DASAR TEKNOLOGI PENGELASAN Pengelasan adalah suatu proses dimana bahan dengan jenis sama digabungkan menjadi satu sehingga terbentuk suatu sambungan melalui ikatan kimia yang dihasilkan dari pemakaian panas dan tekanan. Salah satu proses yang paling banyak digunakan pada sambungan struktur adalah las cair (fusion welding). Las cair ini dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber panas yang digunakan menjadi 3 kelompok yaitu las gas (gas welding), las busur (arc welding) dan las sinar energi tinggi (high energy beam welding). 1. Las gas Las gas oksi asetilen (oxyacetilene gas welding/oaw) 2. Las busur Las busur tungsten gas (gas tunsten arc welding/gtaw) Las busur gas (gas metal arc welding/gmaw) Las busur elektroda terbungkus (shielded metal arc welding/smaw) Las busur rendam (submerged arc welding/saw) Las terak listrik (electroslag/esw) Las busur plasma (plasma arc welding/paw) 3. Las sinar Las sinar elektron (Electron beam welding/ebw) Energi tinggi Las sinar (laser beam welding) 1. Las Oksi Asetilen (Oxyacetilene Welding) Pada las oxyacitelene, panas yang dihasilkan dari reaksi pembakaran antara gas acetylene dengan oksigen. Nyala yang dihasilkan terdiri dari 2 daerah / zona, yaitu : 1) Daerah pembakaran primer (primary combustion) Menghasilkan panas sekitar 1/3 dari total panas pembakaran sempurna. C 2 H 2 + O 2 (silinder) = 2CO + H 2 2) Daerah pembakaran sekunder yang terjadi setelah pembakaran primer berlangsung 2CO + O 2 (atmosfer) = 2CO H 2 ++ ½ O 2 (atmosfer) H 2 O Sifat-sifat nyala : 1. Netral Jika jumlah gas C 2 H 2 dan O 2 sesuai dengan perbandingan stoichiometry. 2. Reduksi
Jika terjadi kelebihan C 2 H 2 sehingga terjadi pembakaran tak sempurna. Nyala api ini biasanya digunakan untuk pengelasan aluminium, magnesium dan untuk mencegah lepasnya karbon (decarburization) pada baja karbon tinggi. 3. Oksidasi Jika terlalu banyak oksigen terjadi pembakaran tak sempurna. Nyala ini biasanya digunakan unsur-unsur yang mudah menguap waktu pengelasan seperti zinc atau kuningan (paduan Cu-Zn) melalui pembentukan lapisan oksida. Kelebihan : Peralatan lebih sederhana, murah dan mudah dipindah (portable) sehingga banyak digunakan untuk tujuan pemeliharaan (maintenance) dan reparasi (repair). Kelemahan : Karena masukan panas (heat input) dan kecepatan pengelasan rendah sedangkan harga (q/v) tinggi maka daerah terpengaruh panas atau heat affected zone (HAZ) menjadi lebar dan terjadi perubahan dimensi (distorsi). 2. Las Busur Tungsten Gas Mulia (Gas Tungsten Arc Welding/GTAW) Proses pengelasan dimana sumber panas berasal dari loncatan busur listrik antara elektroda terbuat dari wolfman/tungsten dan logam yang dilas. Pada pengelasan ini logam W tidak ikut terumpan (non consumenable electroda). Untuk melindungi electroda dan daerah las digunakan gas mulia (argon atau helium). Mesin Las TIG Otomatis Mesin Las TIG dengan Tangan Sumber arus yang digunakan bisa AC maupun DC. Untuk sumber arus searah ada jenis 2 jenis polaritas, yaitu : 1. Polaritas lurus atau direct current straight polarity (DCSP)
Jika benda kerja dihubungkan dengan kutub positif (+) dari sumber tenaga (power supply). Elektron dari elektroda tungsten mengalir ke benda kerja dengan kecepatan tinggi dan menghasilkan panas yang tinggi pada benda kerja. Ini menyebabkan terbentuknya kolam logam cair (weld poll) yang sempit dan dalam. 2. Polaritas balik jika benda kerja disambung dengan kutub negatif (-) sumber tenaga. Panas terjadi pada elektroda tungsten sehingga diperlukan elektroda yang besar dengan pendinginan air yang baik. Polaritas balik menghasilkan kolam cair yang lebar tetapi dangkal. Metoda ini biasanya digunakan pada pengelasan untuk bahan yang cenderung mudah teroksidasi seperti A1 atau Mg. Gambar Diagram Rangkaian Listrik dari Mesin Las Listrik TIG DC (a) polaritas lurus, DC (-) (b) Polaritas balik, DC (+) 3. Arus bolak-balik (AC) Arus bolak-balik banyak digunakan pada sumber tenaga (power supply) yang modern yang mempunyai kemampuan untuk membentuk square-wave AC (arus bolak-balik gelombang persegi) dan wave balancing). Keuntungan arus bolak balik gelombang persegi adalah untuk menghindari terjadinya arus nol pada daerah transisi (+) ke (-) sehingga busur akan lebih stabil. Pergeseran kurva sinusoidal baik pada daerah (+) maupun (-) dimaksudkan untuk tujuan khusus, misalnya untuk penetrasi digunakan polaritas lurus sedangkan untuk pembersihan digunakan polaritas terbalik.
Gambar Pengaruh Polaritas pada Pengelasan TIG 3. Las Busur Logam Gas (Gas Metal Arc Welding) proses pengelasan dimana sumber panas berasal dari busur listrik antara elektroda yang sekaligys berfungsi sebagai logam yang terumpan (filler) dan logam yang dilas. Las ini disebut juga metal inert gas (MIG) welding karena menggunakan gas mulia seperti argon helium sebagai pelindung busur dan logam cair. Keuntungan : Perpindahan logam cair dari elektroda terumpan (consumenable elektrode) dapat diatur melalui kombinasi yang sesuai antara komposisi gas, jenis sumber tenaga, elektroda, arus, tegangan dan kecepatan kawat pengumpan (filler). Berbeda dengan pengelasan GTAW, pada pengelasan GMAW lebih banyak menggunakan polaritas baik (DCRP) karena akan menghasilkan busur listrik yang stabil, perpindahan logam cair yang kontinyu dan penetrasi yang baik. 4. Las Busur Electroda Terbungkus (Shielded Metal Arc Welding) Pada proses pengelasan ini panas yang dibutuhkan untuk pengelasan diperoleh dari busur listrik yang terjadi antara elektrode dan benda kerja, karena panas dari busur maka ujung elektrode dan permukaan logam induk yang dilas akan mencair dan kemudian membeku menjadi lasan. Elektroda terdiri dari kawat logam sebagai penghantar arus listrik ke busur dan sekaligus sebagai bahan pengisi (filler). Kawat ini terbungkus dengan bahan fluks. Biasanya dipakai arus listrik yang tinggi (10-500 A) dan potensial yang rendah (10-50 V). Selama pengelasan, fluks mencair dan membentuk terak (slag) yang berfungsi sebagai lapisan pelindung logam las terhadap udara sekitarnya. Fluks juga menghasilkan gas yang bisa melindungi butiran-butiran logam cair yang berasal dari ujung elektroda yang mencair dan jatuh ke tempat sambungan.
Gambar Metode pengelasan SMAW 5. Las Busur Rendam (Submerged Arc Welding/SAW) Proses pengelasan dimana busur listrik dan logam cair tertutup oleh lapisan serbuk fluks sedangkan kawat pengisi (filler) diumpankan secara kontinyu. Pengelasan ini dilakukan secara otomatis dengan arus listrik antara 500-2000 A. Keuntungan : Efisiensi perpindahan panas dari elektroda ke logam yang dilas sangat tinggi (lebih dari 90%) karena panas yang hilang dalam bentuk radiasi sangat kecil. Kelemahan : Karena fluks diumpankan dengan menggunakan gaya gravitasi maka pengelasan ini hanya digunakan pada posisi datar dan horizontal. 6. Las Terak Listrik (Electroslag Welding) Proses pengelasan dimana energi panas untuk melelehkan logam dasar (base metal) dan logam pengisi (filler) berasal dari terak yang berfungsi sebagai tahanan listrik ketika terak dialiri arus listrik. Pada awal pengelasan, fluks dipanasi oleh busur listrik yang mengenai sambungannya. Kemudian logam las terbentuk pada arah vertikal sebagai hasil dari campuran antara bagian sisi dari logam induk dengan logam pengisi cair. Proses pencampuran ini berlangsung sepanjang alur sambungan las yang dibatasi oleh plat yang didinginkan dengan air. 7. Las Sinar Energi Tinggi (High Beam Welding) Yang termasuk kelompok ini adalah :
1. Las sinar elektron (electron beam welding/ebw) 2. Las sinar laser (laser beam welding/lbw) Sumber panas pada kedua jenis las tersebut bersal dari sianr dengan intensitas yang sangat tinggi yang berasal dari energi elektromagnetik. Untuk EBW sumber panas dalam bentuk elektron dengan rapat energi sebesar (10 10 10 13 ), sedangkan pada LBW digunakan phton dengan rapat energi sebesar 5x10 6 5x10 8 watt/m 2. Pada EBW, sinar elektron berasal dari ekstradisi themionik pada filamen yang dipanaskan. Proses ini berlangsung di gun dan menghasilkan elektromagnetik (elektromagnetik coil) yang berfungsi sebagai lensa ke sambungan las. Pengelasan berlangsung pada kondisi hampa udara (vacuum). Sumber sinar energi tinggi bisa berasal dari laser padat (solid-state laser) atau laser gas (gas laser). Laser padat didapat dengan jalan memberi doping bahan kristal tunggal atau gelas dengan unsur-unsur transisi seperti Cr. Sebaliknya pada laser gas, sinar laser didapat dari campuran CO 2 dan N 2 dan He mengalami energi dari elektroda.
8. Elektrode Las Elektrode adalah logam pengisi yang berperan dalam proses pengelasan. Elektrode juga ikut menentukan kekuatan dari hasil lasan, karena itu jenis elektrode harus dipilih sesuai dengan jenis material logam induk, karena elektrode ini akan mencair dan menyatu dengan logam induk. Elektrode yang digunakan pada proses las busur listrik adalah elektrode yang terbungkus oleh fluks, dan mempunyai komposisi logam inti yang berbeda-beda. Standarisasi elektrode untuk standart AWS didasarkan pada jenis fluks, posisi pengelasan dan arus las, seperti tabel 2.1. Tabel 2.1. Spesifikasi Elektrode Terbungkus dari Baja Lunak Sumber : Wiryosumarto, 2000:59 9. Fluks Fluks merupakan bahan kedua setelah elektrode yang digunakan dalam pengelasan, dengan fungsi fluks: Pemantap busur dan penyebab kelancaran pemindahan butir-butir cairan logam.
Sumber terak atau gas yang dapat melindungi logam cair terhadap udara disekitarnya. Sumber unsur-unsur panduan.