Welding Process [PDF]

Citation preview

TUGAS 1 MATA KULIAH TEKNOLOGI FABRIKASI DAN PENGELASAN LOGAM



WELDING PROCESS



Disusun guna memenuhi tugas Mata Kuliah Teknologi Fabrikasi Dan Pengelasan Logam



oleh: Aris Eko Wibowo, S.Pd. NIM. 16722251011



Dosen Pengampu: Dr. Mujiyono, M.T., W.Eng., IPM



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2017



BAB 1



WELDING PROCESS A. Pengertian Pengelasan



Welding adalah proses metalurgi yang kompleks yang melibatkan peleburan,



pemadatan, reaksi gas-logam, fenomena permukaan dan reaksi solid state untuk menggabungkan logam. Deutsche Industrie Normen (DIN) mendefinisikan bahwa " las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam paduan yang dilakukan dalam keadaan lumer atau cair". Maman Suratman (2001:1), mengatakan tentang pengertian mengelas yaitu salah satu cara menyambung dua bagian logam secara permanen dengan menggunakan tenaga panas. Sependapat dengan pernyataan tersebut, Sriwidartho mengatakan bahwa las adalah suatu cara untuk menyambung benda padat dengan dengan jalan mencairkannya melalui pemanasan. Dari beberapa pendapat di atas, maka dapat disimpulkan bahwa kerja las adalah menyambung dua bagian logam atau lebih dengan menggunkan energi panas. Welding adalah gabungan beberapa bagian logam dengan penggunaan panas dan atau tekanan. Persatuan bagian dibuat oleh fusi atau kristalisasi ulang di antarmuka logam. Pengelasan bisa melibatkan penggunaan bahan pengisi, atau bisa juga tanpa filler. B. Klasifikasi Welding Process Proses pengelasan, secara garis besar dibedakan menjadi 3 jenis di antaranya: Solid State Welding, Fusion Welding, Soldering and Brazing. Klasifikasi Welding Process dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.



Gambar 1.1. Klasifikasi Welding Process



BAB 2



SOLID STATE WELDING A. Resistance Welding Resistance Welding digunakan untuk menyambungkan komponen dengan menggunakan tahanan listrik. Beberapa keuntungan metode ini yaitu tidak diperlukan consumable electrode, gas pelindung, dan flux. Persamaan yang berlaku untuk metode ini yaitu :



Dimana, H = panas yang dihasilkan(W/s) I = Arus (A) R = Tahanan(Ohm) T = Waktu aliran arus (s) Resistansi ini didapatkan dari tahanan electrode, hambatan kontak antara electrode dengan benda kerja, hambatan pada bagian yang dilas, hambatan kontak benda kerja dengan sambungan. Kenaikan temperature sambungan tergantung pada panas spesifik dan konduktivitas termal. Contoh aluminum dan tembaga mempunyai konduktifitas termal yang tinggi sehingga memerlukan konsentrasi panas yang tinggi. Kekuatan sambungan metode ini tergantung pada kekerasan pada permukaan benda kerja, dan kebersihan permukaannya. Lapisan minyak, cat, lapisan oksida, dan pengotor lainnya sebaiknya dibersihkan terlebih dahulu. Pada proses ini dua benda kerja padat yang saling berlawanan arah disambungkan dengan electrode silinder. Tahanannya menghasilkan titik las. Pada titik las tersebut (weld nugget) ikatannya harus kuat. Oleh karena itu, tekanan diberikan sampai arus berhenti dan lasan menjadi padat. Diameter spot welding biasanya 6 – 10 mm. Pada permukaan spot welding tersebut mengalami sedikit indentasi kotoran hitam.



Gambar 2.1. Skema Spot Welding



Pengelasan spot/resistance welding memiliki banyak keunggulan di antaranya sebagai berikut. a. Proses yang ekonomis b. Beradaptasi dengan berbagai macam bahan termasuk baja karbon rendah, baja lapis, baja tahan karat, aluminium, nikel, titanium, dan paduan tembaga. c. Berlaku untuk berbagai ketebalan d. Sebuah proses dengan waktu siklus pendek e. Proses yang kuat f. Toleran dengan variasi fit-up B. Cold Welding



Cold welding (CW) adalah proses pengelasan solid-state yang dilakukan dengan



memberikan tekanan tinggi diantara dua permukaan benda kerja yang saling kontak (yang akan disambung). Tekanan tinggi proses CW dilakukan pada suhu ruang. Kedua permukaan benda kerja yang akan ditempelkan juga harus bersih. Ketika tekanan diberikan, tekanan tersebut mereduksi ketebalan benda kerja hingga 50%. Di samping itu, tekanan tersebut juga menyebabkan deformasi plastis lokal. Deformasi dapat meningkatkan suhu benda kerja dan menghasilkan sambungan pada permukaan kontak.



Gambar 2.2. Aplikasi Cold welding Pada cold welding, salah satu benda kerja yang akan disambung harus bersifat sangat ductile dan dapat di-hardening. Meskipun cukup salah satu saja benda kerja yang bersifat ductile, tapi pada praktiknya kedua benda kerja dengan sifat ductile lebih disukai. Logam yang dapat disambung dengan cold welding antara lain seperti aluminium lunak dan tembaga lunak. Cold welding sering digunakan untuk membuat koneksi-koneksi elektrik. C. Friction Welding



Friction welding atau las gesek adalah proses pengelasan solid-state di mana penggabungan diperoleh dari kombinasi panas akibat gesekan dan tekanan. Gesekan biasanya terjadi pada dua permukaan benda kerja yang berputar relatif satu dengan yang lain untuk meningkatkan suhu kedua permukaan benda kerja tersebut. Suhu yang dicapai biasanya berkisar antara suhu pengerjaan panas. Kedua benda kerja selanjutnya didekatkan dengan gaya yang pas untuk membentuk ikatan secara metalurgi.



Friction welding normalnya tidak menggunakan bahan tambah (filler). Pengelasan ini



juga tidak memerlukan flux. Selain itu FRW juga tidak menggunakan gas pelindung (shielding gas) serta tidak terjadi pencairan benda kerja.



Gambar 2.3. Friction Welding Proses friction welding dilakukan dengan cara: salah satu chuck beserta benda kerjanya berputar. Benda kerja ditempelkan untuk menghasilkan gesekan dan panas. Putaran dihentikan, gaya aksial diberikan supaya terjadi sambungan dan las terbentuk. Hal yang harus diperhatikan adalah panjang benda kerja akan berkurang. Karena memerlukan putaran untuk menghasilkan panas, mesin friction welding didesain mirip dengan mesin bubut. Mesin friction welding memerlukan spindle yang bertenaga untuk memutar salah satu benda kerja pada kecepatan tinggi. Mesin ini juga harus bisa menggeser benda kerja secara aksial baik pada chuck yang berputar maupun pada chuck yang tidak berputar. Friction welding biasanya digunakan untuk mengelas bermacam-macam poros dan komponen tubular. Friction welding dapat dijumpai di bidang otomotif, pesawat terbang, peralatan pertanian, dan migas.



D. Diffusion Welding



Diffusion welding (DFW) adalah proses pengelasan solid-state yang dihasilkan dari



pemberian panas dan tekanan supaya terjadi difusi serta penggabungan. Proses tersebut biasanya dilakukan dengan atmosfer yang terkontrol dan waktu yang tepat untuk membiarkan difusi serta penggabungan terjadi. Temperatur yang digunakan sebaiknya di bawah titik cair dari logam benda kerja dan deformasi plastis yang terjadi pada permukaan benda kerja sebaiknya minimal. Mekanisme penggabungan pada diffusion welding terjadi dalam bentuk padat, di mana atom berpindah dan saling menyeberang di antara dua permukaan benda kerja yang saling kontak. Pengelasan ini terkadang menggunakan lapisan bahan tambah yang diletakkan di antara dua benda kerja yang akan disambung (seperti roti isi).



Gambar 2.3. Diffusion welding Diffusion welding digunakan untuk menggabungkan logam-logam berkekuatan tinggi dan tahan api di industri pesawat terbang dan nuklir. Pada beberapa aplikasi, proses pengelasannya atau difusinya dapat berlangsung lama (lebih dari satu jam). E. Flash Welding Flash welding merupakan proses pengelasan di mana benda kerja disambung secara butt joint. Kedua permukaan benda kerja yang akan disambung didekatkan (belum sampai menempel), selanjutnya arus listrik diberikan kepada kedua benda kerja tersebut. Karena masih ada celah antara kedua benda kerja, maka terjadi hambatan pada aliran arus listrik tersebut. Aliran arus listrik yang terhambat akan meningkatkan suhu benda kerja hingga titik cair. Selanjutnya kedua permukaan benda kerja yang panas/cair tersebut ditempelkan dan ditekan bersamaan sehingga terjadi penyambungan.



Gambar 2.4. Ilustrasi Flash Welding Proses ini bernama flash welding karena pada saat terjadi pemanasan akibat hambatan arus listrik, beberapa busur (arc) terbentuk. Terbentuknya busur disebut sebagai flashing. Karena terjadi busur, terkadang flash welding juga diklasifikasikan ke dalam kelompok arc welding.



Gambar 2.5. Flash Welding Process Flash welding digunakan antara lain untuk menyambung baja strip pada proses rolling-mill, menyambung kawat pada proses drawing, dan menyambung bendabenda berbentuk pipa. Kelebihan flash welding antara lain: 1. Mampu untuk aplikasi produksi yang tinggi. 2. Proses pengelasannya cepat. 3. Proses pengerjaannya murah. Kelemahan flash welding antara lain: 1. Peralatan flash welding mahal. F.



Ultrasonic Welding



Ultrasonic welding (USW) adalah jenis pengelasan solid-state di mana dua benda kerja ditahan/dijepit bersamaan dan diberi getaran berfrekuensi ultrasonic supaya terjadi penggabungan. Gerak dari getaran melewati celah antara dua benda kerja yang dijepit secara lap joint. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya kontak dan ikatan metalurgi yang



kuat antara kedua permukaan benda kerja. Panas pada proses USW dihasilkan dari gesekan antar permukaan benda kerja dan deformasi plastis. Suhu panas tersebut berada di bawah titik cair benda kerja.



Gambar 2.6. Ultrasonic Welding (USW) Ultrasonic welding tidak memerlukan bahan tambah (filler). Flux juga tidak digunakan pada USW. Proses pengelasan ini juga tidak memerlukan gas pelindung. Proses ultrasonic welding secara khas menggunakan sambungan lap (lap joint). Frekuensi yang digunakan adalah 15 sampai 75 kHz, dengan amplitudo 0,018 sampai 0,13 mm. Ultrasonic welding secara umum digunakan untuk logam-logam lunak seperti tembaga dan aluminium. Ultrasonic welding sering digunakan untuk merakit lembaran aluminium dan pekerjaan perakitan kecil lainnya. G. Explosion Welding



Explosion welding (EXW) adalah jenis pengelasan solid-state di mana terjadi



penggabungan cepat pada dua permukaan logam yang disebabkan oleh energi ledakan bahan peledak. EXW tidak menggunakan bahan tambah (filler metal). Proses EXW tidak menggunakan panas dari luar. Pada proses ini, tidak ada difusi yang terjadi. Waktu penggabungan terlalu pendek untuk terjadi difusi. Ikatan yang terjadi pada EXW berupa ikatan secara metalurgi. Dalam banyak kasus, explosion welding juga dikombinasikan dengan sambungan mekanis yang dihasilkan dari permukaan benda kerja yang bergelombang.



Gambar 2.7. Explosion Welding Explosion welding secara umum digunakan untuk menyambung dua buah logam yang berbeda. Sebagai contoh untuk melapisi logam induk dengan logam tahan karat. Explosion welding biasanya digunakan di industri kimia dan migas.



BAB 3



FUSION WELDING A. Electrical Energy (Arc Welding) 1 Consumable Electrode a. Gas Metal Arc Welding Proses GMAW menggunakan kawat padat terus menerus untuk memberikan logam pengisi, dan menggunakan gas untuk melindungi busur dan logam las. Elektroda padat dan semua gas pelindung dipasok oleh sumber luar. Gas pelindung yang digunakan memiliki dua tujuan untuk melindungi zona busur dan lasan dari udara dan memberikan karakteristik busur yang diinginkan. Gas yang digunakan tergantung pada reaktivitas logam dan desain joint yang akan dilas. GMAW disebut juga dengan Metal Active/Inert Gas Welding (MAG/MIG).



Gamabar 3.1. Metal Active/Inert Gas Welding (MAG/MIG) b. Shielded Metal Arc Welding Proses pengelasan SMAW (Shield Metal Arc Welding) yang juga disebut Las Busur Listrik atau Stick Welding adalah proses pengelasan yang menggunakan panas untuk mencairkan material dasar atau logam induk dan elektroda (bahan pengisi). Panas tersebut dihasilkan oleh lompatan ion listrik yang terjadi antara katoda dan anoda (ujung elektroda dan permukaan plat yang akan dilas ). Panas yang dihasilkan dari lompatan ion listrik ini besarnya dapat mencapai 4000° C sampai 4500° C. Sumber tegangan yang digunakan pada pengelasan SMAW ini ada dua macam yaitu AC (Arus bolak balik) dan DC (Arus searah).



Proses terjadinya pengelasan ini karena adanya kontak antara ujung elektroda dan material dasar sehingga terjadi hubungan pendek, saat terjadi hubungan pendek tersebut tukang las (welder) harus menarik elektroda sehingga terbentuk busur listrik yaitu lompatan ion yang menimbulkan panas.



Gambar 3.2. Shield Metal Arc Welding Panas akan mencairkan elektroda dan material dasar sehingga cairan elektrode dan cairan material dasar akan menyatu membentuk logam lasan (weld metal). Untuk menghasilkan busur yang baik dan konstan tukang las harus menjaga jarak ujung elektroda dan permukaan material dasar tetap sama. Adapun jarak yang paling baik adalah sama dengan 1,5 x diameter elektroda yang dipakai.



Gambar 3.3. Aplikasi Pengelasan SMAW c.



Submerged Arc Welding



Las SAW merupakan salah satu jenis pengelasan busur listrik dimana proses pengelasan ini adalah memanaskan dan mencairkan benda kerja dan logam pengisi atau elektroda oleh busur listrik yang ada diantara logam induk dan elektroda (logam pengisi). Pengelasan SAW menggunakan fluks yang bentuknya seperti pasir untuk melindungi logam pengisi yang mencair saat proses pengelasan agar tidak terkontaminasi dari udara luar sehingga menghasilkan las - lasan yang baik. Proses pengelasan SAW tidak memerlukan tekanan. Untuk logam pengisi



atau filler metal akan dipasok terus menerus secara otomatis selama proses pengelasan berlangsung. Elektroda SAW terbuat dari bahan metal padat atau solid. Prinsip Pengelasan SAW hampir sama pada proses pengelasan SMAW, namun fluks yang ada pada SAW berbentuk seperti pasir sedangkan pada SMAW elektrodanya diselaputi oleh Flux. Selain itu SMAW merupakan pengelasan Manual, sedangkan SAW merupakan pengelasanOtomatis.



Gambar 3.4 Submerged Arc Welding



d. Flux Cored Arc Welding Pengelasan FCAW merupakan salah satu jenis las listrik yang proses kerjanya memasok filler elektroda atau kawat las secara mekanis terus menerus ke dalam busur listrik. Kawat las atau Elektroda yang digunakan untuk pengelasan FCAW terbuat dari logam tipis yang digulung cylindrical kemudian dalamnya diisi dengan flux yang sesuai dengan kegunaannya. Proses Pengelasan FCAW ini sebenarnya sama dengan pengelasan GMAW, namun membedakan adalah kawat las atau elektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks sedangkan GMAW berbentuk Solid.



Gambar 3.5. Flux Cored Arc Welding Berdasarkan metode pelindung, Pengelasan FCAW dapat dibedakan menjadi dua di antaranya: 1. Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri), yaitu merupakan proses melindungi logam las yang mencair dengan menggunakan gas dari hasil penguapan atau reaksi dari inti fluks. 2. Gas shielding FCAW (perlindungan gas) adalah perlindungan dengan dual gas, yaitu melindungi logam las yang mencair dengan menggunakan gas sendiri juga ditambah gas pelindung yang berasal dari luar sistem. Dua metode di atas sama-sama menghasilkan terak las yang berasal dari flux dalam kawat las yang berfungsi untuk melindungi logam las saat proses pembekuan. Namun, perbedaan metode di atas terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun) yang digunakan. Pengelasan FCAW berdasarkan cara pengoperasiannya dibedakan menjadi dua di antaranya: 1. Otomatik (machine otomatik) 2. Semi otomatik (semi automatic)



Sifat-sifat utama (Principal features) yand dimiliki FCAW dalam proses pengelasan : 1. FCAW mempunyai sifat metalurgy las yang bisa dikontrol dengan pemilihan fluks 2. Las FCAW mempunyai produktivitas yang tinggi, karena dapat pasokan elektroda las yang kontinu 3. Saat pembentukan manik atau rigi rigi las yang cair dapat dilindungi oleh slag yang tebal Pengelasan FCAW umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon sebagai gas pelindung. Tetapi untuk menghindari logam las terkontaminasi udara luar atau menghindari porosity maka harus dilakukan pemilihan fluks yang mengandung mempunyai sifat pengikat oxygen atau deoxydizer. Aplikasi atau Penggunaan utama Pengelasan FCAW : 1. 2. 3. 4. 5. 6. e.



Baja karbon (carbon steel) Pengerasan & pelapisan permukaan (Steel hard facing and cladding) Baja tahan karat (Stainless steel) Besi tuang (Cast Iron) Baja karbon Alloy rendah (Low alloy carbon steel) Las titik baja tipis (Sheet steel spot welding)



Electrogas Welding Electrogas welding (EGW)



adalah proses pengelasan busur yang menggunakan elektroda consumable kontinu dan menggunakan molding shoes untuk menahan cairan las. EGW secara primer digunakan untuk mengelas sambungan butt (butt joint) dalam satu kali jalan (single pass) secara vertikal. Selain tergolong dalam pengelasan busur dengan elektroda terkonsumsi, EGW juga dapat digolongkan dalam proses pengelasan dengan mesin. Hal itu karena EGW memerlukan peralatan khusus (Gambar 1) dan bersifat otomatis. Electrogas welding menggunakan kawat elektroda dengan inti flux (seperti FCAW) atau bisa juga menggunakan kawat elektroda tanpa flux namun dengan suplai gas pelindung (seperti GMAW). EGW juga menggunakan molding shoes yang mencegah cairan las lari keluar. Molding shoes berperan mirip sebagai rongga cetakan. Molding shoes dilengkapi dengan penggerak mekanis supaya dapat berpindah mengikuti pergerakan las. Di samping itu molding shoes juga dilengkapi dengan air pendingin untuk mencegah molding tersebut menempel pada las.



Gambar 3.6. Electrogas Welding f.



Electroslag Welding



Electroslag welding (ESW) secara prinsip dan aplikasi mirip dengan



electrogas welding (EGW), di mana pengelasan dilakukan secara vertikal ke atas dengan satu kali jalan (single pass). Sama halnya dengan EGW, ESW digunakan untuk mengelas sambungan butt secara otomatis dengan bantuan mesin. Perbedaan utama ESW dengan EGW yaitu proses ESW diawali dengan pembentukan busur (arc) antara ujung elektroda dan bagian bawah benda kerja yang akan dilas. Setelah busur terbentuk, flux ditambahkan dan mencair akibat panas dari busur. Setelah cairan slag mencapai ujung dari elektroda, busur tadi menjadi padam. Selanjutnya panas secara kontinu diproduksi oleh hambatan listrik dari cairan slag. Pada electroslag welding, busur hanya digunakan ketika awal pengelasan saja (setelah itu padam). Karena busur yang padam, ESW pada hakikatnya bukan merupakan proses pengelasan busur (arc welding). Gambar berikut menunjukkan electroslag welding.



Gambar 3.7. Electroslag Welding 2



Non Consumable Electrode a. Gas Tungsten Arc Welding GTAW (Gas tungsten arc welding) berasal dari Amerika sedangkan TIG (Tungsten Inert Gas) berasal dari Eropa, yang mempunyai pengertian sama



yaitu jenis las listrik yang menggunakan elektroda tidak terkonsumsi. Elektroda ini hanya digunakan untuk menghasilkan busur listrik. Bahan penambah berupa filler (rod). Untuk mencegah oksidasi digunakan gas mulia (seperti Argon, Helium, Ferron) dan karbon dioksida sebagai gas lindung. Jenis las ini dapat digunakan dengan atau tanpa bahan penambah. Fungsi Las GTAW ini biasanya digunakan untuk melakukan pengelasan Aluminium atau stainless steel yang memang banyak membutuhkan perlakuan khusus.



Gambar 3.8. Gas tungsten arc welding



Sketsa diatas menunjukkan secara lengkap pelaksanaan pengelasan GTAW. Prosesnya menggunakan gas lindung untuk mencegah terjadinya oksidasi pada bahan las yang panas. Untuk menghasilkan busur nyala yang tidak terkonsumsi terbuat dari logam tungsten atau paduannya yang bertitik lebur sangat tinggi. Busur nyala dihasilkan dari arus listrik melalui konduktor dan mengionisasi gas pelindung. Busur terjadi antara ujung elektroda tungsten dengan bahan induk. Panas yang dihasilkan busur langsung mencairkan logam induk dan juga logam las yang berupa kawat las, penggunaan kawat las tidak selalu dilaksanakan, jika hanya dipandang perlu sebagai logam penambah. Pencairan kawat las dilaksanakan di ujung kawah las sambil proses pangelasan berjalan baca juga Harga Mesin Las Listrik Argon. Kelebihan Las GTAW di antaranya: 1. 2.



3. 4. 5. 6. 7.



Hasil pengelasan tidak perlu dibersihkan karena tidak menghasilkan slag. Aliran gas menjadikan daerah disekitar cairan logam tidak mengandung udara sehingga mencegah pengotoran oleh nitrogen dan oksigen,yang dapat menyebabkan oksidasi. Hasil lasan lebih kuat karena dapat penetrasi yang dalam dan ketahanan korosi lebih tinggi. Hasil pengelasan sangat bersih. Proses pengelasan dapat diamati dengan mudah, asap yang timbul tidak banyak. Jarang terjadi deformasi karena pusat panas sangat kecil. Tidak menghasilkan spater atau percikan las sehingga lasan lebih bersih.



Kekurangan Las GTAW di antaranya: 1. 2. 3.



4.



Untuk efisiensi kecepatan las GTAW rendah. Saat proses pengelasan berlangsung dapat terjadi burnback. Cacat las porositas atau lubang-lubang kecil sering terjadi jika gas pelindung permukaan pengelasan tidak dapat melindungi secara maksimal. Dapat terjadi tungsten inclusion.



b. Atomic Hydrogen Welding Atomic-hydrogen welding (AHW) adalah jenis pengelasan busur, di mana busur dihasilkan di antara dua elektroda tungsten dengan gas pelindung hidrogen. Gas hidrogen yang digunakan normalnya adalah diatomic (H 2). Akan tetapi ketika suhu disekitar busur mencapai lebih dari 6000°C, hidrogen terbagi menjadi bentuk atomic-nya dan secara simultan menyerap panas dari busur dalam jumlah yang besar. Ketika hidrogen menabrak permukaan dingin dari benda kerja yang akan dilas, hidrogen bergabung lagi menjadi bentuk diatomic dan secara cepat mengeluarkan panas yang tersimpan. Energi pada AHW dapat dengan mudah berganti-ganti dengan cara mengubah jarak antara aliran busur dan permukaan benda kerja. Proses AHW saat ini telah terganti oleh SMAW.



Gambar 3.9. Atomic-hydrogen Welding c.



Plasma Arc Welding



Plasma Arc Welding merupakan bagian dari pengelasan busur listrik dan prosesnya serupa dengan Gas Tungsten Arc Welding (GTAW/TIG welding) yaitu menggunakan elektroda tak terkonsumsi dari tungsten untuk menghasilkan busur listrik pada benda kerja. Perbedaannya adalah pada PAW terjadi aksi konvergensi gas inert di lubang nozzle pada obor las (welding torch) sehingga menghasilkan penguatan busur listrik seperti di tampilkan pada gambar 3.11.



Gambar 3.10. Skema peralatan Plasma Arc Welding



Gambar 3.11. Skema obor las pada PAW (atas) ilustrasi (bawah) Penguatan busur listrik yang terjadi menghasilkan beberapa keuntungan yaitu energi yang terkonsentrasi dan intensitas panas lebih besar, pengelasan lebih cepat, busur listrik lebih stabil, dan hasil lasan lebih bersih. Plasma pada PAW dihasilkan dari aliran Argon yang bervolume rendah melalui bagian dalam lubang obor pada obor las plasma. Pilot busur listrik dengan frekuensi tinggi terbentuk antara elektroda tungsten dan bagian dalam nozzle sehingga mengionisasi lubang gas dan menyalakan busur listrik pada benda kerja. Konsentrasi aliran gas inert dari luar nozzle memberikan perlindungan pada proses pengelasan ini.



Gambar 3.12 Skematis perbandingan (a) GTAW dan (b) PAW Mekanisme generasi plasma arc bisa melalui dua mode, mode transfer dan non transfer. Mode generasi plasma transfer terjadi apabila benda kerja terhubung elektrik dengan obor las sehingga polaritasnya berlawanan dengan elektroda permanen mengakibatkan plasma tertarik ke benda kerja, mode transfer plasma arc ini yang biasa digunakan untuk proses pengelasan. Sedangkan mode non transfer terjadi melalui pemaksaan plasma oleh gas inert, mode ini digunakan pada proses thermal spray.



Gambar 3.13 Ilustrasi mode dari generasi plasma (a) transfer (b) non transfer Dua mode pengelasan bisa dilakukan dengan proses plasma arc welding, yaitu mode “melt-in” dan mode “key hole” seperti di tunjukkan pada gambar 5. Pada mode melt in, pemanasan benda kerja terjadi melalui pemindahan panas dari kontak plasma pada bagian dalam permukaan benda kerja. mode ini bagus untuk penggabungan material tipis (0,025 mm – 1,5 mm) dengan hasil yang baik



memakai arus rendah, atau bagian yang lebih tebal (saampai dengan 3 mm) memakai arus tinggi. Pada mode key hole, energi dengan densitas dan arus plasma yang sangat tinggi menguapkan bagian benda kerja dan menghasilkan lasan, mode ini sangat bagus untuk aplikasi pengelasan yang memerlukan deep penetrasi hingga 20 mm.



Gambar 3.14 Mode proses las (a) melt-in (b) key hole Gas yang digunakan sebagai plasma dan pelindung biasanya sama. Hal ini dilakukan untuk menghindari variasi pada plasma jet, dimana akan menjadi masalah jika gas atau campuran gas digunakan berbeda. Campuran gas Argonhidrogen umumnya digunakan sebagai plasma dan gas pelindung. Namun, hydrogen tidak bisa digunakan ketika mengelas baja karbon rendah atau logam reaktif lainnya seperti Zirkonium atau Titanium. Campuran Argon/helium/nitrogen digunakan ketika mengelas duplex stainless steel. Helium murni tidak cocok digunakan, karena menghasilkan kehilangan panas yang tinggi pada plasma sehingga mengakibatkan penurunan umur obor las. Campuran Argonhelium menghasilkan energy yang lebih besar di plasma jet pada arus yang konstan. Meskipun begitu, campuran harus mengandung sedikitnya 50% Helium. Akan tetapi, campuran dengan Helium lebih dari 75% memiliki karakteristik yang sama dengan Helium murni. Argon murni atau campuran Argonhelium sangat cocok untuk pengelasan baja karbon rendah dan logam reaktif (Titanium, Aluminium, Zirconium, dll.) dimana Hidrogen atau Nitrogen tidak bisa digunakan. 3



Other Processes a. Laser Beam Welding Laser



beam



welding



(LBW) adalah proses pengelasan di mana penggabungan diperoleh dari energi yang terkonsentrasi tinggi, sorotan cahaya sederap difokuskan pada sambungan benda kerja. Istilah laser merupakan akronim dari light amplification by stimulated emission of radiation. Laser beam welding umumnya dioperasikan dengan gas pelindung untuk mencegah oksidasi. Gas pelindung yang digunakan contohnya adalah helium, argon, nitrogen, dan karbon dioksida. Pada LBW bahan tambah atau filler biasanya tidak diberikan.



Mirip dengan electron beam welding, laser beam welding menghasilkan las berkualitas baik, memiliki penetrasi yang baik, dan menghasilkan heat-affected zone yang sempit. Selain memiliki kelebihan yang sama dengan electron beam welding, laser beam welding memiliki kelebihan lain yang tidak dimiliki oleh electron beam welding. Kelebihan laser beam welding tersebut antara lain: tidak memerlukan ruang hampa, tidak memancarkan x-ray, dan dapat difokuskan serta diarahkan dengan lensa optik dan cermin.



Gambar 3.15. Laser Beam Welding Meskipun sama-sama memiliki penetrasi yang baik, penetrasi laser beam welding kurang begitu dalam dibanding electron beam welding. Kedalaman yang dapat dicapai oleh laser beam welding sekitar 19 mm, sedangkan pada electron beam welding sekitar 50 mm b. Thermit Welding



Thermit welding (TW) adalah proses pengelasan di mana panas untuk



penggabungan dihasilkan dari logam cair yang berasal dari reaksi kimia Thermit. Thermit merupakan merk dagang dari thermite, yakni sebuah campuran serbuk aluminium dan besi oksida yang bisa menghasilkan reaksi exothermic ketika dibakar. Bahan tambah atau filler pada pengelasan ini berupa logam cair. Logam cair tersebut dituang pada sambungan yang telah dilengkapi dengan cetakan. Proses penggabungan ini lebih mirip dengan pengecoran.



Gambar 1. Thermit Welding



Thermit welding digunakan untuk menyambung rel kereta dan memperbaiki



keretakan pada baja tuang berukuran besar. c.



Electro Beam Welding



Electron beam welding adalah proses pengelasan di mana panas untuk mengelas dihasilkan dari electron berintensitas tinggi yang difokuskan dan diarahkan pada benda kerja. Electron beam gun bekerja pada tegangan tinggi untuk mengakselerasikan electron dan menggunakan arus beam yang rendah. Daya yang digunakan pada EBW tidak besar, tetapi memiliki kerapatan yang tinggi. Kerapatan tinggi tersebut diperoleh dari pemfokusan electron beam menjadi luasan sangat kecil pada permukaan benda kerja.



Gambar 1. Electron Beam Welding Pada awal pengembangannya electron beam welding dilakukan pada ruang hampa. Akan tetapi saat ini EBW telah dikembangkan untuk proses pengerjaan di ruang yang tidak hampa. Sehingga EBW dapat dibedakan menjadi:















High-vacuum welding (EBW-HV), di mana pengelasan dilakukan pada



ruang hampa dengan tingkat hampa yang sama seperti pada ruang pembangkitan beam (pengelasan dilakukan satu ruang dengan pembangkitan beam). Medium-vacuum welding (EBW-MV), di mana pengerjaan dilakukan pada ruang yang terpisah dengan ruang pembangkitan beam dan memiliki tingkat hampa yang sedang. Non-vacuum welding (EBW-NV), di mana pengelasan dilakukan pada tekanan atmosfer atau mendekati tekanan atmosfer.



Electron beam welding dapat digunakan untuk mengelas banyak logam, bahkan logam-logam keras yang susah dilas dengan arc welding. Ukuran benda kerja yang dapat dilas dengan EBW berkisar antara benda setipis kertas hingga plat yang tebal. EBW banyak diterapkan di bidang otomotif, aerospace, dan industri nuklir. Kelebihan electron beam welding antara lain:        



Kualitas las sangat baik. Las ramping. Penetrasi sangat baik. Mampu digunakan untuk mengelas benda kerja yang tebal dengan single pass. Heat affected zone (HAZ) sedikit. Distorsi panas rendah. Kecepatan pengelasan tinggi. Tidak memerlukan bahan tambah, flux, dan gas pelindung.



Kelemahan electron beam welding antara lain:  Biaya mahal.  Masalah kepresisian harus diperhatikan.  Memerlukan ruang hampa.  Bahaya x-ray. B. Chemical Energy 1 Oxy-acetylene Welding Las Oksi Asetilin adalah pengelasan yang dilaksanakan dengan pencampuran 2 jenis gas sebagai pembentuk nyala api dan sebagai sumber panas. Pengelasan OAW ini biasanya digunakan hanya untuk plat plat tipis, hal ini dikarenakan sambungan las Oxigen Acetyline ini mempunyai kekuatan yang rendah dibandingkan las busur listrik. Kelebihan yang dimiliki gas Asetilen antara lain, menghasilkan temperature nyala api lebih tinggi dari gas bahan bakar lainya, baik bila dicampur dengan udara ataupun Oksigen. Pengelasan dengan gas dilakukan dengan membakar bahan bakar gas yang dicampur dengan oksigen (O2) sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu tinggi



(3000o) yang mampu mencairkan logam induk dan logam pengisinya. Jenis bahan bakar gas yang digunakan asetilen, propan atau hidrogen, sehingga cara pengelasan ini dinamakan las oksi-asetilen atau dikenal dengan nama las karbit. Nyala asetilen diperoleh dari nyala gas campuran oksigen dan asetilen yang digunakan untuk memanaskan logam sampai mencapai titik cair logam induk. Pengelasan dapat dilakukan dengan atau tanpa logam pengisi. Prisip dari pengelasan ini tidak terlalu rumit. Hanya dengan mengatur besarnya gas asetilen dan oksigen, kemudian ujungnya didekatkan dengan nyala api maka akan timbul nyala api. Tetapi besarnya gas asetilen dan oksigen harus diatur sedemikian rupa dengan memutar pengatur tekanan sedikit demi sedikit. Apabila gas asetilen saja yang dihidupkan maka nyala apinya berupa nyala biasa dengan mengeluarkan jelaga. Apabila gas asetilennya terlalu sedikit yang diputar, maka las tidak akan menyala.



Gambar 3.18 Peralatan Las Oksi Asetilin Peralatan Las Oksi Asetilin dan Fungsinya: 1. Tabung gas oksigen, berisi gas oksigen yang berfungsi dalam proses pembakaran. 2. Tabung gas asetilen, berisi gas asetilen yang berfungsi sebagai bahan bakar dalam proses pembakaran. 3. Regulator, berfungsi untuk mengatur aliran dari masing-masing gas. 4. Selang penyalur, berfungsi untuk menghubungkan atau mengalirkan gas dari tabung gas oksigen dan asetilen menuju brander. 5. Brander, berfungsi untuk mengatur campuran gas oksigen dan asetilen serta pembakarannya. Nyala hasil pembakaran dalam las oksi-asetilen dapat berubah bergantung pada perbandingan antara gas oksigen dan gas asetilennya. Ada tiga macam nyala api dalam las oksi-asetilen seperti ditunjukkan pada gambar di bawah :



Nyala Api Asitilen lebih



Gambar Nyala Api Asetilen Lebih Nyala ini banyak digunakandalam pengelasan logam monel, nikel, berbagai jenis baja dan bermacam-macambahan pengerasan permukaan non-ferous. Nyala api menampakkan kerucut api dalam dan antara. Nyala api luar berwarna biru. Nyala Api Netral



Gambar Nyala Api Netral Kegunaan dari nyala api netral ini untuk heat treatment logam agar mengalami surface hardening. Nyala api kerucut dalam berwarna putih menyala. Nyala api kerucut antara tidak ada. Nyala api kerucut luar berwarna kuning



Nyala Api Oksigen Lebih



Gambar Nyala Api Oksigen Lebih Sering digunakan untuk pengelasan logam perunggu dan kuningan.Setelah dicapai nyalaapi netral kemudian kita kurangi aliran gas asetilen maka kita akan dapatkan nyala api oksigenlebih. Nyala apinya pendek dan berwarna ungu, nyala kerucut luarnya juga pendek. Keunggulan Las Oksi Asetilin diantaranya: 1. Peralatan relatif murah dan memerlukan pemeliharaan minimal/sedikit. 2. Cara penggunaannya sangat mudah, tidak memerlukan teknik-teknik pengelasanyang tinggi sehingga mudah untuk dipelajari. 3. Mudah dibawa dan dapat digunakan di lapangan maupun di pabrik atau dibengkel-bengkel karena peralatannya kecil dan sederhana. 4. Dengan teknik pengelasan yang tepat hampir semua jenis logam dapat dilas dan alat ini dapat digunakan untuk pemotongan maupun penyambungan. Kekurangan Las Oksi Asetilin diantaranya:



1. Jika digunakan plat tebal kekuatannya kurang maksimal. 2. Pengelasan manual sehingga efisiensi dan kecepatan las kurang. 3. Sangat jarang digunakan untuk pengelasan non logam atau baja tahan karat. 2



Oxyfuel Gas Welding



Dalam proses las gas ini, gas yang digunakan adalah campuran dari gas Oksigen (O2) dan gas lain sebagai gas bahan bakar (fuel gas). Pada prinsipnya las ini sama dengan las oxy-asetilin, namun gas yang digunakan bukan asetilin namun gas alam (LPG) maupun hidrogen.



Gambar 3.19. Oxy-Fuel Gas Welding



BAB 4



SOLDERING AND BRAZING A. Soldering Sebuah proses di mana logam yang sama atau berbeda yang bergabung menggunakan paduan yang biasanya mencakup atau berbasis timah dikombinasikan dengan timbal, perak, antimon, bismut dan indium. Dengan pengertian lain menyolder/soldering adalah suatu cara menyambung dengan menggunakan logam pengisi. Biasanya logam pengisi mempunyai titik cair yang lebih rendah dari logam yang akan disolder. Untuk mencairkan logam pengisi tidak digunakan api langsung ke benda yang akan disambung, melainkan menggunakan solder yang dipanasi terlebih dahulu. Panas yang diperlukan kira-kira di bawah 450 derajat celcius. Logam pengisi yang digunakan adalah dari bahan paduan timbal. Solder digunakan dalam aplikasi elektronik, pipa, kabel listrik, kaca patri dan sejumlah penggunaan industri dan komersial.



Gambar 4.1. Soldering Menyolder juga dapat diartikan sebagai cara penyambungan bahan logam melalui proses pemanasan dengan bahan pengisi atau perekat (solder), yang mempunyai titik lebur di bawah titik lebur bahan dasar yang akan disambungkan (dilekatkan). Bahan dasar yang disambungkan pada proses ini tidak ikut melebur, sambungan terjadi hanya akibat perekatan bahan solder pada bidang penyolderan. B. Brazing Sebuah proses di mana logam yang sama atau berbeda yang bergabung menggunakan dengan paduan yang biasanya mencakup atau berbasis perak dikombinasikan dengan nikel, tembaga, dan seng. Suhu mematri lebih tinggi, biasanya menggunakan Api yang berasala dari karbid atau acetylene atau asetilin atau asetelin atau gas propane dll. Bisa juga menggunakan paduan yang tidak mengandung perak, tapi mengandung nikel, tembaga dan mangan. Mematri mencakup suhu 470°C – 1190°C / 880°F – 2175°F.



Gambar 4.2. Brazing Contoh pematrian biasanya digunakan untuk kompresor kecil, tabung sirkulasi mesin, alat-alat pertambangan, perlengkapan pipa, perhiasan, alat musik dan berbagai aplikasi lainnya. Berbagai paduan yang digunakan sebagai logam pengisi untuk mematri tergantung pada tujuan penggunaan atau metode aplikasi. Secara umum, paduan melas terdiri dari 3 atau lebih logam untuk membentuk paduan dengan sifat yang diinginkan. Logam pengisi untuk suatu aplikasi tertentu dipilih berdasarkan kemampuannya untuk: basah logam dasar, menahan kondisi pelayanan yang diperlukan, dan mencair pada suhu lebih rendah dari logam tidak mulia atau pada suhu yang sangat spesifik. Paduan melas umumnya tersedia sebagai batang, pita, bubuk, pasta, krim, kawat dan preforms (seperti mesin cuci dicap). Tergantung pada aplikasi, bahan pengisi dapat praditempatkan di lokasi yang diinginkan atau diterapkan selama siklus pemanasan. Untuk mematri manual, batang kawat dan bentuk umumnya digunakan sebagai mereka yang paling mudah untuk menerapkan sementara pemanasan. Dalam kasus mematri tungku, paduan biasanya ditempatkan terlebih dahulu karena proses ini biasanya sangat otomatis. Beberapa jenis yang lebih umum dari logam pengisi yang digunakan adalah:   



Aluminium-silikon Tembaga Tembaga-fosfor



Mematri memiliki banyak keuntungan dibandingkan logam lain-bergabung teknik, seperti pengelasan . Karena tidak meleleh mematri logam dasar sendi, memungkinkan banyak kontrol yang lebih ketat toleransi dan menghasilkan gabungan yang bersih tanpa perlu untuk finishing sekunder. Selain itu, logam berbeda dan non-logam (keramik metalized yaitu) dapat dibrazing. Secara umum, mematri juga menghasilkan distorsi kurang termal dari pengelasan karena pemanasan seragam sepotong dibrazing. Majelis yang kompleks dan multi-bagian dapat dibrazing biaya-efektif. Keuntungan lain adalah bahwa mematri dapat dilapisi atau dilapisi untuk tujuan perlindungan. Akhirnya, mematri mudah



diadaptasi untuk produksi massal dan mudah untuk mengotomatisasi karena parameter proses individu kurang sensitif terhadap variasi Salah satu kelemahan utama adalah kurangnya kekuatan bersama dibandingkan dengan akibat bersama dilas pada logam pengisi lembut digunakan. Kekuatan sendi dibrazing kemungkinan akan lebih rendah dari dasar logam (s), tetapi lebih besar dari logam pengisi Kerugian lain adalah bahwa sendi dibrazing dapat rusak di bawah temperatur pelayanan yang tinggi. sendi Brazed membutuhkan tingkat tinggi-logam dasar kebersihan bila dilakukan dalam suasana industri. Beberapa aplikasi mematri memerlukan penggunaan agen fluks yang memadai untuk mengontrol kebersihan. Warna bersama ini sering berbeda dari yang dari logam tidak mulia, menciptakan estetika merugikan.