DASAR-DASAR PENGELASAN Pengelasan adalah proses penyambungan material dengan menggunakan energi panas sehingga menjadi satu dengan atau tanpa tekanan. Pengelasan dapat dilakukan dengan : - pemanasan tanpa tekanan, - pemanasan dengan tekanan, dan - tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam material itu sendiri). Disamping itu pengelasan dapat dilakukan : - tanpa logam pengisi, dan - dengan logam pengisi. Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam, tetapi juga sering digunakan untuk menyambung pelastik. Dalam pembahasan ini akan difokuskan pada penyambungan logam. Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, karena : - Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen; - Sambungan las dapat lebih kuat daripada logam induknya, bila digunakan logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya; - Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan material dan biaya fabrikasi. Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan pekerjaan tambahan (misalnya, penggurdian lubang) dan pengencang sambungan (misalnya, rivet dan baut); - Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan. Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan : - Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah tenaga kerja yang mahal; - Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi yang besar; - Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak dapat dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk produk yang memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan atau perawatan); - Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.
Jenis Proses Pengelasan Pengelasan dapat dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu : - pengelasan lebur (fusion welding), - pengelasan padat (solid-state welding). Pengelasan lebur Proses pengelasan lebur menggunakan panas untuk mencairkan logam induk, beberapa operasi menggunakan logam pengisi dan yang lain tanpa logam pengisi. Pengelasan lebur dapat dikelompokkan sebagai berikut : - Pengelasan busur (arc welding, AW); dalam proses pengelasan ini penyambungan dilakukan dengan memanaskan logam pengisi dan bagian sambungan dari logam induk sampai mencair dengan memakai sumber panas busur listrik, seperti ditunjukkan dalam gambar 12.1. Beberapa operasi pengelasan ini juga menggunakan tekanan selama proses; Gambar 12.1 Pengelasan lebur - Pengelasan resistansi listrik (resistance welding, RW); dalam proses pengelasan ini permukaan lembaran logam yang disambung ditekan satu sama lain dan arus yang cukup besar dialirkan melalui sambungan tersebut. Pada saat arus mengalir dalam logam, panas tertinggi timbul di daerah yang memiliki resistansi listrik terbesar, yaitu pada permukaan kontak kedua logam (fayng surfaces); - Pengelasan gas (oxyfuel gas welding, OFW); dalam pengelasan ini sumber panas diperoleh dari hasil pembakaran gas dengan oksigen sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu yang dapat mencairkan logam induk dan logam pengisi. Gas yang lazim digunakan adalah gas alam, asetilen, dan hidrogen. Dari ketiga gas ini yang paling sering dipakai adalah gas asetilen, sehingga las gas diartikan sebagai las oksi-asetilen. - Proses pengelasan lebur yang lain; terdapat beberapa jenis pengelasan lebur yang lain, untuk menghasilkan peleburan logam yang disambung, seperti misalnya : - pengelasan berkas elektron (electron beam welding), dan - pengelasan berkas laser (laser beam welding).
Pengelasan padat Dalam pengelasan padat proses penyambungan logam dihasilkan dengan : - tekanan tanpa memberikan panas dari luar, atau - tekanan dan memberikan panas dari luar. Bila digunakan panas, maka temperatur dalam proses di bawah titik lebur logam yang dilas, sehingga logam tersebut tidak mengalami peleburan dan tetap dalam keadaan padat. Dalam pengelasan ini tidak digunakan logam pengisi. Pengelasan padat dapat dikelompokkan sebagai berikut : - Pengelasan difusi (diffusion welding, DFW); dua pemukaan logam yang akan disambung disatukan, kemudian dipanaskan dengan temperatur mendekati titik lebur logam sehingga permukaan yang akan disambung menjadi plastis dan dengan memberi tekanan tertentu maka terbentuk sambungan logam; - Pengelasan gesek (friction welding, FW); penyambungan terjadi akibat panas yang ditimbulkan oleh gesekan antara dua bagian logam yang disambung. Ke dua bagian logam yang akan disambung disatukan dibawah pengaruh tekanan aksial, kemudian salah satu diputar sehingga pada permukaan kontak akan timbul panas (mendekati titik cair logam), maka setelah putaran dihentikan akan terbentuk sambungan logam. - Pengelasan ultrasonik (ultrasonic welding, UW); dilakukan dengan menggunakan tekanan tertentu antara dua bagian logam yang akan disambung, kemudian diberi getaran osilasi dengan frekuensi ultrasonik dalam arah yang sejajar dengan permukaan kontak. Gaya getar tersebut akan melepas lapisan tipis permukaan kontak sehingga dihasilkan ikatan atomik antara ke dua permukaan tersebut. Penggunaan Pengelasan Proses pengelasan secara komersial banyak digunakan dalam operasi sebagai berikut : - konstruksi (misalnya, bangunan dan jembatan), - pemipaan, tabung bertekanan, boiler, dan tangki penyimpanan, - bangunan kapal, - pesawat terbang dan pesawat luar angkasa, - automotif dan rel kereta. Catatan : operasi pengelasan memerlukan tenaga kerja yang terlatih dengan ketrampilan yang tinggi. Sambungan Las Sambungan las adalah pertemuan dua tepi atau permukaan benda yang disambung dengan proses pengelasan.
Jenis sambungan Terdapat lima jenis sambungan yang biasa digunakan untuk menyatukan dua bagian benda logam, seperti dapat dilihat dalam gambar 12.2. Gambar 12.2 Lima jenis sambungan yang biasa digunakan dalam proses pengelasan Sambungan tumpu (butt joint); kedua bagian benda yang akan disambung diletakkan pada bidang datar yang sama dan disambung pada kedua ujungnya; Sambungan sudut (corner joint); kedua bagian benda yang akan disambung membentuk sudut siku-siku dan disambung pada ujung sudut tersebut; Sambungan tumpang (lap joint); bagian benda yang akan disambung saling menumpang (overlapping) satu sama lainnya; Sambungan T (tee joint); satu bagian diletakkan tegak lurus pada bagian yang lain dan membentuk huruf T yang terbalik; Sambungan tekuk (edge joint); sisi-sisi yang ditekuk dari ke dua bagian yang akan disambung sejajar, dan sambungan dibuat pada kedua ujung bagian tekukan yang sejajar tersebut. Jenis las-an Setiap jenis sambungan yang disebutkan di atas dapat dibuat dengan pengelasan. Proses penyambungan yang lain dapat juga digunakan, tetapi pengelasan merupakan metode penyambungan yang paling universal. Berdasarkan geometrinya, las-an dapat dikelompokkan sebagai berikut : - Las-an jalur (fillet weld); digunakan untuk mengisi tepi pelat pada sambungan sudut, sambungan tumpang, dan sambungan T dalam gambar 12.3. Logam pengisi digunakan untuk menyambung sisi melintang bagian yang membentuk segitiga siku-siku;
Gambar 12.3 Beberapa bentuk las-an jalur - Las-an alur (groove welds); ujung bagian yang akan disambung dibuat alur dalam bentuk persegi, serong (bevel), V, U, dan J pada sisi tunggal atau ganda, seperti dapat dilihat dalam gambar 12.4. Logam pengisi digunakan untuk mengisi sambungan, yang biasanya dilakukan dengan pengelasan busur dan pengelasan gas; Gambar 12.4 Beberapa bentuk las-an alur - Las-an sumbat dan las-an slot (plug and slot welds); digunakan untuk menyambung pelat datar seperti dapat dilihat dalam gambar 12.5, dengan membuat satu lubang atau lebih atau slot pada bagian pelat yang diletakkan paling atas, dan kemudian mengisi lubang tersebut dengan logam pengisi sehingga kedua bagian pelat melumer menjadi satu; Gambar 12.5 (a) Las-an sumbat dan (b) las-an slot - Las-an titik dan las-an kampuh (spot and seam welds); digunakan untuk sambungan tumpang seperti dapat dilihat dalam gambar 12.6. Las-an titik adalah manik las yang kecil antara permukaan lembaran atau pelat. Las-an titik diperoleh dari hasil pengelasan resistansi listrik. Las-an kampuh hampir sama dengan las-an titik, tetapi las-an kampuh lebih kontinu dibandingkan dengan las-an titik.
Gambar 12.6 (a) Las-an titik dan (b) las-an kampuh - Las-an lekuk dan las-an rata (flange and surfacing welds); ditunjukkan dalam gambar 12.7. Las-an lekuk dibuat pada ujung dua atau lebih bagian yang akan disambung, biasanya merupakan lembaran logam atau pelat tipis, paling sedikit satu bagian ditekuk (gambar 12.7a). Las-an datar tidak digunakan untuk menyambung bagian benda, tetapi merupakan lapisan penyakang (ganjal) logam pada permukaan bagian dasar. Gambar 12.7 (a) Las-an lekuk dan (b) las-an rata Ciri-ciri Penyambungan Pengelasan Lebur Pada umumnya sambungan las diawali dengan meleburnya di daerah sekitar pengelasan. Seperti ditunjukkan dalam gambar 12.8.a, sambungan las yang di dalamnya telah ditambahkan logam pengisi terdiri dari beberapa daerah (zone) : (1) daerah lebur (fusion zone), (2) daerah antarmuka las (weld interface zone), (3) daerah pengaruh panas (heat effective zone, HAZ), (4) daerah logam dasar tanpa pengaruh panas (uneffective base metal zone).
Daerah lebur; terdiri dari campuran antara logam pengisi dengan logam dasar yang telah melebur secara keseluruhan. Daerah ini memiliki derajat homogenitas yang paling tinggi diantara daerah-daerah lainnya. Struktur yang dihasilkan pada daerah ini berbentuk butir kolumnar yang kasar seperti ditunjukkan dalam gambar 12.8.b. Gambar 12.8 Penampang melintang penyambungan pengelasan lebur Daerah antarmuka las; merupakan daerah sempit berbentuk pita (band) yang memisahkan antara daerah lebur dengan Haz. Daerah ini terdiri dari logam dasar yang melebur secara keseluruhan atau sebagian, yang segera menjadi padat kembali sebelum terjadi proses pencampuran. Haz; logam pada daerah ini mendapat pengaruh panas dengan suhu di bawah titik lebur, tetapi cukup tinggi untuk merubah mikrostruktur logam padat. Komposisi kimia pada haz sama dengan logam dasar, tetapi akibat panas yang dialami telah merubah mikrostrukturnya, sehingga sifat mekaniknya mengalami perubahan pula dan pada umumnya merupakan pengaruh yang negatif karena pada daerah ini sering terjadi kerusakan. Daerah logam dasar tanpa pengaruh panas; daerah ini tidak menagalami perubahan metalurgi, tetapi karena dikelilingi oleh Haz maka daerah ini memiliki tegangan sisa yang besar akibat adanya penyusutan dalam daerah lebur, sehingga mengurangi kekuatannya. Untuk menghilangkan tegangan sisa tersebut biasa dilakukan perlakuan panas (heat treatment) yaitu memanaskan kembali daerah las-an tersebut hingga temperatur tertentu, kemudian temperatur dipertahankan dalam beberapa waktu tertentu, selanjutnya didinginkan secara perlahan.