√ Apa itu Pengelasan Ultrasonic? Perlengkapan dan Cara Kerjanya

Finoo.id – √ Apa itu Pengelasan Ultrasonic? Perlengkapan dan Cara Kerjanya. Pengelasan ultrasonic adalah teknik pengelasan yang menggunakan getaran suara berfrekuensi tinggi untuk menyatukan dua atau lebih material. Metode ini sangat efisien dan serbaguna, terutama dalam industri manufaktur plastik dan logam ringan.

Proses pengelasan ultrasonic memanfaatkan energi akustik yang dihasilkan oleh transduser untuk menciptakan gesekan pada permukaan material yang akan disambungkan, sehingga menghasilkan panas lokal yang cukup untuk menyatukan material tersebut tanpa perlu menambahkan bahan pengisi atau fluks.

Keunggulan utama dari pengelasan ultrasonic meliputi kecepatan proses yang tinggi, kekuatan sambungan yang baik, dan kemampuan untuk mengelas material yang berbeda jenis. Dalam artikel ini kami akan menjelaskan hal ini secara lengkap, simak artikel kami hingga akhir.

Apa itu Pengelasan Ultrasonic?

Pengelasan ultrasonic adalah proses pengelasan panas tidak langsung yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk menyatukan termoplastik dan bagian logam tipis. Mesin ini bekerja dengan mengubah sinyal listrik frekuensi tinggi (20-40 kHz) menjadi gelombang ultrasonik. Getaran mekanis yang dihasilkan kemudian diperkuat dan diarahkan untuk menghasilkan panas dan menyatukan kedua bagian material.

Proses pengelasan ini unik dan berbeda dari metode lain seperti pengelasan MIG dan TIG yang membutuhkan bahan pengisi. Pengelasan ultrasonic sangat cocok untuk mengelas bagian kecil dan tipis karena presisi dan akurasinya yang tinggi, jauh lebih baik dibandingkan dengan metode pengelasan langsung pada lembaran logam. Keunggulan lain dari pengelasan ultrasonic termasuk waktu penyiapan yang cepat dan hasil sambungan yang bersih, membuatnya ideal untuk digunakan dalam industri medis, elektronik, dan otomotif.

Perlengakapan Mesin Pengelasan Ultrasonic

Peralatan pengelasan ultrasonic terdiri dari mesin press, generator, konverter atau transduser, booster, sonotrode atau klakson, serta komponen pendukung perkakas.

1. Generator

Generator mengubah daya listrik dari sumber satu fasa menjadi frekuensi dan tegangan yang sesuai agar transduser dapat mengubahnya menjadi getaran mekanis. Unit mikroprosesor mengontrol siklus pengelasan dan menyajikan informasi penting tentang proses pengelasan kepada pengguna melalui antarmuka pengguna. Antarmuka ini juga memungkinkan operator untuk memasukkan parameter pengelasan yang diperlukan.

2. Mesin press

Dudukan mesin dirancang untuk menahan sistem pengelasan atau tumpukan dan menerapkan gaya yang diperlukan untuk pengelasan. Dudukan ini terdiri dari pelat dasar untuk menahan jig perkakas dan silinder pneumatik untuk menerapkan gaya.

Mesin dilengkapi dengan pengukur tekanan dan pengatur untuk menyesuaikan gaya pengelasan. Penting untuk dicatat bahwa tekanan yang diatur pada satu mesin las ultrasonik tidak selalu menghasilkan gaya pengelasan yang sama pada mesin lain meskipun tekanan pengukur diatur sama.

Gaya las harus dikalibrasi menggunakan sel beban untuk memastikan perbandingan langsung gaya las dari mesin ke mesin.

Ada juga katup kontrol aliran untuk menyesuaikan kecepatan saat kepala las mendekati komponen yang akan dilas. Beberapa produsen peralatan telah memperkenalkan sistem aplikasi gaya elektromagnetik yang menggantikan silinder pneumatik tradisional. Sistem ini memberikan kontrol yang lebih baik terhadap tingkat pendekatan, yang sangat bermanfaat saat mengelas komponen kecil atau halus.

3. Welding Stack

Ini adalah bagian dari mesin Pengelasan Ultrasonic yang menghasilkan getaran mekanis ultrasonik. Biasanya, bagian ini terdiri dari tiga unit: transduser, booster, dan sonotrode (klakson las), yang dipasang pada mesin las di titik tengah booster. Tumpukan ini berfungsi sebagai resonator yang disetel, mirip dengan garpu tala pada alat musik. Agar dapat beroperasi dengan baik, frekuensi resonansi tumpukan las yang disetel harus sesuai dengan frekuensi sinyal listrik dari generator, dengan toleransi hingga 30Hz.

4. Transduser

Transduser, juga dikenal sebagai konverter, mengubah energi listrik dari generator menjadi getaran mekanis yang digunakan dalam proses pengelasan. Transduser ini terdiri dari beberapa cakram keramik piezoelektrik yang diapit di antara dua blok logam, biasanya titanium.

Di antara setiap cakram terdapat pelat logam tipis yang berfungsi sebagai elektroda. Ketika sinyal listrik sinusoidal diterapkan ke transduser melalui elektroda, cakram tersebut mengembang dan berkontraksi, menghasilkan gerakan aksial dengan amplitudo puncak ke puncak sebesar 15 hingga 20 mikron.

Transduser adalah perangkat yang rumit dan harus ditangani dengan hati-hati. Jika salah satu elemennya rusak, transduser tidak akan berfungsi dengan baik.

5. Booster

Bagian penguat dari tumpukan las berfungsi untuk memperkuat getaran mekanis yang dihasilkan oleh transduser dan mentransfernya ke sonotrode. Selain itu, penguat ini juga menyediakan titik pemasangan untuk tumpukan pada mesin las.

Booster mengembang dan berkontraksi saat transduser menerapkan energi ultrasonik. Seperti elemen lainnya dalam tumpukan las, booster adalah perangkat yang disetel dan harus beresonansi pada frekuensi tertentu agar dapat mentransfer energi ultrasonik dari transduser ke sonotrode dengan efektif.

Untuk berfungsi dengan baik, booster harus memiliki panjang setengah gelombang ultrasonik dalam bahan pembuatnya, atau kelipatan dari panjang tersebut. Biasanya, booster dibuat dengan panjang satu setengah gelombang.

6. Tanduk las (Welding Horn)

Sonotrode adalah elemen dari tumpukan las yang menyuplai energi ke komponen yang akan dilas. Contoh desain sonotrode dapat dilihat pada Gambar 4. Desain sonotrode sangat penting untuk keberhasilan proses pengelasan. Oleh karena itu, sangat disarankan agar pembuatan sonotrode dilakukan oleh perusahaan yang berspesialisasi dalam pengelasan ultrasonik.

7. Perkakas pendukung

Akhirnya, dasar mesin press mendukung perkakas yang menopang komponen selama operasi pengelasan. Perkakas pendukung ini dirancang untuk mencegah pergerakan komponen bawah saat ultrasound diterapkan. Biasanya, perkakas ini dibuat sesuai dengan kontur permukaan komponen untuk memastikan kecocokan yang presisi.

Bagaimana Cara Kerja Pengelasan Ultrasonik

Pengelasan ultrasonik memanfaatkan gelombang suara getaran untuk memanaskan dan melelehkan material. Berikut adalah rangkuman langkah-langkah prosesnya:

1. Persiapan Bahan: Bagian-bagian plastik disusun hingga membentuk sambungan pangkuan dan diletakkan di atas tumpukan las mesin untuk pengelasan.
2. Pembangkitan Listrik Frekuensi Tinggi: Generator mesin mengubah listrik dari frekuensi rendah (50-60 Hz) menjadi frekuensi tinggi (20 – 40 kHz) yang diperlukan untuk pengelasan ultrasonik.
3. Konversi ke Ultrasonik: Transduser bertugas mengubah listrik frekuensi tinggi menjadi gelombang ultrasonik. Booster kemudian memperkuat getaran ultrasonik tersebut.
4. Pengelasan: Klakson las atau sonotrode memfokuskan getaran ultrasonik pada bagian plastik atau logam yang akan disatukan. Operator memberikan tekanan menggunakan mesin press. Setelah proses selesai, operator menarik kembali sonotrode dan melepaskan material yang telah terlas.

Melalui langkah-langkah ini, pengelasan ultrasonik mampu menghasilkan sambungan yang kuat dan presisi pada berbagai jenis material plastik dan logam.

Jenis Pengelasan Ultrasonik – Plastik & Logam

Proses pengelasan memiliki keterbatasan yang perlu diperhatikan terkait dengan jenis dan ukuran material yang kompatibel dengannya. Berikut adalah beberapa bahan umum yang cocok untuk teknik pengelasan ultrasonik:

1. Pengelasan Plastik Ultrasonik

Pengelasan ultrasonik adalah salah satu teknik pengelasan plastik yang paling umum digunakan. Proses ini sangat cocok untuk mengelas berbagai jenis termoplastik seperti polikarbonat, ABS, poliester, dan sebagainya. Namun, perlu diperhatikan sifat-sifat material seperti kelembapan dan kekerasan yang dapat memengaruhi kualitas hasil pengelasan. Selain itu, proses ini tidak sesuai untuk pengelasan polimer plastik tertentu seperti PVC dan poliamida.

2. Pengelasan Logam Ultrasonik

Teknik pengelasan logam ultrasonik kompatibel dengan beberapa jenis logam seperti aluminium, tembaga, perak, kuningan, nikel, emas, dan paduannya. Namun, penting untuk dicatat bahwa teknik ini hanya cocok untuk logam-logam tersebut dalam dimensi yang tipis dan kecil. Pengelasan logam ultrasonik lebih umum digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pengelasan detail dan presisi pada komponen logam yang halus.

Keuntungan Pengelasan Ultrasonik dan Kekuranganya

Di bawah ini terdapat beberapa keunggulan dan kelemahan pengelasan ultrasonik yang perlu diketahui:

Keuntungan Pengelasan Ultrasonik

Proses pengelasan ultrasonik menawarkan sejumlah keunggulan dibandingkan dengan proses pengelasan lembaran logam dan teknik non-pengelasan lainnya, terutama karena teknik pemanasan tidak langsungnya yang meningkatkan estetika tanpa memengaruhi fungsi. Selain itu, terdapat beberapa keuntungan khusus yang perlu dipertimbangkan:

1. Kecepatan: Dengan menggunakan suku cadang yang sesuai, getaran ultrasonik frekuensi tinggi mampu mengelas suku cadang dengan cepat. Sebagai hasilnya, teknologi pengelasan ultrasonik menjamin proses produksi yang cepat, hasil yang tinggi, dan waktu penyelesaian yang singkat.
2. Tingkat Keamanan Tinggi: Dikarenakan pemanasan secara tidak langsung, risiko operasional yang berbahaya dapat dikurangi. Panas yang dihasilkan oleh proses tersebut juga terlokalisasi dengan baik dan cepat hilang, menghindari kerusakan pada sambungan las dan lingkungan sekitar material yang akan dilas.
3. Kekalianlan: Mesin yang digunakan dalam proses pengelasan dapat dikalianlkan karena cenderung mengalami sedikit kerusakan dan kesalahan. Dengan menggunakan otomatisasi, kesalahan operasional manusia dapat dikurangi, biaya pengoperasian dapat ditekan, dan kualitas sambungan las dapat ditingkatkan.
4. Cocok untuk Bahan yang Berbeda: Proses ini cocok untuk mengelas bahan yang berbeda, sebuah atribut penting terutama dalam pengelasan plastik. Sebaliknya, proses pengelasan plastik lainnya tidak selalu cocok untuk mengelas bahan plastik yang berbeda karena tidak mampu membentuk ikatan molekul yang kuat.
5. Biaya Bahan Minimal: Proses ini tidak memerlukan bahan habis pakai, berbeda dengan beberapa proses penyambungan lainnya seperti penghubung baut, solder, dan bahan perekat lainnya. Hal ini mengurangi biaya secara keseluruhan.
6. Kualitas Bersama: Sambungan las yang dihasilkan tidak memiliki cacat seperti kilatan plastis, deformasi, atau patahan. Hasilnya, sambungan las memiliki jahitan yang berkualitas, bersih, dan tidak terlihat, meningkatkan nilai dan estetika produk secara keseluruhan.

Kekurangan Pengelasan Ultrasonik

Proses pengelasan ultrasonik, meskipun memiliki sejumlah keunggulan, juga memiliki beberapa kelemahan yang perlu dipertimbangkan. Berikut adalah beberapa di antaranya:

1. Tidak Cocok untuk Plastik Keras dan Mengandung Kelembapan: Teknik pengelasan ultrasonik memiliki keterbatasan dalam hal kesesuaian material. Misalnya, proses ini tidak cocok untuk pengelasan termoplastik dengan kadar air tinggi dan polimer plastik keras dan kuat seperti polipropilen.
2. Ukuran Bagian: Proses ini tidak cocok untuk mengelas bagian dengan sambungan yang diinginkan lebih besar dari 150 mm. Hal ini disebabkan oleh rentang transduser yang terbatas, yaitu sekitar 100-150mm. Selain itu, teknik ini juga tidak cocok untuk mengelas bahan yang sangat tebal karena memerlukan energi yang lebih besar untuk melelehkan bahan tersebut.
3. Investasi Awal yang Tinggi: Mesin las ultrasonik memiliki biaya yang tinggi, sehingga pelaku usaha yang ingin menggunakan teknik ini harus mempersiapkan investasi awal yang signifikan. Selain itu, biaya dapat meningkat dengan otomatisasi proses.
4. Membatasi Jenis Sambungan: Proses pengelasan ultrasonik hanya berlaku untuk bagian dengan sambungan pangkuan, yaitu sambungan yang dibuat dengan menumpang tindih bagian-bagian tersebut pada permukaan datar. Oleh karena itu, teknik ini bukanlah pilihan yang tepat untuk sambungan seperti sudut, pantat, tee, dan tepi yang membutuhkan pendekatan pengelasan yang berbeda.

BACA JUGA :

• √ Pengertian Welding: Klasifikasi, Contoh, Teknik dan Fungsinya
• √ Apa itu Tack Welding? Manfaat, Tujuan dan Jenisnya
• √ Apa Itu Welding Gauge? Fungsi Serta Jenis-Jenisnya
• Ukuran Kawat Las Listrik Untuk Semua Jenis Yang Paling Tepat

Penutup

Dengan demikian, telah kita jelajahi apa itu pengelasan ultrasonik, perlengkapan yang dibutuhkan, serta cara kerjanya. Teknologi ini menawarkan serangkaian keunggulan yang signifikan, seperti kecepatan, keamanan, kekalianlan, dan kemampuan untuk mengelas bahan yang berbeda.

Meskipun begitu, penting untuk diingat bahwa pengelasan ultrasonik juga memiliki beberapa keterbatasan, seperti kesesuaian material yang terbatas dan biaya awal yang tinggi.

Meskipun demikian, dengan pemahaman yang tepat tentang teknologi ini dan penerapannya yang bijaksana, pengelasan ultrasonik tetap menjadi pilihan yang menarik dan berpotensi untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas dalam berbagai industri.

Semoga artikel finoo.id ini dapat memberikan wawasan yang berguna dan membantu kalian dalam memahami lebih lanjut tentang teknologi pengelasan ultrasonik.