proses pengelasan

Heat input

Dari sumber panas yang digunakan, pemanasan logam induk sampai pada suhu puncak ( mencair), mempunyai karakteristik sesuai sifat phisik logam tersebut antara lain pada suhu tertentu logam tersebut mengalami transformasi baik sebagian atau seluruhnya, tegantung kecepatan pemanasannya ( heating rate ). Sedangkan heating rate tersebut tergantung dari jenis proses pengelasan.

Contoh:

Pada proses las karbid sumber panasnya rendah, kecepatan pemanasan lambat, yang berdampak transformasi dapat terjadi secara menyeluruh. Tinggi rendahnya suhu puncak ( Peak temperature) berdampak pada penahanan logam pada struktur tertentu, sehingga dapat menyempurnakan atau mengurangi kesempatan bertransformasi. Sedangkan pada las listrik, karena heat input lebih besar dibanding las karbid, maka kecepatan pemanasannya lebih cepat, transformasi tidak sempurna. Dengan diimbangi oleh kecepatan pengelasan yang harus lebih besar, maka las listrik mempunyai daerah yang dipengaruhi panas las yang lebih sempit.

Pemanasan yang lambat juga menyebabkan perambatan panas kesegala arah, sehingga menambah jumlah energi panas yang dibutuhkan yang berarti memperlambat pencairan, yang dampaknya menambah perubahan bentuk. Jadi pada pengelasan baja dengan dengan menggunakan heat input yang lambat memungkinkan kesempatan transformasi dari ferit –pearlit menjadi austenit.

Bisa disimpulkan bahwa bila menggunakan heat input yang rendah, mengharuskan kecepatan pengelasan yang relatif pelan, maka energi panas banyak menyebar kebagian logam, sehingga semakin banyak daerah yang dipanasi, berarti lebih banyak daerah yang mengalami perubahan struktur kristal. Sebaliknya dengan heat input yang tinggi, baja mencair dengan cepat, sehingga kecepatan pengelasan lebih besar, yang berarti daerah yang dipengaruhi panas las sempit.

Lamanya sumber panas menyentuh permukaan logam, untuk mencairkan logam induk , mempengaruhi terbentuknya logam las dan dalamnya penetrasi. Bertambah lamanya sumber panas ada pada satu tempat, misalnya pada kecepatan pengelasan yang lambat, menyebabkan over heating logam induk yang menghasilkan daerah yang dipengaruhi panas lebih luas, namun penetrasinya dangkal .

Panas yang mengenai benda kerja merambat sesuai dengan pola pada gambar bawah, dimana bertambah jauh letak tempat yang diukur dari sumber panas, bertambah rendah suhunya.

DAERAH LAS

1. Weld Metal ( Logam Las )

2. Fusion Line (garis gabungan/ batas las.

3. H A Z ( Heat Afected Zone )

4. Parent Metal ( logam Induk )

· Weld Metal ( Weld Deposit)

Logam las (weld metal) merupakanbagiaan darilogam yangpada waktu pengelasan mencair kemudian membeku

- Berasal dari filler metal dan logam induk bila menggunakan consumable electrode

- Berasal dari logam induk bila menggunakan noncunsumable elctrode dan tanpa filler metal.

· Fusion Line :

Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z.

· H A Z ( Heat Affected Zone )

Daerah yang dipengaruhi panas yang dalam bahasa inggrisnya adalah Heat Affected Zone dan disingkat HAZ merupakan logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup tinggi . Sebagai contoh untuk baja pemanasan sampai diatas garis Ac₃ ( untuk baja hypoeutectoid/ baja dengan carbon < 0.8% ) atau diatas Ac₁ ( untuk baja hypereutectoid / baja dengan carbon > 0.8%

• Logam Induk

Logam induk merupakan logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat.

Daya

a. Tegangan busur Las

Tingginya tegangan busur tergantung pada panjang busur yang dikehendaki dan jenis elektroda yang digunakan. Pada elektroda yang sejenis tinggi tegangan busur yang diperlukan berbanding lurus dengan panjang busur. Pada dasarnya busur listrik yang terlalu panjang tidak dikehendaki karena stabilitasnya mudah terganggu sehingga hasil pegelasan tidak rata. Disamping itu tingginya tegangan tidak banyak mempengaruhi kecepatan pencairan, sehingga tegangan yang terlalu tinggi hanya akan membuang-buang energi saja.

Tegangan busur yang rendah akan menghasilkan penembusan yang dalam dengan manik yang sempit yang menyebabkan terbentuknya manik buah pir. Tegangan yang tinggi akan menghasilkan penembusan yang kurang dalam dan manik yang datar yang dapat menyebabkan terjadinya retak tegang seperti terlihat pada gambar. Disamping itu bila tegangan dinaikkan maka keperluan fluks juga bertambah.

Panjang busur yang dianggap baik kira-kira sama dengan garis tengah elektroda. Tegangan yang diperlukan untuk mengelas dengan elektroda bergaris tengah 3 sampai 6 mm, kira-kira antara 20 sampai 30 volt untuk posisi datar. Sedangkan untuk posisi tegak atau atas kepala biasanya dikurangi lagi dengan 2 sampai 5 volt. Kestabilan busur dapat juga didengar dari kestabilan suaranya selama pengelasan.
b. Besar arus las

Besarnya arus las yang diperlukan tergantung dari bahan dan ukuran dari bahan dan ukuran dari lasan, geometri sambungan, posisi pengelasan, macam elektroda dan diameter inti elektroda. Dalam hal daerah las mempunyai kapasitas panas yang tinggi maka dengan sendirinya diperlukan arus las yang kecil. Bila ada kemungkinan terjadi retak panas seperti pada pengelasan baja tahan karat austenit maka dengan sendirinya harus diusahakan menggunakan arus yang kecil saja. Dalam hal mengelas baja paduan, dimana daerah HAZ dapat mengeras dengan mudah, maka harus diusahakan pendinginan yang pelan dan untuk ini diperlukan arus yang besar dan mungkin masih memerlukan pemanasan kemudian.

Arus las memberikan pengaruh yang terbesar pada penembusan dan penguatan. Arus yang terlalu kecil akan menghasilkan penembusan dan penguatan yang rendah, dan bila terlalu besar akan menghasikan manik berbentuk buah pir seperti terlihat pada gambar dan akan mudah terjadi retak panas.

Kecepatan pengelasan

Kecepatan pengelasan tergantung pada jenis elektroda, diameter inti elektroda, bahan yang dilas, geometri sambungan, ketelitian sambungan dan lain-lainnya. Dalam hampir tidak ada hubungannya dengan tegangan las tetapi berbanding lurus dengan arus las. Karena itu pengelasan yang cepat memerlukan arus las yang tinggi.

Bila tegangan dan arus dibuat tetap, sedang kecepatan pengelasan dinaikkan maka jumlah deposit per satuan panjang las jadi menurun. Tetapi di samping itu sampai pada suatu kecepatan tertentu, kenaikan kecepatan akan memperbesar penembusan. Bila kecepatan pengelasan dinaikkan terus maka masukan panas per satuan panjang juga akan menjadi kecil, sehingga pendinginan akan berjalan terlalu cepat yang mungkin dapat memperkeras daerah HAZ.

Pada umumnya dalam pelaksanaan kecepatan selalu diusahakan setinggi-tingginya tetapi masih belum merusak kwalitas manik las. Pengalaman juga menunjukkan bahwa makin tinggi kecepatan makin kecil perubahan bentuk yang terjadi.

Kecepatan pengelasan yang rendah akan menyebabkan pencairan yang banyak dan pembentukan manik datar yang dapat menimbulkan terjadinya lipatan manik. Sedangkan kecepatan yang tinggi akan menurunkan lebar manik dan menyebabkan terjadinya bentuk manik yang cekung dan takik, terlihat seperti gambar dibawah ini.

Pendinginan

Lamanya pendinginan dalam suatu daerah temperatur tertentu dari suatu siklus termal las sangat mempengaruhi kwalitas sambungan. Karena itu banyak sekali usaha-usaha pendekatan untuk menentukan lamanya waktu pendinginan tersebut. Pendekatan ini biasanya dinyatakan dalam bentuk rumus empiris atau nomograf atau tabel seperti yang terlihat dalam tabel dibawah ini.

Struktur mikro dan sifat mekanik dari daerah HAZ sebagian besar tergantung pada lamanya pendinginan dari temperatur 800 ^oC samapi 500 ^oC. Sedangkan retak dingin, dimana hidrogen memegang peranan penting, terjadinya sangat tergantung oleh lamanya pendinginan dari temperatur 800 ^oC sampai 300 ^oC atau 100 ^oC

Besarnya penembusan atau penetrasi

Untuk mendapatkan kekuatan sambungan yang tinggi diperlukan penembusan atau penetrasi yang cukup. Sedangkan besarnya penembusan tergantung kepada sifat-sifat fluks, polaritas, besarnya arus, kecepaan las dan tegangan yang digunakan. Pada dasarnya makin besar arus las makin besar pula daya tembusnya. Sedangkan tegangan memberikan pengaruh yang sebaliknya yaitu makin besar tegangan makin panjang busur yang terjadi dan makin tidak terpusat, sehingga panasnya melebar dan menghasilkan penetrasi yang lebar dan dangkal. Dalam hal tegangan ada pengecualian terhadap beberapa elektroda khusus untuk penembusan dalam yang memang memerlukan tegangan tinggi. Pengaruh kecepatan seperti diterangkan sebelumnya bahwa sampai pada suatu kecepatan tertentu naiknya kecepatan akan memperdalam penembusan, tetapi melampaui kecepatan tersebut penembusan akan turun dengan naiknya kecepatan.

Pemilihan fluks dan kawat elektroda

Fluks dan kawat merupakan bahan las yang sangat menentukan dan saling mempengaruhi. Karena itu pemilihan kedua bahan ini harus dilakukan bersamaan dengan memperhatikan sifat-sifat bahan induk, kwalitas sambungan, keadaan permukaan geometri sambungan dan lain-lainnya. Pelaksanaan yang berhubungan dengan fluks adalah tinggi pelepasan fluks, dimana sangat tergantung dari jenis fluks yang digunakan. Pada dasarnya tinggi pelepasan fluks adalah sedemikian rupa sehingga gas yang terbentuk mudah berdifusi dan tidak menimbulkan busur yang terbuka.

Elektroda yang digunakan pada pengelasan jenis ini ada 3 macam yaitu : elektroda polos, elektroda fluks dan elektroda berlapis tebal. Elektroda polos adalah elektroda tanpa diberi lapisan dan penggunaan elektroda jenis ini terbatas antara lain untuk besi tempa dan baja lunak. Elektroda fluks adalah elektroda yang mempunyai lapisan tipis fluks, dimana fluks ini berguna melarutkan dan mencegah terbentuknya oksida-oksida pada saat pengelasan. Kawat las berlapis tebal paling banyak digunakan terutama pada proses pengelasan komersil.

Lapisan pada elektroda berlapis tebal mempunyai fungsi :

1. Membentuk lingkungan pelindung.
2. Membentuk terak dengan sifat-sifat tertentu untuk melindungi logam cair.
3. Memungkinkan pengelasan pada posisi diatas kepala dan tegak lurus.
4. Menstabilisasi busur.
5. Menambah unsur logam paduan pada logam induk.
6. Memurnikan logam secara metalurgi.
7. Mengurangi cipratan logam pengisi.
8. Meningkatkan efisiensi pengendapan.
9. Menghilangkan oksida dan ketidakmurnia.
10. Mempengaruhi kedalaman penetrasi busur.
11. Mempengaruhi bentuk manik.
12. Memperlambat kecepatan pendinginan sambungan las.
13. Menambah logam las yang berasal dari serbuk logam dalam lapisan pelindung.

Fungsi-fungsi yang disebutkan diatas berlaku umum yang artinya belum tentu sebuah elektroda akan mempunyai kesemua sifat tersebut. Komposisi lapisan elektroda yang digunakan bisa berasal dari bahan organik ataupun bahan anorganik ataupun campurannya.Unsur-unsur utama yang umum digunakan adalah :

1. Unsur pembentuk terak : SiO2 , MnO2 , FeO dan Al2O3 .
2. Unsur yang meningkatkan sifat busur : Na2O, CaO, MgO dan TiO2.
3. Unsur deoksidasi : grafit, aluminium dan serbuk kayu.
4. Bahan pengikat : natrium silikat, kalium silikat dan asbes.
5. Unsur paduan yang meningkatkan kekuatan sambungan las : vanadium, sirkonium, sesium, kobal, molibden, aluminium, nikel, mangan dan tungsten.

Material

Berhasil atau gagalnya pengelasan pada suatu logam tergantung pada sifat mampu las pada logam tersebut. Logam yang mempunyai sifat mampu las yang baik didalam melakukan proses pengelasan lebih mudah dan menghasilkan hasil lasan yang baik. Sebaliknya pada logam yang mempunyai sifat mampu las yang rendah prosedur pengelasannya lebih sulit dan menghasilkan hasil lasan yang kurang baik. Kenyataanya di dalam suatu konstruksi sambungan hanya beberapa logam yang biasa dilakukan pekerjaaan las karena pada logam –logam tersebut bisa mampu diupayakan untuk proses las yang menghasilkan sambungan yang baik. Logam-logam tersebut antara lain: Logam ferro seperti besi, baja serta logam-logam non ferros seperti Alumilium, magnesium, tembaga, titanium dan paduan dari logam-logam tersebut.

Besi dan Baja

Bahan logam ferros yang komersial mengan dung karbon antara 0 – 4,5% dan dibagi dalam tiga golongan yaitu:

a. Besi dengan kadar C antara 0 sam.pai 0,008%

b. Baja dengan kadar C antara 0.008 -2%

c. Besi cor dengan kandungan C antara 2 – 4.5%

1. Besi:

Besi yang mengadung unsur C dan unsur paduan yang rendah, mempunyai sifat mampu keras yang rendah.

Besi yang digunakan didalam industri ada dua jenis :

- besi tempa

- ingot

Pengelasan besi:

a. Besi tempa : logam yang sangat mudah dilas. Karena sifatnya lunak bila dilas menghasilkan penetrai yang dalam. Untuk menghindari hal tersebut didalam pengelasan menggunakan las busur elektroda terbungkus dengan arus yang rendah

b. Besi ingot : mempunyai kemurnian yang lebih tinggi , butirnya homogen, dan jarang menghasilkan gas. Sifat mampu lasnya lebih baik

2. Baja Karbon

Klasifikasi: Baja karbon adalah paduan antara besi dan karbon dengan sedikit unsur ikutan seperti: Si, Mn, P, S dan Cu.

Sifat baja karbon sangat tergantung pada besarnya kadar karbon. Semakin tinggi kandungan karbon baja semakin kuat dan keras namun keuletannya semakin menurun.

Berdasarkan besar kandungan karbon baja karbon dikelompokkan menjadi:

a. Baja karbon rendah ( C<>

b. Baja karbon menengah ( C: 0.30 -- 0,45% )

c. Baja karbon tinggi ( C: 0,45 -- 1,7% )

· Baja Karbon Rendah:

Sifat mampu las: Baja karbon rendah atau biasa disebut mild steel mempunyai sifat mampu las yang baik. Faktor-faktor yang mempengaruhi mampu las adalah kekuatan takik dan kepekaan terhadap retak las. Kekuatan takik dapat diperbaiki dengan menurunkan C dan menaikkan Mn.

Kepekaan retak las yang rendah, namun retak bisa terjadi pada pengelasan pelat tebal atau bila didalam baja terdapat unsur S bebas yang tinggi.

· Baja karbon Menengah dan baja karbon tinggi