Pengelasan

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Telp : 031 594 7254, Fax : 031 596 4182 Email : [email protected]

Definisi Pengelasan Pengelasan (welding) adalah proses penggabungan material dengan pemanasan hingga suhu pengelasan, dengan bantuan tekanan dan penggunaan “filler metal”. Sejarah Pengelasan 1750-1850 : joining material dengan pengelasan tempa atau pengelasan palu. 1886 : Elihu Thomson mengembangkan teknik “Resistance Welding”. Akhir Perang Dunia 1 : penggunaan “fusion welding” mulai dikembangkan di Amerika & Eropa untuk reparasi kapal, khususnya kapal perang. Pengelasan dinilai dari dua aspek, yaitu Kualifikasi dan Sertifikasi. 1. Kualifikasi, yaitu kemampuan seorang welder untuk melakukan pekerjaan sesuai standar yang dibutuhkan. 2. Sertifikasi, yaitu pernyataan tertulis yang membuktikan bahwa seorang welder telah memenuhi standar yang ditentukan. Pada pengelasan, terjadi perpindahan electron pada electrode / kawat las. Hambatan yang muncul pada aliran electron menimbulkan panas, electron mengalir melalui media udara menghasilkan busur. Suhu busur las mencapai lebih dari 6000° C. Semakin pendek busur, semakin rendah suhu yang dihasilkan. Pada pengelasan yang menggunakan listrik, timbul hambatan. Semakin besar hambatan, semakin besar pula panas yang dihasilkan. Tekanan listrik dikontrol oleh Voltage, sedangkan besarnya busur dikontrol oleh Amperage. Dua elemen tersebut mengontrol besarnya tenaga busur, atau disebut Wattage. Arus listrik pengelasan dibagi 3 jenis: 1. Alternating-Current (AC)

2. 3.

Direct-Current Electrode Negative (DCEN) atau Direct-Current Straight Polarity (DCSP) Direct-Current Electrode Positive (DCEP) atau Direct-Current Reverse Polarity (DCRP)

Cornelius Tony Suteja (4110100053)

RESUME TEKNOLOGI LAS | 1


Base Metal Elektrode Aplikasi

AC

DCEN / DCSP

DCEP / DCRP

50%

70%

30%

50% Normal Penetration (panas merata pada benda kerja dan elektrode)

30% Deep Penetration

70% Shallow Penetration

Tegangan listrik pengelasan dibagi 3 jenis: 1. Constant Voltage (CV) : tegangan busur konstan walapun arus dinaikkan / diturunkan. 2. Rising Arc Voltage (RAV) : kenaikan tegangan busur sebanding dengan kenaikan arus. 3. Constant Current (CC) : total daya pengelasan tetap sama. Penurunan tegangan busur sebanding kenaikan arus. Open Circuit Voltage merupakan tegangan electrode sesaat sebelum busur dihentakkan. Berkisar antara 50-80 Volt. Semakin tinggi tegangan, semakin mudah pula busur dihasilkan, namun tegangan yang tinggi mengakibatkan kejutan listrik yang tidak diinginkan. Closed Circuit Voltage merupakan tegangan busur selama pengelasan. Berkisar antara 17-40 Volt. Tegangan tersebut dipengaruhi oleh panjang busur, jenis electrode, jenis arus, dan polarity. Arc Blow merupakan fenomena bergesernya busur selama pengelasan, yang diakibatkan oleh garis flux yang tidak diinginkan. Garis flux tersebut muncul oleh aktivitas perpindahan electron, menciptakan sederet gaya magnetic yang melingkar sepanjang electrode.

Sumber daya listrik pengelasan diperoleh dari 3 jenis media, yaitu: Transformer, Inverter, dan Generator & Alternator.




Proses Pengelasan Proses pengelasan yang umum digunakan, antara lain : A. Oxyacetylene Welding (OAW) Metode yang biasa digunakan untuk joining, cutting, dan “brazing”. Proses yang paling sederhana, dengan peralatan yang relative murah, dan biaya operasional yang rendah. B. Shielded Metal Arc Welding (SMAW) atau Las Batang Metode yang paling umum dikenal dengan kualitas relatif tinggi, mampu beroperasi secara terusmenerus dengan keseragaman yang hampir sempurna. Berbagai jenis dan ketebalan logam dapat dilas dengan 1 mesin. Karakteristik SMAW: 1. SMAW menggunakan panas busur yang dihasilkan electrode dan benda kerja. 2. Pelindung muncul dari dekomposisi lapisan flux electrode. 3. Filler metal disuplai oleh inti electrode dan pelapis. 4. Peralatan yang dibutuhkan untuk SMAW antara lain: sumber daya listrik, kabel electrode, kabel kerja, pegangan electrode, klem kerja, dan electrode. 5. SMAW dikenal luas karena biaya operasional yang rendah, fleksibel terhadap berbagai ketebalan material dan posisi pengelasan, serta portable karena peralatan yang mudah dipindahkan. 6. SMAW dapat digunakan untuk mengelas berbagai campuran logam, termasuk besi cor, aluminium, stainless steel, dan nickel. Pengkodean Elektrode EXXYZ  X X : kekuatan minimum (tensile strength) electrode 410 – 410000kPa 60 – 60000 psi  Y : posisi pengelasan 1 – segala posisi 2 – mendatar dan horizontal 3 – mendatar (jarang digunakan)  Z : jenis arus yang digunakan 0 – dc (+) 1 – ac / dc (+) 2 – dc (-) / ac 3 – ac / dc (-) 4 – ac / dc (±) Untuk yang berakhiran 5, 6, 8 tergolong low-hydrogen. Hidrogen mengakibatkan cracking pada sebagian logam.




Lapisan electrode merupakan gas pelindung pada SMAW, lapisan tersebut membantu menghilangkan kotoran pada benda kerja berwujud slag. Selain berperan sebagai deoxidan, lapisan electrode juga meningkatkan transfer lelehan logam electrode ke benda kerja. Keuntungan SMAW: 1. Biaya operasional rendah 2. Simpel dan dapat diandalkan 3. Filler material murah 4. Ukuran filler material bervariasi 5. Peralatan yang sama untuk berbagai material 6. Mampu digunakan untuk berbagai ketebalan 7. Segala posisi pengelasan Kerugian SMAW: 1. Relatif lambat karena prosedur penggantian electrode 2. Adanya slag yang harus dibersihkan setelah pengelasan 3. Electrode low-hydrogen perlu penyimpanan khusus 4. Efisiensi rendah C. Gas Metal Arc Welding (GMAW) Metode yang sangat cepat dan ekonomis. Mampu digunakan untuk pengelasan pada pelat tebal. Kualitas pengelasan yang tinggi dan “postweld-cleanup” yang minimum. Gas pelindung pada GMAW merupakan inert gas (contohnya Argon atau Helium), dan gas aktif (contohnya CO2 atau O2), atau bahkan kombinasi keduanya. Gas pelindung (shielding gas) berfungsi menghilangkan kontaminasi udara luar dengan lelehan logam, untuk menghindari terjadinya oksidasi. Oksidasi tersebut menyebabkan munculnya slag yang terjebak, porosity, dan hasil pengelasan yang rapuh. Gas pelindung berefek pada karakteristik busur , transfer logam, penetrasi, kecepatan, kecenderungan undercutting, cleaning action, dan hasil pengelasan. GMAW menggunakan electrode kawat yang bekerja secara otomatis dan dikontrol langsung oleh “wire feeder”.




Transfer Logam pada GMAW dibagi 4 jenis: 1. Spray Transfer, dengan gas Argon + O2 Teknik dengan menembakkan ujung kawat yang menghasilkan tetesan sangat kecil (ratusan / detik) pada gap antara busur dan lelehan las. Karena tetesan tersebut bergerak secara acak dan langsung pada lelehan las, maka proses ini bersifat bebas “spatter”. Teknik ini membutuhkan gas pelindung Argon, DCEP polarity, dan arus listrik tinggi yang berada diatas nilai kritis (arus transisi). Besarnya arus listrik dipengaruhi oleh jenis dan ukuran kawat electrode. Karena tingginya kapasitas panas yang dihasilkan, proses ini cocok untuk pengelasan mendatar dan horizontal.




2. Globular Transfer, dengan gas CO2 Teknik ini membutuhkan arus listrik rendah yang mampu menghasilkan tetesan besar dan irregular. Hasil pengelasan tampak dari meningkatnya jumlah spatter dibandingkan dengan spray transfer. Karena gap antara kawat dan lelehan las yang besar, maka timbul “explosive short circuits”. Fenomena ini menyebabkan spatter terjebak pada rongga udara dalam lelehan las. Cara mencegah spatter agar tidak terjebak adalah dengan menembakkan ujung kawat tepat berada di bawah permukaan lelehan las, teknik ini dikenal sebagai “buried-arc transfer”. Buried-arc transfer juga mampu meningkatkan kecepatan pengelasan, terutama pada logam tipis. Globular transfer dilarang untuk pengelasan carbon steel ataupun stainless steel, dan tidak bisa digunakan pada logam non-ferrous. Untuk mengatasinya, digunakan gas Helium untuk mengelas campuran logam non-ferrous.

3. Short Circuiting Transfer Teknik ini membutukan arus listrik rendah dengan kontak langsung antara cairan logam electrode dan lelehan las. Tetesan yang muncul (s/d 200/detik) mampu menghubungkan gap antara busur dan lelehan las. Teknik ini cenderung untuk proses dingin dan salah dalam prosedur bisa menyebabkan “incomplete fusion”. Short circuiting transfer bisa dilakukan di segala posisi pengelasan. Teknik ini mudah digunakan dan memiliki spatter yang relative rendah. Gas yang digunakan umumnya CO2 karena gaya busurnya yang besar, sementara gas lainnya yaitu Helium. Kombinasi keduanya, yakni 25% CO2 + 75% Helium, adalah yang terbaik. Kawat electrode yang digunakan cenderung berukuran kecil, dengan kemampuan bekerja hingga ketebalan ¼ inch (6 mm). Cornelius Tony Suteja (4110100053)



4. Pulsed Arc Transfer Teknik ini membutuhkan tegangan dan arus listrik yang rendah. Pulse yang dihasilkan dikontrol oleh sumber daya listrik yang harus memiliki kemampuan “pulsing”. Teknik ini memungkinkan penggunaan ukuran kawat yang lebih besar. Input panas dan tingkat pelelehan logam dipengaruhi oleh 3 variabel: frekuensi (pulse/detik) yang menunjukkan jumlah naik/turunnya arus dalam 1 pulse, amplitude (amperage) yang menunjukkan nilai maksimum/puncak arus, dan lebar pulse yang menunjukkan lama waktu yang diijinkan pada saat amplitude tercapai.

Pengkodean Elektrode ERXXS–Y  R : rod (bundar) electrode  X X : kekuatan minimum (tensile strength) electrode  S : solid (padat) electrode  Y : komposisi kimia




Keuntungan GMAW: 1. Efektif digunakan pada logam ferrous dan non-ferrous 2. Mampu menghindari munculnya hydrogen pada pengelasan 3. Tingkat pelelehan yang tinggi dibandingkan SMAW 4. Penggunaan logam filler yang efisien dan praktis dibandingkan SMAW 5. Munculnya slag minim, sehingga cocok untuk pengelasan otomatis dan produksi massal 6. Busur dapat dilihat dengan mudah oleh welder, sehingga control lebih mudah 7. Aplikasinya sederhana dan dikenal luas Kerugian GMAW: 1. Tidak cocok untuk outdoor karena penggunaan gas pelindung 2. Peralatan lebih kompleks dibandingkan SMAW 3. Biaya operasional mahal 4. Short circuiting transfer berpeluang menyebabkan incomplete fusion 5. Radius kerja yang terbatas 6. Beberapa wire feeder tidak cocok untuk electrode yang berukuran kecil D. Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) Metode yang paling mudah digunakan di hampir semua logam, terutama aluminium, magnesium, titanium, dan stainless steel. Hasil las yang bersih dan kualitas tinggi sehingga jarang membutuhkan “postweld-finishing”. GTAW menggunakan electrode tungsten non-consumable, dengan kawat las yang ditambahkan secara manual / otomatis. Pada metode ini, pemanasan lambat dan suhu rendah, digabung dengan tingkat pendinginan yang lambat sebagai karakteristik GTAW mampu meningkatkan sifat fisik logam las dan HAZ. Karena pendinginan yang lambat, maka udara yang terbentuk masih dapat keluar dari lelehan las sebelum mengeras. Elektrode GTAW dihasilkan dari pemurnian Tungsten yang dibentuk menjadi ingot, kemudian ingot dipanaskan untuk menambah ductility, sehingga GTAW merupakan metode pengelasan yang paling ductile. Karakteristik utama Tungsten yang digunakan dalam metode ini adalah konduktivitas termalnya yang baik, sehingga memungkinkan suhu busur mencapai titik tertingginya.

Pendinginan pada busur dan electrode GTAW menggunakan collet berbentuk kerucut memanjang dengan media udara atau air. Semakin besar diameter electrode, maka kestabilan suhu busur semakin lama. Arus listrik pada GTAW mempengaruhi distribusi panas dan cleaning action.




Clean action merupakan proses pembersihan pada permukaan benda kerja akibat oksidasi dengan cara menambahkan O2 atau CO2 pada gas pelindung. CO2 lebih dipilih karena kontur baik dan busur menjadi lebih stabil. AC DCEN / DCSP DCEP / DCRP Base ½ 2/3 1/3 Metal Elektrode ½ 1/3 2/3 Shallow Normal Penetration (panas merata pada Deep Penetration + Aplikasi benda kerja dan elektrode) Penetration strong clean action

Pada DCEP, clean action terjadi ketika electron pada permukaan base metal terangakat oleh electrode, sehingga oksida terangkat. Aplikasi ini paling banyak digunakan pada pengelasan aluminium. Sedangkan AC digunakan pada mesin yang bertegangan rendah untuk membantu aliran electron. Gas pelindung pada GTAW, yaitu Argon, Helium, Hidrogen, Nitrogen, dan campuran gas-gas tersebut. Argon dan Helium merupakan gas yang tidak bisa digabung. Gas pelindung mempengaruhi jumlah panas pada busur. Backing Gas digunakan pada GTAW bilamana terjadi root Contamination. Untuk segala jenis material, gas yang digunakan adalah Argon dan Helium, sedangkan Nitrogen untuk austenitic stainless steel, tembaga dan campuran tembaga. Ksu untuk system perpipaan, gas yang digunakan adalah CO2. Keuntungan GTAW : 1. Dapat digunakan pada semua logam, bahkan yang sangat tipis. 2. Pengelasan kualitas tinggi dengan hasil visual yang sempurna. 3. Tidak ada slag yang perlu dihilangkan karena prosesnya bersih. 4. Sedikit / tidak ada spatter. 5. Busur dan lelehan las terlihat jelas oleh welder. 6. Dapat diaplikasikan pada segala posisi. 7. Cleaning action dengan DCEP dan AC. Kerugian GTAW : 1. Butuh skill welder yang mumpuni. 2. Toleransi yang rendah terhadap kontaminasi karena tidak ada flux, sehingga base dan filler metal harus benar-benar bersih Cornelius Tony Suteja (4110100053)



3. Proses pengelasan yang paling lambat. 4. Produktivitas rendah. 5. Biaya operasional tinggi. E. Flux Cored Arc Welding (FCAW) Metode yang hampir sama dengan GMAW. Perbedaan yang mendasar dari metode ini yaitu penggunaan flux pada inti filler metal, sehingga karakteristik pengelasan dapat diubah. Pada alatnya terdapat tabung yang berisi gas Argon, CO2 atau campuran keduanya. 75% Argon – 25% CO2 memberikan sifat mekanis paling sempurna. Pengelasan ini bisa dilakukan untuk semua posisi. Fungsi flux adalah sbg deoksidan, pembentuk slag, stabilisator busur, unsur tambahan, dam gas pelindung. Rutile-Based flux menghasilkan drop transfer yg baik, sedikit asap, dan slag mudah dihilangkan. Lime-Based flux menghasilkan globular transfer, lebih banyak spatter, asap, dan slag. Jenis di atas tidak perlu di-oven. Pengelasan dengan electrode roll tubular (seamless & abutted), elektrodenya terdiri dari filler metal yang dilapisi oleh flux. Flux ini nantinya akan membentuk slag yang berfungsi melindungi weld metal dari udara luar. Carbon, Kromium, dan Vanadium untuk kekerasan, creep resitance, dan korosi resitance. Aluminium, Silicon, dan Titanium untuk menghilangkan oksida/nitrit. Potassium, Sodium, dan Zirconium untuk membentuk slag. Dengan adanya slag ini coolling rate dari weld metal semakin tinggi.




Pengkodean Elektrode EXYT–Z  X : kekuatan minimum (tensile strength) electrode  Y : posisi pengelasan E X 0 - segala posisi E X 1 – horizontal dan mendatar  T : tubular wire  Z : komposisi kimia Keuntungan SAW: 1. Tingkat lelehan electrode tinggi & berkualitas 2. Penggunaan electrode efektik (hampir 100% terpakai, 75-90% adalah logam) 3. Deep penetration 4. Tidak perlu beveling s/d 13 mm (hemat 50% filler) 5. Tidak perlu pembersihan sebelum pengelasan 6. Segala posisi 7. Fleksibel untuk segala ketebalan dg 1 ukuran electrode 8. Hasil pengelasan yang halus dan seragam 9. Bisa diaplikasikan dalam/luar ruangan. Kerugian SAW: 1. Terbatas untuk logam ferrous dan logam campuran nikel 2. Peralatan mahal 3. Postweld-cleanup terhadap slag 4. Flux menimbulkan banyak asap F. Submerge Arc Welding (SAW) Metode SAW menggunakan pemanasan dengan busur antara elektroda dan benda kerja. Busur dan lelehan las tercampur dalam selimut tebal pada granular fusible flux bidang kerja. Busur dilindungi oleh flux yang berguna untuk menjaga stabilitas electrode, mengendalikan sifat kimia pada hasil akir pengelasan, serta mempengaruhi kualitas pengelasan. Karena busur tersembunyi, welder tidak perlu perlengkapan tambahan (helmet). Pengelasan dapat dilakukan secara manual Cornelius Tony Suteja (4110100053)



atau mekanis. Proses ini mampu mengurangi asap yang timbul. Oleh sebab itu, pengelasan ini termasuk bersih dan tidak membutuhkan ventilasi tambahan.

Diameter kawat las berkisar antara 1.6-6 mm. Untuk aplikasi permukaan dengan tebal tertentu, electrode lempeng tersedia hingga selebar 76 mm. Pengkodean Elektrode EXYK  X : kisaran jumlah mangan ( L, M, H – low, medium, high)  Y : carbon (1 point = 0.01% carbon)  K : terbuat dari baja silicon-killed Pengkodean Flux FXYK  X : kekuatan minimum (tensile strength) electrode  Y : A – kondisi seperti dilas, P – postweld heat treatment  K (tidak perlu impact test) : suhu terendah untuk mencapai impact strength sebesar 27 Joule (1 digit = -23 °C) Flux dibagi dalam 3 jenis berdasarkan pembuatannya, yaitu: 1. fused flux: tidak bisa dicampur, karena seperti gelas kaca yang komponen utamanya oksida. 2. bonded flux: campuran partikel halus seperi deoksida, campuran elemen dan senyawa logam yang berbentuk butiran kecil dan keras. 3. mechanically mixed fluxe: campuran fused fluxes dan bonded fluxes dengan proporsi tertentu. Cornelius Tony Suteja (4110100053)



Untuk mencegah kontaminasi, flux harus tetap kering dan bebas minyak atau hidrokarbon. Jika fluks lembab harus segera dikeringkan, tetapi jangan langsung menggunakan api. Ada 6 methode penyalaan busur, yaitu: 1. steel wool ball 2. high frequency 3. scratch 4. wire retract 5. sharp wire 6. molten flux Keuntungan SAW: 1. Tingginya tingkat dan kecepatan lelehan metal 2. Pemanfaatan kawat electrode yang efektif 3. Kemampuan deep penetration yang tinggi hingga 25 mm 4. Kualitas pengelasan tinggi 5. Mudah digunakan, terutama karena tidak ada asap 6. Dapat digunakan pada banyak logam 7. Biaya perlindungan untuk welder minimum 8. Pengelasan serbaguna dengan arus listrik hingga 2000 ampere, serta penggunaan multiple filler metal Kerugian SAW: 1. Terbatas untuk posisi horizontal dan dan datar 2. Parameter kontrol pengelasan yang ketat 3. Kebersihan permukaan kerja dan setelan mesin perlu diperhatikan 4. Flux memerlukan oven panas untuk penyimpanan 5. Dalamnya penetrasi bisa menimbulkan keretakan



Pengelasan

Recommend Documents