II - 1 BAB II PENGELASAN SECARA UMUM 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Pengelasan Ditinjau dari aspek metalurgi proses pengelasan dapat dikelompokkan menjadi dua, pertama las cair (fussion welding) yaitu pengelasan yang melibatkan proses pencairan terhadap logam yang dilas, kedua las padat (solid welding) yaitu proses pengelasan yang dilaksanakan dalam keadaan padat. Pembahasan ini sesuai dengan definisi pengelasan bahwa proses penyambungan logam dengan ikatan metalurgi dilaksanakan pada waktu logam dalam keadaan cair, sehingga memungkinkan terjadinya ikatan metalurgi pada logam yang dilas, yaitu interaksi atom-atom pada saat logam mencair membentuk ikatan kovalen, ikatan ion dan ikatan atom lainnya. Pemanasan logam sampai mencair diikuti dengan perubahan struktur mikro logam akan merubah sifat fisik dan mekanik logam las tersebut, terjadi siklus panas yaitu proses pemanasan dan pendinginan pada daerah lasan yang berpengaruh terhadap perubahan struktur mikro serta akibatnya terhadap kekuatan sambungan las. Proses pengelasan merupakan proses yang bergerak dan keseimbangan panasnya tidak pernah mencapai keadaan tetap, namun distribusi panas sesaat dapat ditentukan, untuk logam-logam yang mempunyai konduktivitas panas yang tinggi seperti AI dan Za distribusi panasnya mempunyai bentuk lebih bulat karena kecepatan mendistribusikan panas tinggi, untuk material yang berdaya hantar panas rendah seperti logam fero distribusi panasnya lebih menyerupai bentuk lonjong.
II - 2 Distribusi panas tadi dapat diukur hubungan antara temperature tertinggi yang pernah dialami logam lasan dengan jarak distribusi panasnya, untuk memberikan dasar perhitungan sejauh mana panas berpengaruh terhadap struktur mikro logam induk. 2.1.2 Klasifikasi Cara Pengelasan Sampai pada waktu ini banyak sekali cara cara pengklasifikasian yang digunakan dalam bidang las, ini disebabkan karena tidak adanya kesepakatan dalam hal tersebut, dalam hal ini penulis menggunakan pengklasifikasian berdasarkan pada cara kerja berdasarkan pengklasifikasian ini maka pengelasan dapat dibagi menjadi tiga yaitu : 1. pengelasan cair yaitu cara pengelasan dimana sambungan dipanaskan sampai mencair dengan sumber panas baik dari busur listrik atau semburan api gas yang terbakar. 2. pengelasan tekan yaitu cara pengelasan dimana sambungan dipanaskan dan kemudian ditekan hingga menjadi satu. 3. pematrian adalah cara pengelasan dimana sambungan diikat dengan menggunakan paduan logam yang mempunyai titik lebur rendah dan logam induk tidak ikut mencair. Berikut ini adalah tabel klasifikasi pengelasan :
II - 3 Las MIG Las busur gas Las busur CO2 Elektroda Terumpan Las busur gas Dan fluks Las busur co2 dengan elektroda berisi fluks las elektroda terbungkus las busur fluks las busur dengan elektroda berisi fluks las busur rendam Las Busur las busur logam tanpa pelindung Elektroda tak terumpan las LTG atau las wolfram gas Las gas Pengela san cair Las listik tegak Las listrik gas Cara pengelasan Las termit Las sinar elektron Las busur plasma las resistasi listrik las tekan gas las tempa las titik las tumpang las busur tekan las busur tekan Pengela san tekan las gesek las ledakan las induksi las ultrasonik pema train pembrasingan penyolderan Diagram 2.1.1 Klasifikasi Cara Pengelasan Sumber : In House Training, Farid Moch Zamil. Pasuruan Jawa Timur. 1999
II - 4 2.1.3 Las Busur Listrik Elektroda Terbungkus SMAW (shielded metal arc welding) atau las busur nyala listrik terlindung adalah pengelasan dengan busur nyala listrik sebagai sumber panas pencair logam, jenis las ini yang paling lazim dipakai dimana-mana untuk hampir semua keperluan pengelasan, untuk keselematan kerja, maka tegangan yang dipakai hanya 23-45 volt saja, sedang untuk pencairan pengelasan dipakai arus listrik hingga 500 amper, secara umum berkisar antara 80-200 amper, untuk mencegah oksidasi (reaksi dengan zat asam 0²). Bahan penambah las (electrode) dilindungi dengan zat selapis pelindung (fluk atau slag) yang sewaktu-waktu pengelasan ikut mencair. Tetapi berhubung berat jenis lebih ringan dari bahan metal yang dicairkan, maka cairan fluk tersebut mengapung diatas cairan metal tersebut, sekaligus mengisolasi metal tersebut untuk beroksidasi dengan udara luar dan sewaktu mendingan atau membeku, fluk tersebut juga ikut membeku dan tetap melindungi metal dari reaksi oksidasi. Oksidasi perlu dicegah karena oksida metal merupakan senyawa yang tidak mempunyai kekuatan mekanis. Gambar. 2.1.2 Las electrode terbungkus Sumber : In House Training, Farid Moch Zamil. Pasuruan Jawa Timur. 1999
II - 5 Kelebihan Las SMAW antara lain : - Tidak memerlukan biaya yang terlalu tinggi disbanding las busur listrik lain nya - Dapat dilakukan di dalam atau di luar gedung - Digunakan untuk menyambung komponen komponen dari struktur yang rumit sesuai dengan posisi dan tempat tempat yang sulit. Disamping kelebihan kelebihan diatas, SMAW juga memiliki keterbatasan yang paling mencolok diantaranya adalah rendahnya laju pengendapan logam las lasan (metal deposition rate) dan efisiensi pengendapan. Hal ini disebabkan karena panjang electrode yang digunakan terbatas, (kurang dari 18 inchi). Sehingga proses pengelasan harus dihentikan setiap electrode habis. Keterbatasan lain yang perlu diperhatikan juga ialah kemungkinan masuknya uap air udara kedalam fluk. Hal ini menyebabkan timbulnya cacat las seperti porositas dan hydrogen embritlement. Untuk menghilangkan kadar uap air dalam fluk, dapat dilakukan pemanasan (drying) terhadap electrode sebelum digunakan dengan jalan memanaskan beberapa menit temperature tertentu. Gambar. 2.1.3 Mesin Las Listrik AC Sumber : In House Training, Farid Moch Zamil. Pasuruan Jawa Timur. 1999
II - 6 2.1.4 Electroda Electroda yang terbungkus merupakan sumber logam yang terdiri dari sumber electroda dan pembungkus electroda (fluks). Sumber dari electroda merupakan logam pengisi yang meleleh didalam lengkung listrik bersama sama dengan logam dasar dan kemudian membeku bersama. Pembungkusan electroda mengurai didalam lengkung listrik dan menghasilkan perisai gas dan juga suatu lapisan padat, yang kedua duanya melindungi las yang sedang terbentuk terhadap pengaruh yang merusak dari udara sekelilingnya. Berdasarkan pembalutnya electroda dibedakan menurut : 1. Electroda tanpa pembungkus atau polos. 2. Electroda terbungkus fluks yang tipis 3. Electroda terbungkus fluks yang tebal Dinegara negara industri, electroda las terbungkus sudah banyak yang disederhanakan berdasarkan penggunaannya. Electroda las terbungkus untuk baja kekuatan sedang telah distandarkan berdasarkan industri Jepang (JIS), ASTM dan AWS. Beberapa electroda untuk baja lunak yang distandarkan menurut JIS dapat dilihat dalam table 2.1 dan 2.2. Standarisasi electroda baik dalam JIS maupun dalam ASTM didasarkan ada jenis fluks, posisi pengelasan dan arus las. Walaupun dalam pemberian symbol agak berbeda antara kedua system standar tersebut, tetapi pada dasarnya sama. Sebagai contoh, misal hurup D dalam JIS (table 2.1) dalam hurup E dalam ASTM (table 2.2), keduanya berarti bahwa electroda yang dimaksud adalah electroda terbungkus. Dua
II - 7 angka pertama baik dalam JIS maupun dalam ASTM menunjukan kekuatan terendah dari logam las, hanya saja dalam JIS satuan adalah (kg/mm²) sedangkan ASTM satuannya adalah (Psi). Dua angka terakhir dalam kedua system standar tersebut menunjukan jenis fluks dan posisi pengelasan. 2.1.5 Metalurgi Las Pengelasan adalah proses penyambungan antara dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas, karena mengalami proses pemanasan maka dalam sudut pandang metalurgi, logam di sekitar daerah lasan akan mengalami siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan tegangan thermal, perubahan metalurgi ini erat hubungannya dengan ketangguhan, cacat las, retak las dan lainnya yang pada umumnya akan mempengaruhi terhadap keamanan dari bahan serta konstruksi yang dilas. 2.1.6 Siklus Thermal Daerah Lasan Daerah lasan terdiri dari 3 bagian, yaitu : 1. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu proses pengelasan mencair dan akhirnya membeku. Struktur mikro yang terbentuk digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu, suhu dan transformasi ( continous cooling transformation ), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini :
II - 8 Gambar 2.1.4 Diagram CCT dan hubungan antara Waktu Pengelasan Kekerasan dan struktur Sumber : In House Training, Farid Moch Zamil. Pasuruan Jawa Timur. 1999
II - 9 2. Daerah pengaruh panas atau daerah HAZ ( Heat Affected Zone ) adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang pada waktu proses pengelasan mengalami siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat. 3. Logam induk yang tak terpengaruhi adalah bagian logam dasar yang struktur dan sifatnya tidak mengalami perubahan pada waktu proses pengelasan. Disamping pembagian ketiga bagian utama tersebut masih ada daerah khusus yang membatasi antara logam las dan daerah pengaruh panas, yang disebut batas las. Proses pemanasan dan pendinginan di daerah lasan disebut sebagai siklus thermal las. Pada perubahan metalurgi yang paling penting dalam pengelasan adalah perubahan struktur mikro yang akan berpengaruh terhadap sifat sifat mekanis, pada umumnya perubahan struktur mikro yang terjadi sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia logam induk dan proses pengerjaan sebelumnya. Secara garis besar hubungan antara struktur mikro, sifat mekanis dan mutu sambungan las ditunjukan dalam gambar berikut ini ; Struktur Mikro Sifat Mekanis Mutu Sambungan Komposisi Kimia Kondisi Logam / Benda Kerja Teknik / Proses Pengelasan Proses Perlakuan Panas Gambar 2.1.5 Faktor yang mempengaruhi struktur mikro, sifat mekanik dan mutu sambungan las
II - 10 2.1.7 Pengelasan Baja Karbon Baja karbon secara teknik dapat dilas dengan semua cara pengelasan yang ada di dalam praktek dan hasilnya akan baik bila persiapannya sempurna dan persyaratannya dipenuhi. Pada prinsipnya baja karbon adalah baja yang mudah dilas. 2.1.7.1.Pengelasan Baja Karbon Rendah Baja dengan kandungannya karbon rendah merupakan jenis baja yang mudah dilas, tetapi dengan syarat kuat arus pada saat pengelasan harus rendah, kandungan karbon yang rendah dan juga kadar mangan yang rendah cenderung menghasilkan keropos dalam pengelasan namun keadaan ini dapat dihindari dengan mengendalikan kecepatan pengelasan yang tinggi masih dapat dilakukan. Baja karbon rendah mempunyai mampu las yang baik, dengan persiapan sempurna dan pemenuhan syarat untuk pengelasan yang tepat maka kemungkinan terjadinya cacat las dapat dihindari 2.1.7.2.Pengelasan Baja Karbon Sedang dan Karbon Tinggi Baja karbon sedang dan karbon tinggi mengandung banyak karbon dan unsure lain yang dapat memperkeras baja. Karena itu daerah pengaruh panas atau HAZ pada baja ini mudah menjadi keras dibandingkan dengan baja karbon rendah. Sifatnya yang mudah menjadi keras ditambah dengan adanya hidrgen difusi menyebabkan baja ini sangat peka terhadap retak las. Terjadinya cacat las dapat di hindari dengan pemanasan mula atau preheating dengan suhu yang sangat tergantung
II - 11 dari pada kadar karbon atau harga ekivalen karbon. Berikut ini adalah tabel pemanasan mula yang dianjurkan : Tabel 2.1.1. suhu preheating pada pengelasan baja karbon sedang dan tinggi Kadar Karbon (%) Suhu Pemanasan mula ( 0 C ) 0,20 ( Maks) 90 ( Maks ) 0,20 0,30 90 150 0,30 0,40 150 260 0,45 0,80 260-420