IV - 1 BAB IV PERUBAHAN BENTUK DALAM PENGELASAN SMAW adalah proses las busur manual dimana panas pengelasan dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda terumpan berpelindung flux dengan benda kerja. Bagian ujung elektroda, busur, cairan logam las dan daerah-daerah yang berdekatan dengan benda kerja, dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh gas pelindung yang terbentuk dari hasil pembakaran lapisan pembungkus elektroda. Perlindungan tambahan untuk cairan logam las diberikan oleh cairan flux atau slag yang terbentuk. Filler metal atau logam tambahan disuplai oleh inti kawat elektroda terumpan, atau pada elektroda-elektroda tertentu juga berasal dari serbuk besi yang dicampur dengan lapisan pembungkus elektroda. Keuntungan SMAW adalah proses las busur paling sederhana dan paling serba guna. Karena sederhana dan mudah dalam mengangkut peralatan dan perlengkapannya, membuat proses SMAW ini mempunyai aplikasi luas mulai dari refinery piping hingga pipelines, dan bahkan untuk pengelasan di bawah laut guna memperbaiki struktur anjungan lepas pantai. SMAW bisa dilakukan pada berbagai posisi atau lokasi yang bisa dijangkau dengan sebatang elektroda. Sambungan-sambungan pada daerah dimana pandangan mata terbatas masih bisa di las dengan cara membengkokkan elektroda.
IV - 2 Proses SMAW digunakan untuk mengelas berbagai macam logam ferrous dan non ferrous, termasuk baja carbon dan baja paduan rendah, stainless steel, paduanpaduan nikel, cast iron, dan beberapa paduan tembaga. Kelemahan Meskipun SMAW adalah proses pengelasan dengan daya guna tinggi, proses ini mempunyai beberapa karakteristik dimana laju pengisiannya lebih rendah dibandingkan proses pengelasan semi-otomatis atau otomatis. Panjang elektroda tetap dan pengelasan mesti dihentikan setelah sebatang elektroda terbakar habis. Puntung elektroda yang tersisa terbuang, dan waktu juga terbuang untuk mengganti ganti elektroda. Slag atau terak yang terbentuk harus dihilangkan dari lapisan las sebelum lapisan berikutnya didepositkan. Langkah-langkah ini mengurangi efisiensi pengelasan hingga sekitar 50 %. Asap dan gas yang terbentuk merupakan masalah, sehingga diperlukan ventilasi memadai pada pengelasan di dalam ruang tertutup. Pandangan mata pada kawah las agak terhalang oleh slag pelindung dan asap yang menutupi endapan logam. Dibutuhkan juru las yang sangat terampil untuk dapat menghasilkan pengelasan berkualitas radiography apabila mengelas pipa atau plat hanya dari arah satu sisi. 4.1. Perubahan Bentuk Dalam Pengelasan 4.1.1 Klasifikasi Perubahan Bentuk dan Faktor Yang Mempengaruhi Seperti telah dijelaskan sebelumnya, karena adanya pencairan, pembekuan, pengembangan termal, perpendekan dan penyusutan maka pada kontruksi las selalu
IV - 3 terjadi perubahan bentuk yang sampai rumit. Walaupun demikian secara kasar perubahan bentuk yang terjadi masih dapat dipisah pisahkan. Untuk las tumpul dan las sudut pengelompokan dari perubahan bentuk yang terjadi dapat dilihat dalam Gambar. 4.1.22.23. Faktor yang mempengaruhi terbentuknya deformasi las dapat dibagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok pertama yang erat hubungannya dengan masukan panas pengelasan dan kelompok kedua yang disebabkan oleh adanya penahan atau penghalang pada sambungan las. Faktor yang termasuk dalam kelompok pertama adalah : masukan panas pengelasan ( yang ditentukan oleh tegangan listrik, aliran listrik, kecepatan dan ukuran serta jenis electrode ), cara pengelasan, suhu pemanasan mula, tebal pelat/pipa, geometri sambungan dan jumlah lapisan dari lasan. Sedangkan yang tercakup dalam kelompok yang kedua adalah : bentuk, ukuran serta susunan dari batang batang penahan dan urutan pengelasan. Tabel 4.1.5 Cara pengurangan atau pembebasan tegangan sisa Cara penjelasan Keuntungan Kerugian Penempaan (Cara Mekanik) Peregangan (Cara Mekanik) Logam lasan dan daerah sekitarnya ditempa atau dipkul selama atau setelah pengelasan Sambungan ditarik sampai terjadi perubahan bentuk plastik Dapat digunakan pada logam ulet. Butir logam dapat menjadi halus. Sangat baik untuk bejana bentuk bola. Karena geometrinya maka tegangan yang diperlukan dapat dihitung dengan teliti. Pelaksanaannya dapat dilakukan dengan tekanan hidrostatis. Tidak dapat digunakan pada logam-logam getas. Tidak dapat digunakan pada bentuk-bentuk yang rumit.
IV - 4 Getaran (Cara Mekanik) Anil (Cara Termal) Anil suhu tinggi (Cara Termal) Pembebasan tegangan dengan suhu rendah (Cara Termal) Kepada kontrksi diberikan getaran yang dapat memberikan resonasi frekwensi rendah. Karena getaran ini akan terjadi perubahan bentuk plastic setempat. Lasan dari jenis baja ferit dipanaskan sampai 600 atau 700 0 C dan yang dari jenis austenit sampai 900 C. Setelah ditahan beberapa waktu pada suhu ini kemudian didinginkan pelanpelan. Lasan dari jenis baja konstruksi umum dipanaskan sampai 900 atau 950 0 C. Setelah ditahan beberapa lama pada suhu ini kemudian didinginkan pelanpelan. Kedua permukaan daerah lasan selebar 60 sampai 130mm dipanaskan sampai 150 atau 200 0 C, yangndiikiti dengan pendinginan dengan air. Pelaksanaannya sederhana. Keberhasilannya tinggi. Seluruh tegangan sisa dapat dibebaskan. Baik untuk kontruksikontruksi besar. Tidak dapat digunakan pada kontruksi besar dengan pelat-pelat tebal karena hasilnya tidak merata. Tidak dapat digunakan pad akontruksi besar dan sukar untuk dilaksanakan di lapangan. Diperlukan pemanasan yang merata dan harus dijaga agar tidak terjadi perubahan bentuk. Pengurangannya terhadap tegangan sisa rendah.
IV - 5 Tabel 4.1.6 Kondisi pembebasan tegangan dengan cara anil untuk baja Logam Logam Suhu anil ( 0 C) Waktu penahan suhu (jam) Baja karbon C : 0,35% atau kurang Pada umumnya Tebal : kurang dari 19 mm tidak perlu ada - pembebasan tegangan Baja karbon C : 0,35% atau kurang Tebal : 19 mm atau lebih 590-680 1 Baja karbon C : 0,35% atau kurang Pada umumnya Tebal : kurang dari 12 mm tidak perlu ada - pembebasa tegangan. Baja karbon C : 0,35% atau kurang Tebal : 12 mm atau lebih 590-680 1 Baja karbon Baja kil khusus untuk suhu rendah. 590-680 1 Baja karbon C : kurang dari 0,12% 590 680 2 molibdem (untk semua tebal pelat) C : 0,20% 0,35% 680-760 3-2 Gambar. 4.1.21 Hubungan antara suhu anil untuk pembebasan tegangan dan penurunan tegangan sisa Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita 4.1.2 Sambungan Las Dan Perubahan Bentuk (1) Penyusutan Dan Perubahan Sudut (a) Penyusutan : Besarnya penyusutan dipengaruhi oleh tebal pelat/pipa ( h )
IV - 6 kecepatan pengelasan (ν) dan besarnya arus (I). Hubungan antara penyusutan melintang dan kondisi pengelasan ditunjukan dalam Gambar.4.1.24. Penyusutan kea rah memanjang sangat kecil bila dibandingkan terhadap penyusutan melintang. Hal ini disebabkan oleh adanya perlawanan dari logam induk. (b) Perubahan sudut : Perubahan sudut disebabkan karena adanya perbedaan temperature antara permukaan yang dilas dan permukaan sebaliknya. Proses terjadinya perubahan sudut ini dapat dilihat dalam Gambar.4.1.25. Bila pelat/pipa yang dilas tipis, perubahan sudut yang terjadi juga kecil seperti yang terlihat dalam Gambar. 4.1.26. Perubahan sudut menjadi lebih besar bila pelat/pipa yang dilas makin tebal, tetapi sampai pada suatu batas ketebalan tertentu perubahan sudutnya penurun dengan makin tebalnya pelat/pipa. (a) Penyusutan (b) Penyusutan (c) Perubahan bentuk melintang memanjang punter sambungan tumpul sambungan sudut (d) Perubahan bentuk sudut Gambar. 4.1.22 Perubahan bentuk pada lasan Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita.
IV - 7 (e) Deformasi memanjang (f) Deformasi berombak Gambar. 4.1.23. Perubahan bentuk pada lasan Gambar.4.1.24. Hubungan antara penyusutan melintang dan kondisi pengelasan (batang las JIS D4301 ǿ 4mm). Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita. Hal ini disebabkan oleh penahanan yang kuat dari logam yang tebal. Hubungan antara perubahan sudut dan kondisi pengelasan ditunjukkan dalam Gambar. 4.1.27, Gambar. 4.1.28 dan Gambar. 4.1.29. Perubahan sudut akan mencapai harga tertinggi pada suatu harga I / h vh (dimana : I = arus las, h = tebal pelat/pipa, dan v = kecepatan las) di tengah tengah dari sumbu di atas. Harga tertinggi ini pada dasarnya tidak dipengaruhi oleh ukuran elektroda tetapi harga I / h vh untuk perubahan sudut tertinggi menjadi lebih besar dengan bertambah besarnya diameter elektroda.
IV - 8 (2) Perubahan Sudut Pada Sambungan Las Sudut Bentuk T Harga perubahan sudut pada sambungan las sudut bentuk T kira-kira dua kali harga perubahan sudut pada sambungan pelat/pipa seperti yang ditunjukan dalam Gambar. 4.1.30 dan Gambar. 4.1.31. Dalam hal sambungan las berlapis banyak, besarnya perubahan berbanding lurus dengan jumlah lapisan seperti terlihat dalam Gambar. 4.1.32. Bila berat logam las untuk satu satuan panjang sudah ditentukan, misalnya W gram/cm maka besarnya perubahan untuk las lapis banyak dapat dilihat dalam Gambar.4.1.33. Dalam Gambar 4.1.33. ditunjukan cara memilih metoda pengelasan yang sesuai agar perubahan yang terjadi sekecil-kecilnya. Dari gambar dapat dilihat bahwa bila tebal pelat/pipa kurang dari 10 mm, las busur listrik tangan dengan elektroda yang besar memberikan perubahan yang lebih kecil dari pada yang terjadi karena las busur rendam. Tetapi bila pelat/pipa yang dilas tebalnya lebih dari 12 mm maka hal sebaliknya terjadi. Perubahan bentuk poligonal seperti terlihat dalam Gambar. 4.1.34(a) akan terjadi pada pengelasan yang tidak berpenahan, tetapi bila ada penahan atau pembatas maka perubahan bentuk yang terjadi akan terlihat seperti dalam Gambar. 4.1.34(b). (3) Perubahan Bentuk Dalam Las Tumpul (a) Penyusutan lintang : Penyusutan pada las akar akan berkurang dengan bertambah tebalnya pelat/pipa dan akhirnya mencapai suatu harga tertentu. Tetapi penyusutan tersebut menjadi lebih besar dengan bertambah besarnya masukan panas.
IV - 9 Gambar : 4.1.25. Terjadinya perubahan sudut selama siklus termal Gambar : 4.1.26. Diagram skematik hubungan antara perubahan sudut dan tebal pelat/pipa pada kondisi las yang tetap. Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita
IV - 10 Gambar : 4.1.27. Diagram skematik hubungan antara perubahan sudut dan kondisi pengelasan Gambar: 4.1.28.Hubungan antara perubahan sudut dan kondisi pengelasan dalam batang uji manik pelat (electrode JIS D4301 4 mm) Gambar : 4.1.29. Hubungan antara perubahan sudut dan kondisi pengelasan dalam batang uji manik pada pelat (elektroda JIS D4301 6 mm) Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita.
IV - 11 Dalam hal lapis banyak dengan sendirinya las akan akan memberikan perubahan bentuk yang terbesar bila dibandingkan dengan penyusutan yang disebabkan oleh lapisan las berikutnya. Bahwa penyusutan bertambah besar dengan bertambah besarnya celah akar. Hal ini disebabkan karena logam lasnya menjadi lebih berat. Dalam Gambar.4.1.34(a) dan (b) dapat dilihat pengaruh dari jenis dan ukuran electrode terhadap penyusutan lintang dan dalam Gambar.4.1.34(c) ditunjukan pengaruh dari alur kampuh. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa kampuh V menyebabkan perubahan bentuk yang lebih besar dari pada kampuh X. Seperti dijelaskan di atas hal ini disebabkan karena pada pelat/pipa yang sama tebalnya kampuh V memerlukan bahan las yang lebih besar dari pada kampuh X. Dalam Tabel.4.1.7 dapat dilihat pengaruh dari kondisi pengelasan terhadap penyusutan lintang. Gambar. 4.1.30. Perbandingan perubahan sudut antara las sudut bentuk T dan manik pada las
IV - 12 Gambar : 4.1.31. Hubungan antara perubahan sudut dan kondisi pengelasan Gambar:4.1.32. Pengaruh jumlah lapisan terhadap simpangan pad alas sudut lapis banyak Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita (b) Perubahan sudut : Dalam las tumpul berbedaan berat bahan lasan pada permukaan las dengan permukaan sebaliknya sangat mempengaruhi besarnya perubahan sudut. Dalam Gambar.4.1.35 dapat dilihat pengaruh dari bentuk alur terhadap perubahan sudut. Dalam hal perubahan sudut, percobaan percobaan
IV - 13 menunjukan hasil yang memuaskan pada pengelasan pelat/pipa tebal antara 10 sampai 15 mm dengan alur bentuk V, pada pengelasan pelat/pipa tebal 15 sampai 30 mm dengan alur bentuk X tidak simetri dan pada pelat tebal antara 30 sampai 40 mm dengan alur bentuk X yang simetri. Gambar 4.1.33. Berubahnya perubahan sudut pad alas sudut sebagi fungsi dari tebal pelat, kondisi pengelasan dan prosedur pengelasan Gambar : 4.1.34. Deformasi karena perubahan sudut dalam dua macam kontruksi Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita
IV - 14 (a)pengaruh jenis elektroda (b)pengaruh ukuran elektroda (c)pengaruh bentuk alur Gambar : 4.1.34. Pengaruh terhadap penyusutan melintang pad alas tumpul Gambar : 4.1.35. Pengaruh bentuk alur terhadap perubahan sudut pad alas tumpul
IV - 15 Unsur Celah akar Bentuk alur Ukuran elektroda Gerakan elektroda Intensitas penahan Tabel. 4.1.7. Pengaruh kondisi las terhadap penyusutan Jenis fluka Pemukulan Pemahatan belakang lasan Pengaruh Celah akar makin besar, penyusutan juga makin besar Penyusutan pada alur V lebih besar dari pada penyusutan pada lur X Elektroda diameter lebih besar memberikan penyusutan yang lebih kecil Urutan anyaman memberikan penyusutan yang kecil Penahan dengan intensitas tinggi memberikan penyusutan yang kecil Tidak begitu berpengaruh Pemukulan mengurangi penyusutan Pemahatan sendiri tidak menimbulkan penyusutan. Tetapi bila dilakukan dengan api akan terjadi penyusutan. Pengelasan lawan akan memberikan penyusutan. Las busur rendam Penyusutan melintang sangat kecil (1/3 dari las tangan). Hal ini disebabkan karena bentuk alur I yang kira-kira juga memerlukan logam las yang hanya 1/3 dari pada pengelasan dengan tangan. Dalam Gambar.4.1.36. ditunjukkan hubungan antara W A /W dan tebal pelat/pipa dalam usaha mengurangi perubahan sudut, di mana W A adalah berat logam las pada bagian belakang dan W adalah logam las seluruhnya. Gambar:4.1.36. Hubungan antara W A- W dan tebal pelat untuk menghindari perubahan sudut Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita
IV - 16 4.1.3. Perubahan Bentuk Karena Pemotongan Dengan Gas Pemotongan dengan gas adalah suatu cara memotong logam dengan mengoksidasikan logam yang dipotong dengan menggunakan sumber panas yang terpusat. Karena peristiwa ini maka dengan sendirinya terjadi pembagian suhu yang tidak merata seperti halnya dalam proses pengelasan. Karena pembagian temperature yang tidak merata ini maka terjadi tegangan sisa dan perubahan bentuk dari logam yang dipotong seperti yang ditunjukkan dalam Gambar. 4.1.37 dan Gambar.4.1.38. Gambar: 4.1.37.Distribusi tegangan Sisa pada pemoto- Tongan dengan gas Gambar : 4.1.38.Deformasi karena pemotongan Dengan gas Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita
IV - 17 4.1.4. Penghindaran dan Pelurusan Perubahan Bentuk (1) Penghindaran Perubahan Bentuk Perubahan bentuk yang terjadi dalam pengelasan tidak hanya mengurangi ketelitian ukuran dan penampakan luarnya saja tetapi juga menurunkan kekuatannya. Bila perubahan bentuk ini terjadi, untuk meluruskannya kembali diperlukan waktu dan kerja yang cukup banyak, karena itu sedapat mungkin harus dihindari dengan menentukan prosedurnya lebih dahulu sebelum pelaksanaan pengelasannya. Hal pertama yang perlu dilakukan adalah meluruskan semua bagian bagian yang akan dilas sesuai dengan bentuk dan ukuran yang seharusnya, sebelum dilas. Sedangkan pada waktu mengelas hal hal dibawah ini dapat dilakukan agar perubahan bentuk dapat dihindari. (a) Pengurangan masukan panas dan logam las : Dengan mengurangi masukan panas lasan sampai seperlunya saja maka tidak akan terjadi suhu yang terlalu tinggi sehingga perubahan bentuk dapat dikurangi menjadi sekecil-kecilnya. Bila logam las dikurangi, maka jumlah logam yang menyusut pada waktu mendingin tidak terlalu banyak dan dengan sendirinya perubahan bentuk juga dapat dikurangi. Pengurangan bahan las dapat dilakukan dengan mengurangi panjang lasan, memilih bentuk kampuh yang sesuai, memotong pelat/pipa yang akan dilas dan merakitnya dengan terliti. (b) Menentukan urutan pengelasan yang tepat : Perubahan bentuk pada umumnya dapat dihindari dengan urutan pengelasan yang simetri. Dalam menghindari perubahan punter dan perubahan memanjang dapat digunakan urutan
IV - 18 meloncat. Dibawah ini adalah beberapa hal yang dapat dilakukan untuk menghindari perubahan bentuk selama proses pengelasan. 1. Menghindari perubahan bentuk pola las tumpul dalam proses pembuatan. Dalam hal ini ada dua hal yang dapat dilakukan yaitu pertama bagian pelat yang akan dirakit ditempatkan pada tempat perakitan dan ditahan dengan pemberat yang cukup dan yang kedua bagian alat yang akan dirakit ditahan dengan alat pemegang yang kuat seperti terlihat dalam Gambar.4.1.39. Gambar : 4.1.39. Penahanan pada pengelasan pelat tipis 2. Menghindari perubahan bentuk pada las sudut dalam proses pembuatan. Dalam hal las sudut perubahan bentuk yang terjadi biasanya adalah perubahan sudut dan perubahan memanjang. Hal ini dapat dihindari dengan memberikan perubahan bentuk yang berlawanan terhadap perubahan bentuk yang akan terjadi dalam proses pengelasan. Gambar.4.1.40 ditunjukkan pemberian perubahan bentuk elastic lawan sebelum pengelasan dan dalam Gambar.4.1.41 ditunjukkan kondisi pelaksanaannya. Di samping pemberian perubahan bentuk elastic lawan kadang-kadang perlu juga pemberian perubahan bentuk tetap atau plastic lawan pada bagian yang akan dilas.
IV - 19 Gambar : 4.1.40. Cara mengelas sambungan T dengan memberikan perubahan bentuk lawan Gambar : 4.1.41. Kondisi pengelasan sambungan T dengan menggunakan cara perubahan bentuk lawan Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita 3. Menghindari perubahan bentuk dalam pengelasan di lapangan. Penghindaran perubahan bentuk di lapangan biasanya dilakukan dengan bantuan rusuk rusuk penahan dan pasak seperti terlihat dalam Gambar.4.1.42. Dengan alat alat ini pada bagian yang akan dilas dapat
IV - 20 diberikan perubahan bentuk lawan yang diperlukan. Dalam hal pengelasan yang ukuran tipis kadang kadang diperlukan batang batang penguat sementara. Gambar : 4.1.42. Contoh usaha penghindaran perubahan bentuk las dengan rusuk penahan (2) Pelurusan Perubahan Bentuk Dasar dasar dalam usaha meluruskan perubahan bentuk dalam pengelasan adalah memanjangkan bagian yang menyusut dan menyusutkan bagian yang mengembang. Garis besar cara pelurusan ini dapat dibagi dalam dua kelompok yaitu pelurusan termal dan pelurusan mekanik. Dalam pelurusan termal hal yang dilakukan adalah pemanasan dan pendinginan sedangkan dalam pelurusan mekanik yang dilakukan adalah pengerolan, penekanan dan penempaan atau pemukulan. Garis besar dari proses ini ditunjukkan dalam diagram di bawah ini.
IV - 21 Diagram : 4.1.2. Pelurusan Dalam Gambar 4.1.43 dtunjukan cara-cara pelurusan dengan pemanasan setempat dan dalam Gambar 4.1.44 ditunjukan pelurusan dengan pemanasan garis pada garis lasan untuk meluruskan perubahan punter pada sambungan las tumpul atau las sudut. Untuk meluruskan perunahan bentuk memanjang digunakan cara pemanasan berbentuk pasak seperti yang ditunjukan dalam Gambar 4.1.45. Syarat-syarat pemanasan dan pendinginan dalam proses pelurusan ini sangat tergantung dari besar kecilnya perubahan bentuk yang terjadi, tebalnya pelat dan hal-
IV - 22 hal lainnya yang biasanya didapatkan berdasarkan pengalaman-pengalaman.dalam peurusan termal harus dihindari pemanasan yang berlebihan, karena yang berlebihan akan membuat sambungan menjadi getas. Dalam proses pelurusan termal ini kadangkadang dilaksanakan bersama dengan penempaan atau pemukulan. Pelurusan mekanik pada dasarnya adalah pelurusan dingin yang dilakukan pada temperature ruang dan dalam proses ini pelaksanaannya dilakukan dengan menggunakan alat-alat mekanik seperti : dongkrak, palu, rol dan lain sebagainya. Cara pelurusan ini dapat lebih efektif bila pelaksanaannya dilakukan bersamaan dengan pemanasan dan biasanya disebut pelurusan dengan pemanasan dan penekanan. Gambar : 4.1.43. Pelurusan termal dengan pemanasan setempat. Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita
IV - 23 Gambar : 4.1.44. Pelurusan termal dengan pemanasan garis Gambar : 4.1.45. Pelurusan termal pada perubahan bentuk memanjang Prof. Dr.Toshie Okumura; PT. Pradnya Paramita