga sangat penting – antara jahitan yang cair dan bahan asas yang tidak berubah terdapat, bergantung pada darjah kesan haba, zon dengan struktur yang berbeza dan oleh itu sifat yang berbeza. Di sepanjang jahitan terdapat kawasan di mana bahan asas telah cair (zon peleburan) dan di mana penyambungan antara zon kimpalan dan bahan asas berlaku. Zon bahan di sekelilingnya juga masih dipanaskan dengan kuat, walaupun titik lebur tidak lagi dicapai di situ. Dalam zon pemanasan melampau ini berlaku perubahan struktur yang besar, sehingga ia sering menentukan sifat keseluruhan sambungan kimpalan.
Keretakan jahitan merujuk kepada kemunculan retak pada jahitan, yang timbul sejurus selepas pengelasan pada suhu yang masih tinggi atau mungkin hanya semasa penyejukan di kawasan pijaran biru (kira-kira 300oC). Keretakan ini pada tahap yang tinggi merupakan ciri elektrod; ia hampir hanya berlaku pada elektrod bersalut, yang memang penting untuk struktur keluli. Untuk berlakunya retak, dua syarat mesti dipenuhi, iaitu tegangan tinggi akibat proses pengelasan atau pengaruh luaran lain, serta peningkatan kekakuan bahan.
Selain perubahan metalurgi dalam komposisi dan struktur bahan, proses fizikal juga penting, yang berkaitan dengan jumlah haba yang besar yang dibekalkan kepada bahan semasa pengelasan dan suhu tinggi yang dicapai pada masa itu. Pemanasan tidak berlaku secara seragam, tetapi hanya dalam kawasan yang terhad dengan sempit. Pengembangan haba yang berkaitan dengan pemanasan dihalang oleh tegasan dalaman zon yang dipanaskan oleh bahan yang tidak dipanaskan. Di samping itu, timbul juga tegasan luaran, kerana bahagian-bahagian semasa pengelasan mesti dikapit dengan kuat, maka semasa pemanasan berlaku pemampatan plastis. Semasa penyejukan, jahitan dan persekitarannya mengecut paling kuat (pengecutan). Semasa penyejukan, akibat pengembangan yang dihalang, tegasan paksa mesti timbul (tegasan akibat pengecutan). Dengan memanaskan terlebih dahulu bahagian yang akan dikimpal kepada 200 oC hingga 300 oC, penyejukan boleh diperlahankan dengan ketara. Oleh kerana pengurangan kesan pengerasan, pembentukan struktur menjadi lebih baik, pengkerasannya kekal lebih kecil.
Ujian bahan dan kerja kimpalan
Umum: Oleh kerana kualiti kerja kimpalan bergantung pada sejumlah keadaan, dan tidak kurang juga pada kemahiran serta kebolehpercayaan pekerja pakar, maka perlu ada pemantauan dan pengujian yang tepat bagi semua kerja kimpalan. Antara ujian yang disebut ialah ujian untuk menentukan kebolehkimpalan bahan dan elektrod, perbandingan syarat kimpalan dan prosedur kimpalan bagi sesuatu kes tertentu, ujian sampel, dan lain-lain.
Raj. 1 - Ujian lenturan kimpalan
Ujian lenturan pada sambungan kimpalan: Ini ialah ujian lenturan bagi satu rasuk ringkas berkeratan rentas segi empat tepat (raj. 1), di mana alur memanjang yang diproses separuh bulat pada serat tegangan dikimpal semula dengan satu lapisan dan itu pada suhu bilik. Kimpalan menyebabkan pengurangan besar dalam kebolehbentukan, sehingga spesimen sering patah secara sangat rapuh dan mendadak. Sudut lenturan pada plat nipis adalah lebih besar, dan ia berkurang apabila ketebalan plat meningkat.
Ketangguhan takik: Dalam ujian lenturan jahitan, retak kebanyakannya mula-mula muncul pada jahitan, sehingga berlaku patah rapuh. Bahan asas mesti mampu menyerap beban yang timbul secara tiba-tiba apabila jahitan pecah secara rapuh. Perlu disyaratkan agar retak di zon kimpalan tidak merebak dengan cepat ke dalam bahan asas, sebaliknya retak hanya dibenarkan berkembang dengan perlahan. Bahan asas mesti cukup liat untuk menyerap beban mengejut ini, dan kemampuan ini juga mesti kekal mencukupi pada suhu rendah. Ketangguhan takik, seperti sifat mekanik yang lain, banyak bergantung pada suhu ujian dijalankan. Pada suhu rendah, contohnya di bawah 0 oC, nilainya boleh jatuh kepada sebahagian daripada nilai pada 20 oC. Kedudukan penurunan mendadak ini penting untuk menilai sesuatu bahan. Bagi struktur keluli yang dikimpal, hari ini diperlukan bahan dengan rintangan penuaan yang baik, iaitu kekuatan takik impak yang tinggi pada spesimen yang diregangkan sejuk.
Raj. 2 - Deformasi dalam keadaan tegasan takuk
Kekerasan: Fenomena kekerasan dalam zon kimpalan mempunyai kepentingan besar. Pengetahuan tentang peningkatan kekerasan adalah penting, kerana regangan ketika patah menurun dengan cepat apabila kekerasan meningkat (raj. 3), manakala kekuatan tegangan σB meningkat hampir secara berkadar dengan kekerasan Brinell HB. Bagi keluli binaan, secara anggaran σB = 0,36*HB. Satu contoh kekerasan kimpalan sudut utama rasuk-I ditunjukkan dalam raj. 4. Dalam zon peralihan, pada jarak yang sangat kecil terdapat perbezaan kekerasan yang besar. Corak kekerasan bergantung pada struktur yang terbentuk. Garisan σ-ε-l berubah dengan cara yang serupa oleh kekerasan seperti juga oleh keadaan tegasan pada takik (raj. 2).
Raj. 3 - Kekerasan Brinell dan pemanjangan
Raj. 4 - Kekerasan di zon kimpalan pada bahagian leher sebuah rasuk-I yang dikimpal
Ujian tidak merosakkan sambungan kimpalan siap
Penyinaran – Dalam penyinaran bagi ketebalan yang kecil, imej sinar-X boleh dijadikan kelihatan pada satu skrin. Sebagai ganti sinar-X, sinar gamma daripada bahan radioaktif boleh digunakan. Imej sinar-X membolehkan penilaian dibuat terhadap kualiti sambungan kimpalan. Sanga atau liang yang terperangkap, serta kecacatan pada ikatan dan rekahan, boleh ditentukan dengan cara ini dan, jika perlu, dibuang.
Aliran magnetik – Medan magnet diwujudkan pada bahagian keluli yang sedang diuji dan kemudian serbuk halus yang ditaburkan akan tersusun mengikut medan tersebut. Daripada ketidakteraturan yang mungkin dalam medan magnet, retakan dapat dikesan. Prosedur ini sangat berkesan khususnya untuk mencari retakan pada permukaan, tetapi agak kurang peka terhadap kemasukan sanga dan liang, serta terhadap retakan yang berada di bahagian dalam plat yang lebih tebal.
Ujian ultrabunyi – Gelombang bunyi sangat pendek dipantulkan bukan sahaja pada permukaan sempadan, tetapi juga pada permukaan pemisah di bahagian dalam seperti contohnya pada retakan atau pengasingan.