Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam [PDF]

Citation preview

Hery Sonawan Rochim Suratman



Pengantar Untuk Memahami



proses



Ig11golasan LoUA11



Penerbit ALFAB ETA Bandung



Kata Pengantar Buku "Pengantar Untuk Memahami Pengelasan Logam" ini berisi materi yang umum dijumpai dalam kasus pengelasan. Hanya saja isi dari buku ini memperbanyak penjelasan atau pemaparan suatu masalah pengelasan. Tujuannya tidak lain agar para pembaca lebih cepat dan mudah memahami suatu permasalahan dalam pengelasan. Dalam menjelaskan suatu permasalahan pengelasan itu, penulis juga sengaja memperbanyak gambar atau ilustrasi untuk mencapai tujuan tadi.



Materi yang ada dibuku



bentuk apapun, Dilarang memproduksi seluruh atau sebagian buku ini dalam tanpa izin tertulis dari penerbit. ggar F.iln gg"tut' terhadap ketentuan te-rs.ebut dapat dian g gap m elan lndonesia' Republik UnOai{-undang Hak Cipta



Rl}ht Reserued . lJndang'iindang diiindur,gi @ llakEipta



@ All



Tek-06 "iudul Buku Penulis Desain Kulit Cetakan ko-2 Penerbit



PenEantar Untuk lvtemahami Proses Pengelasan Lcgam Hery Sonawan dan Rcchim Suratman



ini



sebenarnya merupakan pen gembangan materi yang ada pada modul pelatihan pengelasan baik pelatihan terakreditasi maupun yang tidak terakreditasi. Oleh karenanya buku ini dapat dipakai sebagai bahan rujukan untuk mengikuti pelatihan-pelatihan dalam bidang pengelasan ataupun sebagai bahan kuliah pengelasan logam. Tidak lupa pula, informasi-informasi terbaru sekitar dunia pengelasan dari berbagai website di Internet juga memberikan sumbangan yang cukup besar bagi isi buku ini. Akhirnya, penulis mengucapkan terima kasih kepada penerbit CV Alfabeta yang sudah memberikan kesempatan untuk untuk menerbitkan buku ini. Semoga buku ini banyak memberikan manfaat, terlepas dari segala kekurangan yang ada. Terima kasih.



Qumqum Februad 2006



A.lhbeta, o, email: [email protected]



97$843&99.4



Bandung, Desember 2oo3 Penulis,



Anggota lkatan Penerbit lndonesia



IKAPI



Hery Sonawan



Kata Pengantar



7.5. Prcdiksi Stnrktur Mikro Logam Las Melalui Diagram Schaeffler /De lnng/WRC



Daftar Isi Hal Kata Pengantar Daftar Isi



1.



I



ii



Definisi Pengelasan, Tinjauan Ulang Proses Pengelasan dan Mampu [,as r.r. Definisi Pengelasan r.z. Tinjauan Ulang Berbagai Proses pengelasan r.3. Mampu I.as (weld-ability)



2.



Terminologi Hasil Pengelasan



3.



Jenis-jenis dan Pemilihan Sambungan



4.



Pengaruh Parameter Pengelasan dalam Pengelasan Busur Listrik



5.



Pengelasan Baja Karbon dan Baja Paduan 5.r. Dasar-dasar Pengelasan Baja Karbon 5.2. Retak Dingin (cold cracking)



6.



Metalurgi Pengelasan Baja Karbon 6.r. Siklus Termal 6.2. Diagram Fasa Kesetimbangan 6.3. Pendinginan Baja Hipo-eutektoid 6.4. Struktur Mikro Hasil Pengelasan Baia Karbon



8.



9.



Z.



Pengelasan Baja Tahan Karat 7.r. Dasar-dasar Pengelasan Baja Tahan Karat 7.2. Pengelasan Baja Tahan Karat Martensitik 7.3. Pengelasan Baja Tahan Karat Feritik 7.4. Pengelasan Baja Tahan Karat Austenitik



Pengelasan Besi Cor 8.r. Dasar-dasar Pengelasan Besi Cor 8.2. Metalurgi Pengelasan Besi Cor 8.3. Pengelasan Besi Cor Kelabu



to7. ro7.



PengelasanAluminium 9.r. Dasar-dasar Pengelasan Aluminium 9.2. Permasalahan [.ain Dalam pengelasan



127.



Paduan Aluminium 9.3. Retak [ogam [,as 9.4. Operasi Pengelasan Paduan Aluminium Dengan GTAW



Daftar Pustaka [,ampiran



6.5. Tegangan Sisa" 6.6. Perlakuan Panas



8e. 82. 8+. 8s. 88.



lll



93.



ttz. t2r. r27. 131.



r34. 135. 139.



r40.



1l



Definisi Pengelasan, Tinjauan Ulang Proses Pengelasan, dan Mampu Las.



t.l. Definisi Pengelasan Pengelasan merupakan salah satu bagian yang tak terpisahkan dari proses manufakrur. Proses manufaktur lainnya yang telah dikenal antara iain proses-proses pengecoran (metal casting), pembentukan (metal forming), pemesinan (machining), dan metalurgi serbuk (powder metallur&v). produk dengan bentuk-bentuk yang mmit dan berukuran besar dapat dibuat dengan teknik pengecoran. Produk-produk seperti pipa, pelat dan lembaran, baja-baja konstruksi dibuat dengan proses pembentukan. Produk-produk dengan dimensi yang ketat clan teliti dapat dibuat dengan pemesinan. Bagaimana dengan proses pengeiasan ? Proses pengelasan yang pada prinsipnya adalah menyambungkan dua atau lebih komponen, lebih tepat ditrrjukan untuk merakit (assembly) beberapa komponen menjadi suatu bentuk mesin. Komponen yang dirakit mungkin saia berasal dari produk hasil pengecoran, pembentukan atau pemesinan, baik dari logam yang sama maupun berbeda-beda.



Pengelasan (WELDING) adalah salah



satu teknik



penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau tanpa logarn tambahan dan menghasilkan sambungan yang



kontinu. Dari definisi tersebut terdapat 4 kata kunci untul menjeiaskan de{inisi pengelasan yaitu meucairkan sebagian logarn, logam Lensisi. tgkanan dan sambungan kontinu. fiari definisi diatas, proses pengelasan dapat dibtrat skernanya sebagai



berikut:



Sebagian logam induk yang mencair



logam Induk



Gambar l-1. Skema Definisi Proses Pengelasan Definisi Pengelasan



Proses penyambungan lain yang telah dikenal lama selain pengelasan adalah penyambungan dengan cara BRAZING dan SOlogruNG. Perbedaannya dengan pengelasan adalah pada



brazing dan soldering tidak sampai mencairkan logam induk hanya logam pengisinya saja. Sedangkan perbedaan antara brazing dan soldering terletak pada titik cair logam pengisinya. Titik *ir logu* pengisi proses brazing berkisar 45ooc - goooc. Sbdangkan untuk soldering, titik cair logam pengisinya kurang dari 45ooC.



1.2. Tinjauan tllang Berbagai Proses Pengelasan



Pengeloson (welding)



Pengeloson mencoil (fusion welding)



t.



Prrr.sc.s



SMAW (Shielded Metal



Arc flelding) hs



atau



peng e lasan busur lrsrrik elektroda terbung



Proses SMAW, saat ini juga dikenal dengan istilah proses



MMAW (Manual Metal Arc lYelding). Dalam pengelasan ini, logam induk mengalami pencairan akibat pemanasan dari busur listrik yang timbul antara ujung elektroda dan permukaan benda kerja. Busur listrik yang ada dibangkitkan dari suatu mesin las. Elektroda yang dipakai berupa kawat yang dibungkus oleh pelindung berupa fluks dan karena itu elektroda las kadangkadang disebut kauat las. Elektroda ini selama pengelasan akan mengalami pencairan bersama-sama dengan logam induk yang menjadi bagian kampuh las. Dengan adanya pencairan ini maka kampuhlas akan terisi oleh logam cairyangberasal dari elektroda dan logam induk. Untuk lebih jelasnya, proses SMAW ini dapat dibaca pada buku "Las Listrik SMA.W dan Pemeriksaan Hasil Pengelasan' yang ditulis oleh Ir. Hery Sonawan, MT. dan diterbitkan oleh Penerbit CV. Alfabeta.



Untuk dapat mengelas dengan proses SMAW diperlukan beberapa peralatan, seperti mesin las, kabel elektroda dan pemegang elektroda, kabel logam induk dan penjepit logam induk dan elektrodo. Peralatan lain yang juga perlu disediakan adalah topeng las (welding mask), sarung tangan dan jas



Pengeloson tok mencoir (solid stote welding)



Gambar l-2. Bagan Klasifikasi Proses Pengelasan



pelindung.



Dari bagan diatas, dapat dilihat bahwa proses pengelasan dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu peng_elasan mencair (fuiion welding), pengelasan tidak mencair (solid state weiding) dan soldering/-brazing. Dengan demikian, dalam melaksanakan pengelasan diperlukan alat untuk mencairkan I ogam dan atau alat untuk memanaskan dan menekankan kedua bagian logam yang akan disambungkan. Peralatan pencair dan atau pemanas logam dapat didasarkan pada penggunaan energi listrik, ene-rgi gas atau energi mekanik. Berikut ini adalah beberapa prinsip dasar proses pengelasan seperti yang dimaksud diatas-



Berikut ini adalah skema dari proses SMAW lengkap dengan bagian-bagiannya. ET#roda Fluks las



Logam cair Kubangan las



(w4d



Gas pelindung busur



Terak Daerah pengaruh panas



Gambar l-3. Skema Proses SMAW / MMAW Definisi Pengelasan



3



Definisi Pengelasan



Kawat [,as



Selain mencairkari kawat las yang nantinya _membeku rnerr-..li loganr hs, busur lisillk jug3 ikut mencairkan fluks. It..];;.. **L ;-.^i;nya yang lcbih kecil dari logam las- rnaka flul rS mm) 3. Double V + Doublebevel (untuktebal > rSmm) (untuktebol > r5 mm) S. Singte-U (untuktebal > r5mm) 6. $ingle-J Jarrraban pertanyaan b, e dan d disabury dan disusun dalam bentrktabel berihrt :



Bevetr



Kmpuh



dari luar Tegangan yang terjadi mernang berasal dari gaya luar yang bekerj a



b"



Penrbuatan



Kampuh



Prcses Pengelasan



Luas



Dim.ensi



RFIR



RO



A



(mm)



$irda-V



a



pelet



t Stal



2



2



6o



r83,8



Single bevel



rpelof



r slsd



2



2



4J



6q



Doutile-Y



zpeld



E



slltr



g



2



60



110



DouHebeld



rprch



z sisi



2



2



45



@16



tugle-U



z pelat



r



rfd



216



2



2()



248,9



Single-I



rpelat



r cIc{



z/ro



2



20



18t,l



29



Jenis."jenis dan Pemilihan Sambungan



Pemilihan salah satu jenis.. sambungan dari bcrxrmpa sambnngan yang ada pada taber aiaturi".iuntoig'prau ketiga falrtor yang sudah aiut Misalnya jika



$jerastan ". -x,#[-ffi#]il*],ffi ;ffifi1:"11"r1f, ketiga jenis sambungan itu disereksi kembali



diinginkan



4l



HI*ffi



u"t"i;;*ilih satunya. Kriteria kedua daram oemilihan o*b";;rn sarah adalah kernudahan



melakukan peperasan taiuu"f aitu.i"r*" daram koiom proses pengelasan). Uitrt proses \ampuh aorUf" pengelasannya dilakukan pada d.ru'riri.-ffi-ilt tentuny,a memer}ukan wa\rg p-engerasin rebih rama v"rs.rii"ginkan teniu sajl pengelasan dilakukan hanya pacia satu sisi. Jika demikian maka tersisa dua kamp"1, untuk ryiq memilih salah satu dari dua kam"puh "iil tersisa, aipli."i kriteria ketiga yaitu luas.penampalrg loga; ias. Luas yang rebih keeii jumlah kawit tai le6ilr.s"ail.ii sr"it"ig"n dengan xarn puh sing Ie bevel ternyata memil iki luas penam parig logam"las lebih kecil darioada kampuh-single.J yaitu ,e+ir-*,. Dengan demikian dari ke-enam 5enis tamlurr singre bevel memberikan hasil paling opii*,r*. "du]r.r-prrt,



il*I,



"tiitit



I



d";;a-J.



fl:::l*:n



i*s



Pengaruh Parameter Pengelasan dalarm Pengelasan Busur Listrik



Dalam pengelasan, untuk mencairkan logam induk dan logam pengisi diperlukan energi yang cukup. Energi yang dihasilkan dalam operasi pengelasan berasal dari bermacammactrm sumber yang tergantung pada proses pengelasannya. Pada pengelasan busur listrik, sumber energi berasal dari listrik yang diubah menjadi energi panas. Energi panas ini sebenarnya hasil kolaborasi dari parameter orus los, tegangan las dan kecepatan pengelasan. Parameter ketiga yaitu kecepatan pengelasan ikut mempengaruhi energi pengelasan karena proses pemanasannya tidak diam ditempat akan tetapi bergerak dengan kecepatan



tertenfu. Kualitas hasil pengelasan dipengaruhi oleh energi panas yang berarti dipengaruhi juga oleh arus las, tegangan dan kecepatan pengelasan. Hubungan antara ketiga parameter itu menghasilkan energi pengelasan yang dikenal dengan HEAT INPW (masukan panas). Persamaan masukan panas hasil penggabungan ketiga parameter dituliskan sebagai berikut : HI (Heat Input)



:



Teg. Las x Arus Las Kec. Pengelasan



...(1 )



Dari persamaan itu, dapat dijelaskan beberapa pentertian sebagai



berikut: 1. .' Jika menginginkan "



2.



3o



Jenis-jenis dan pemilihan Su.rUrngrn



31



masukan panas _yan-g tinggi maka parameter yang dapat diatur yaitu arus las diperbesar atau ' kecepatan las diperlambat. Besar kecilnya arus las dapat diatur langsung pada mesin las. Tegangan las umumnya tidak dapat diatur secara langsung pada mesin las, tetapi pengaruhnya terhadap masukan panas tetap ada.



Pengaruh Parameter Pengelasan



Arus las juga mempengaruhi dilusi atau pencampuran. Semakin besar arus las maka semakin besar juga dilusi yang artinya makin banyah lmgian logarn inrJuk yang mencair. b. Besarnya arus las ditentukan oleh diameter elektroda, jenis logam induk dan ketehalanrrya. Diameter eleltrod.a mempengaruhi pengahrran besar keciln5a anrs pengelasan. Makin besar diarneter elektrocla



Untuk memperoleh masukan panas yang sebenarnya dari suatu pnoses pengelasan, persamaan masukan panas l



komposisi karbon. Untuk baja, kadar karbon maksimum r,7% sedangkan kadar karbon lebih dant,f/otermasuk daerah besi cor.



,\



Cair



{'n.*"1



trto Titik'Eutektik



Austr



grdc



C



gltt'C



/fEi.nil +Scmeilir



i



+ Ferit



723"c Garis Komposisi



Ferit + Sementit



t,z%



1,7%



0,8% .----------%C



Baja



+-l-* uu.i co,



Gambar &10. Diagram Fasa Kesetimbangan Fe-C yeng Mengandung Grafit



LL2



Pengelasan Besi Cor



Gambar 8-11. Fasa Padat Pertama



(l) Terbentuk



Selama Pembekuan



Pada saat pengelasan busurlistrik, busur listrik meneairkan sebagian logam induk dan kawat las. Pengelasan terus berlangsung. Di satu tempat pada kubangan logam las yang ditinggalkan busur listrik mengalami penurunan temperatur. Pada saat kubangan logarn las mencapai temperatur tertentu,



113



Pengelasan Besi Cor



pada fasa cair mulai terjadi pembekuan yang dirnrrlai rlt'ttgrtn pengintian fasa padat Austenit (y). Fasa yang ada saat ittr adalah larutan padat y dan fasa cair. Fasa cair yang tersisa menjadi kaya akan unsur Karbon (perhatikan tanda panah miring ke kanan). Pendinginan terus berlanjut, fasa Austenit mengalami pertumbuhan, sedangkan fasa cair semakin berkurang. Sesaat setelah pendinginan mencapai temperatur t.t4onC,



fasa cair yqng tersisa bertransformasi menjadi struktur eutektik yaitu mengandung campuran dari Austenit dan Sementit. Bagaimana dengan fasa Austenit yang sebelumnl'a sudah ada ? Tentu saja Austenit ini tetap ada dan tidak trerubah menjadi apapun. Dengan demikian jika diperhatikan lebih seksama, ada dua jenis Austenit pada saat temperatur mencapai 1.14ooc ini. Austenit pertama disebut dengan Austenit ProEutektik yang terbentuk dari pembekuan fasa cair. Austenit kedua adalah Austenit Eutektik yang dimiliki oleh struktur eutektik. Austenit kedua ini muncul sebagai produk transformasi dari fasa cair yang tersisa. Fasa yang ada pada temperatur ini mengandung Austenit' .pro-eutektik, Austenit eutektik dan Sementit.



glo



Tanda panah miring ke kanan menandakan transformasi fasa cair yang tersisa menjadi Austenit (tanda panah ke kiri) dan Sementit (tanda panah ke kanan).



Pendinginan terus berlanjut, struktur eutektik mengalami pertumbuhan. Fasa padat Austenit selama pendinginan ini terus mengalami pengurangan unsur Karbon atau dengan kata lain unsur Karbon dipaksa keluar dari Austenit hingga mencapai temperatur 723oC atau garis eutektoid. Unsur karbon yang dikeluarkan dari Austenit kemudian berikatan dengan unsur Besi membentuk Sementit (FerC). Pembentukan Sementit ini terjadi disekeliling butir Austenit. Semakin banyak unsur Karbon yang dikeluarkan maka semakin banyak pula fasa Sementit yang terbentuk.



C



o,o25%



o.8%



r,z%



Gambar 8-13. Karbon dikeluarkan dari Fasa Austenit dan Membentuk Sementit (tanda panah ke kanan grris putus-putus)



o,ozs*



o,8%



%c Gambar &12. Frsr



Crir



yang Tersisa Bertransformasi Menjadi



Struktur Eutektik



it4



Pengelasan Besi Cor



Pada proses pendinginan mencapai temperatur eutektoid 729"C, fasa Austenit yang tersisa sekarang hanya mengandung o,9yo Karbon. Dengan kandunga fi o,8o/o Karbon ini, Austenit ber 115



Pengelasan Besi Cor



transformasi menjadi struktur Eutektoid yang mengandung cirmpuran fasa Ferit dan sementit atau disebut dengan perlii. Dengan demikian, struktur mikro akhir dari proses pembekuan ini berupa struktur mikro Besi cor putih yang mengandung perlit dan Sementit (lihat gambar dibawah ini).



dari daerah I hingga daerah III. Pada saat mencapai daerah I, fasa yang terbenhrk adalah Austenit + fasa cair. Pendinginan berlanjut diikuti dengan penurunan temperatur. Pada saat meneapai daerah II, besi cor memiliki fasa Austenit + Sementit (Fe.Q). Hingga akhirnya mencapai ini menghasilkan struktur mikro Perlit + Sementit.



daerah@



Cair Austenit + Cair



'Iitik Eutektik 9ro'c



/l I



(



Austenit + Sementit



L)



0,02596 o,8%



zs"c Garis tbmposisi Ferh + Sementit



r,li;



%c Gambar &14. Pada saat Mencapai rempcratur Eutektoio,.tustenit bertransformasi Menjadi Struktur Eutektoid atru perlit.



Proses pemanasan besi cor yang diikuti dengan proses _ pendinginan akan menghasilkan strukirr mikro )ran; berbeda. Jika suatu besi cor dihasilkan dari suatu proses p"ng""oran, jenis besi cor yang dihasilkan tergantung padi laju pendinginan y'ung dialaminya. sehagai contoh dalam gambardibawah ini, suatubes-i erotr i:r'rrr,ersial dtrngan komposisi karbon antara z 4yodihasilkan cl;,ri,"il;rl'il prr..'r*,s pengecoran. Jika produk coran itu mengalami liendinginan yanfi, cepat selama berada dalam cetakan maki akan dihasilknn besi r:or putih. Jika dilihat dari diagram fasa, selama proses iv:nrlinginan besi cor putih ini mengalami perubahan fasa



ii6*



Pengelasan Besi Cor



t17



Pengelasan Besi Cor



Jika dalarn proses pendinginan cepat dihasilkan besi cor putih, maka dengan laju pendinginan yang lebih lambat (moderat) akan dihasilkan struktur mikro Perlit + Grafit. Bentuk grafit yang terjadi adalah serpih (flakes). Besi cor dengan bentuk grafit serpih ini seringkali dikenal dengan nalna Besi cor kelabu (grey cast iron). Struktur Perlit yang ada merupakan struktur matriks. Karena dominan mengandung matriks perlit maka logamnya disebut dengan besi cor kelabu perlitik.



o,o25%



o,8%



i.-.--



Apabila laju pendinginan lebih lambat lagi maka dihasilkan stmktur mikro yang lain lagi. Dalam struktur mikro yang baru ini terdapat matriks ferirrk dan grafit serpih. Dengan grafit serpih maka logam ini dikenal dengan besi cor kelabu. Karena matriks nya adalahferit makalebih lengkap logam ini dikenal sebagai Besi cor kelabuferitik. Besi cor dengan matriks ferit bersifat lebih ulet dibandingkan matriks perlit.



r,7%



Baja



lr ,-'



+t



Besi Cor



Komersial.-.



Ditambahkan Magn6ium {Mg)



*-T 1:::1:!b',___



l-A,rlr



15isjlr!!:.!t



PINDIN(iINAfi III



Ausl,nn



+



(i861*r



ffi W I



llesi Cor Nodular



ldn



+



,1:1:,,:S:



C66r eD*,



19f:" 1'r11!P]



@@@



\



4E\ q-r/



[ ---ai-"rj



Bsi Cor



tutih



I



Besi Cor Kelabu



Bsi Cor Kelatru



Peditik



Feritik



I upanasxan Lnar,*



Besi Cor Nodular



Daemh It. min 30 jam



Feritik



Jdi A.'U PENDINGINAN Al,'6(.



Gnfi d



&nit'(iEtud



@@ Besi



CorrlM.lloble B6i Cq Mallerbie



Gambar &15. Perbedaan Struktur Mikro Bcsi Cor Berdasarken Perbedaan Komposisi Kimia dan Leju pendinginan



Dalam suatu penuangan besi cor cair ke dalam cetakan, apabila ditambahkan unsur Magnesium (MS) atau Cerium (Ce) dalam kadar yang kecil maka dihasilkan besi cor dengan bentuk grafit bulat. Besi cor ini dikenal dengan nama Besi cor nodular. Besi cor nodular memiliki matriks berbeda apabila didinginkan dengan laju berbeda. Jika laju pendinginan sedang atau moderat maka dapat dihasilkan besi cor nodular dengan matriks Perlit atau disebut besi cor nodular perlitik. l,aju pendinginan lebih lambat lagi dapat menghasilkan besi cor nodular dengan matriks ferit atau disebut Besi cor nadularferitik.



Besi cor nodular merniliki keuletan lebih tinggi dibandingkan dengan besi cor kelabu. Bentuk grafit bulat membuat jenis besi cor ini bersifat lebih ulet. Bayangkan bentuk grafit serpih. Pada bentuk grafit ini terdapat bagian yang lancin yang memiliki konsentrasi tegangan tinggi. Oleh karenanya jika terkena beban maka retakan mulai merambat dari uj,ung grafit ini. Selanjutnya terdapat jenis besi cor ke-empat yaitu Besi cor malleable. Besi cor ini dapat dihasilkan dari besi cor putih. Jika pada besi cor putih dipanaskan hingga mencapai daerah fasa Austenit + Sernentit untuk jangka waktu yang sangat lama (lebih dari 3o jam) maka fasa sementit yang ada terurai menjadi Besi



119



Pengelasan Besi Cor



-I (austenit) dan lkrbon bebas (atau grafit). Grafit y:rrrg terjadi rnembentuk kumpulan/koloni yang disebut roset.



FerC -> Frrr)



* C s,oJit



Perbandingan Besi cor berdasarkan sifat-sifatrya Besi Cor



Besi Cor



Besi Cor



Kelabu



Nodular



Besi Cor



Malleable



Putih



1'O



O'3



or6



Dapat di las



Siap di las



Siap di las



Tidak dapat di las



Keuletan



2



1



1



3



Kekuatan



o



I



1



Relatif Damping capacity Mampu Las



Keterangan



Berdasarkan keterangan dari bagan diatas (halaman r), besi cor kelabu termasuk kategori logam yang dapat dilas. Berbeda dengan besi cor malleable dan besi cor nodular yang memang memiliki sifat mampu las lebih baik. Besi cor kelabu dapat dilas dengan baik apabila sebelum pengelasan diberi pemanasan mula (preheat) dan setelah pengelasan diberikan PWHT. Pemilihan logam pengisi atau kawat las yang sesuai juga dapat menjamin keberhasilan pengelasan besi cor kelabu. Preheat dalam pengelasan ditujukan untuk menurunkan laju pendinginan daerah hasil lasan. Artinya jika sebuah logam dilas tanpa diberi preheat terlebih dahulu, maka laju pendinginan yang terjadi relatif cepat. Apa yang terjadi jika besi cor kelabu dilas tanpa diberi preheat ? Jika melihat diagram fasakesetimbangan, untuk laju pendinginan cepat mungkin saja dihasilkan besi cor putih di logam las. Iogam las menjadi keras dan sulit untuk d.imesin.



r: Tinggi z:Serdang 3:Rendah



Dengan bantuan diagram fasa kesetimbangan Fe-c diatas, \a9us pengelasan besi cor dapat dikaji dan dipelajari. Misalnya



-



dalam suatu kasus pengelasan besi .or, diketahui laju pendinginannya. Jika- pendinginan berlangsung dengan cepat maka kemungkinan logam las menjadi Sesi -cor putih aiau terdapat strulitur martensit baik di logam las maupun HAZ. untuk mendapatkan hasil lasan yang runik maka struktur mikro losqn las harus bermatriks feritik. Dengan pendinginan yang lambat, struktur bermatriks feritik itu dijamin bisa"dipu.ot.nl untuk mendapatkan laju pendinginan rambat, dapat diberikan preheat yang cukup tinggi sebelum pengelasan dilaksanakan.



L20



8.3. Pengelasan Besi Cor Kelabu



Pengelasan Besi Cor



Dalam berbagai kasus pengelasan besi cor, diinginkan ketangguhan logam las melebihi ketangguhan logam induk. Pemilihan kawat las yang memiliki ketangguhan lebih tinggi sangat disarankan dalam mengelas beci cor. Logam-logam sepefi bajalunak (miid steel) dan paduan Nikel seringkali dipilih sebalai material kawat las. Pada beberapa aplikasi seringkali digunakan kawat las dari material besi eor. Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan ketika memilih material kawat las untuk mengelas besi cor, yaitu :



1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



tzI.



Jenis besi cor. Sifat mekanik sambungan las. Tingkat Dilusi. Kemampuan logam las untuk meredam tegangan termal. Kemudahan untuk dimesin. Prosespengelasanyangcocok. Harga.



Pengelasan Besi Cor



Secara umum, permasalahan dalam pengelasan lresi cor kelabu adalah dijelaskan sebagai berikut : 1. Grafit yang tersebar di berbagai tempat akibat segregasi mungkin saja sebagran dari grafit itu berubah menjadi Sementit sehingga sebagian logam las berubah menjadi besi cor putih yang sangat keras. Perubahan ini dikenal dengan istilah 'Efek CiI'dan mungkin saja dapat terjadi di HAZ selain di logam las. Adanya efek cil terjadi akibat "hilangnya" unsur Karbon dan Silikon sehingga kandungan kedua unsur itu menurun. Kemudian kondisinya diperburuk dengan pendinginan yang cepat di kedua daeiah itu sehingga rnenghasilkan besi cor putih dengan ciri adanya struktur mikro Sementit.



z.



Ketika terjadi pembekuan, akibat gradien temperatur yang besar menghasilkan regangan dan tegangan termal padi daerah tertentu. Regangan dan tegangan termal ini pada akhirnya dapat memicu pembentukan retak baik di logam las maupun di HAZ.



S.



Besi cor memiliki temperatur cair relatif rendah dan perubahan dari fasa padat ke cair dan sebaliknya dapat berlangsung dengan sangat cepat. Akibatnya, gs-gffi yang ikut terlarut dalam kubangan logam las tidak memiliki cukup wakru untuk keluar dari daerah itu dan akhirnya terjebak. Dengan demikian kadang-kadang setelah



Permasalahan Jrcngelasan besi cor bukan tidak memiliki solusi. Ada beberapa solusi yang sudah dikembangkan, antara lain : Permasalahan terbentuknya Sernentit selamapengelasan



t.



pembentukan grafit, rnalahan nreningkatkan pernhnt'ukan



SemeatitSW)" Hilangnya xlnsur l(arbon dan Silikon baik di daerah logam I*s maupun di HAZ disebabkan sleh tingginya temperatur pernflCIasan. Froses-proses pengelasan yang memiliki karakteristik tingkat pemanasan tinggi tidak disarankan untuk clipakai. Proses-proses pengelasan busur listrik seperti GMAW, FCAW dan GTAW yang rnenghasilkan temperatur busur listrik yang sangat tinggi sangat iq_ang digunakan. Untuk tetap dapat menggunakannya, pemitrihan parameter pengelasan yang sesuai seperti nrasukan panas rendah sangat disarankan untuk diterapkan. Jadi solusi pertama ini yaitu pengelasan besi cor dapat dilakukan dengan menerapkan prCIsqs pengelasan dengan rnasukan panas rendah untuk rnenghindari hilaugnya unsur Karbon dan Silikon. krrnasalahan pembenhrkan Sernenfit tidak hanya disebabkan oteh hilangnya unsur I(arbon dan silikon secara



signifikan tetapi juga diperbtmrk oleh tingginya lajl pendinginan. Jika demikian solusi kedua de,nSan mudah iuAan diperoteh yaitu dengan memperlambat laju pendinginan. Dalam bab te$dahulu &ab IlD disebutkan Lahwa masNrlun panas tinggr dapat dipakai untuk tujuan memperlambat l4itr pndinginan' T*apt tentu saja hal ini



pengelasan, logam las banyak mengandung porositas.



4. S.



t22



*encer,



Cairan logam besi cor sangat sehingga mampu alir nya sangat baik. Dengan karakter seperti itu, pengelasan besi



cor akan menghasilkan sambungan yang optimal apabila dilakukan dalam posisi mendatar. AdalVa lapisan oksida (yaitu Silikon-oksida dan Manganoksida) dipermukaan logam yang memiliki titik cair teu*r tinggi dari logam induknya. Karenanya, selam pengelasan pulgkin saja terjadi fusi yang tidak sempurna antara logam las dan logam induk.



bertentangan dengan soltlsi pertama tadi. Adakah cara lain unmk mendapatkan laju pendinginan larnbat selain menerapkan masukan panas tinggr ? tenfir saja ada. Pada halarnan-halaman sebelumnya sudah disebutkan bahwa pernberian pemanasan awal atau preheat pada logam induk dapat rnenurunkan traju pendinginan produk lasan. Besarnya temperatur preheat ini ditentukan berdasarkan komposisi



123 Pengelasan Besi Cor



terjadi akibat &rrunnya kandungan Karbon dan Silikon' Seierd sudah dijelaskan pada halarnan 9e, unsur Silikon yans tinggi dapat rneulprornosikan terbentuknya $af*. -Sebaliknya, lurangaya unsur Silikon akan rnempersulit



Pengelasan Besi Cor



kimia logam ind,k yang dilas, kctt'lrirl.. rlir, lx.rrtrrk prrxrrrk dan parameter karbon ekivalen. Dengan demiki:rri s.lrrsi kqdy? dari permasalahan pertama pengelasan besi r:or ini adalah dengal memberikan preheat [ada logam induk sebelum pengelasan.



T.ut+ - yang Jerjadi baik di logam las maupun HAZ disebabkan oleh regangan dan tegangan termai. untuk mencegah terjadinya rgtak, .egaogan dan tegangan termal dibuat serendah yy"gkin. seperriyang sudih dlsebutkan, tegangan termal ini munctrr sebagai akibat gradien temperatur yang sangat besar. Jadi sebeirarnya permasalahan ulan-ra timbulnya retak karena gradien temperatur. oleh karena itu, bagairnana memierkecil qladign temperatur yang terjadi pJda pelat/proJrlk yang dilas ? Pemberian prehqt gelain bertujuan memperiambat laju pendinginan juga bermanfaat untuk *nyurrsumkan temperatur sepanjang daerah lasan. Jadi solusinia yaitu dengan memberikan preheat pada pelat/produrr s"butr*



Gambar &16. Teknik Mengcles Tcrputus-putus Untuk Mengureagi Tegangen Termal



Kegagalan berupa retakan yang terjadi di logam las didasar kan pada perbandingan antara kekuatan logam las dan tegangan yang terjadi di logam las. Jika tegangan yang terjadi melebihi kekuatan tarik logam las maka dapat



diprediksi retak akdn timbul di logam las. Tidak cukup hanya mengandalkan kekuatan logam las saja, tingkat keuletan di logam las juga harus diperhitungkan dan harus cukup tinggi untuk meredarn perilaku retak. Oleh karena itu pemilihan logam pengrsi yant memiliki keuletan tinggr seperti paduan Nikel patutdipertimbangkan. Logam las dari paduan Nikel ini memiliki kemampuan untuk menyerap



pengelasan.



Pemamlan paska,pengelasan seperti *stress relieving,, atau PWHT (post r*'eld heat treatmeni) juga dapat dimanfiatkan yltok mengurangi pengaruh tegangan teimar. pemanasan h in-gg.a temperatu.- g :ru9 r9R".fr yaig biasa igu a-il ukukan pada baja seringkali dilakukin. Solusi lainnya yang juga sering dilakukan adalah melalui teknik-mengelas. Dalam p*rrg"ra""r, rogam dikenai leknik m en gelas- terputus-putus (interrn ittenti Logam t* p""aut didepositkan pugl kqryryrh sambunga"" a""gui cara ygnS.9las berpindah-pi$u}: Dengan cara ini pur,* yang diberikan pada Iogam induk meijadi terbati-sehingga dapat mengurangi tegangan termal.



tegangan akibat penyusutan yang terjadi selama pembekuan sehingga diharapkan logam las terbebas dari retak.



3.



Permasalahan ikutlarutnyagas-gas dalam kubangan logam las sebenarnya sudah dapat teratasi dengan penggunaan preheat dan PWHT. Iaju pendinginan lambat sebagai akibat diberikannya preheat secara langsung dapat memberikan waktu kepada logam las untuk "membebaskan" gas-gas yang ikut terlarut tadi. Semakin lambat laju pendinginan maka semakin mudah dan semakin banyak g€rs-gas yang berusaha



keluar dari logam las. Akibatnya dapat meminimalkan porositas yang ada di logam las. Kemudian, selain dengan preheat, PWHT juga cukup efektif untuk dapat membebaskan gas-gas yang ikut terlarut dalam logam las. Sama pengaruhnya seperti preheat, dengan



t24



Pergelasan B€$i



Ctr



L25



Pengelasan Besi Cor



memberikan I)w[I'f salna saja dcngan menrlrt,r.ili:rrr urrlitrr kepada logam la.s untuk mengeluarkan sebagi,, lx.s:r'g.sgas yang ikut terlarut. 4.



Tingginya kandungan Silikon dapat memperbaiki sifat mampu alir besi cor sehingga dikatakan cairan besi cor terlihat "encer". Dengan perilaku seperti ini tidak mungkin lagi karakteristiknya diubah, misalnya saja supaya teUitr kental maka kandungan Silikon dikurangi- Tujuan dibuat lebih kental ini tidak lain agar pengelasin beii cor dapat dilakukan dalam posisi pengelasan lain selain po.iri m_endatar. Harap diingat bahwa pengurangan kandungan lili-t15



a



s.d.



3



12-25



F,H.V,O



s.d.



3



l0 - 20



F.V.O



R:8-15



I-uas



0,5(T-R-RF): tan(A) + R(TR-RF) + 0,252tR2 + RO.T



Single-J



Double-U



143



>30



a



R:4-8



0,5(T-2R.-RFrl tan(A121+ 2R(T-R-RF) rcR2 + Ro.]'



-



Bentuk Kampuh



Ketebalan Pelat (mm)



Dimensi Sambungan



Rr (mm)



RO



(mm)



Sudut A



Posisi Pengelasan



Luas



F,H,V,O



RF)2 tan(A) +



0,25(T-2R-



>30



-2



s.d. 3



t2-25



R(T-2R-RF) + 0,5nR2 + RO.T



R=8-15



144