PROSEANS PENGELAS

 PROSEANS PENGELAS

Proses pengelasan dibagi dalam dua katagori utama, yaitu pengelasan lebur dan pengelasan padat. Pengelasan lebur menggunakan panas untuk melebur permukaan yang akan disambung, beberapa operasi menggunakan logam pengisi dan yang lain tanpa logam pengisi. Pengelasan padat proses penyambungannya menggunakan panas dan/atau tekanan, tetapi tidak terjadi peleburan pada logam dasar dan tanpa penambahan logam pengisi.

Pengelasan lebur dapat dikelompokkan sebagai berikut :

-          pengelasan busur (arc welding, AW);

-          pengelasan resistansi listrik (resistance welding, RW);

-          pengelasan gas (oxyfuel gas welding, OFW);

-          proses pengelasan lebur yang lain.

Pengelasan Busur

Pengelasan busur adalah pengelasan lebur dimana penyatuan logam dicapai dengan menggunakan panas dari busur listrik, secara umum ditunjukkan dalam gambar 13.1.

 Busur listrik timbul karena adanya pelepasan muatan listrik melewati celah dalam rangkaian, dan panas yang dihasilkan akan menyebabkan gas pada celah tersebut mengalami ionisasi (disebut plasma). Untuk menghasilkan busur dalam pengelasan busur, elektrode disentuhkan dengan benda kerja dan secara cepat dipisahkan dalam jarak yang pendek. Energi listrik dari busur dapat menghasilkan panas dengan suhu 10.000 ^o F (5500^o C) atau lebih, cukup panas untuk melebur logam. Genangan logam cair, terdiri atas logam dasar dan logam pengisi (bila digunakan), terbentuk di dekat ujung elektrode. Kebanyakan proses pengelasan busur, logam pengisi ditambahkan selama operasi untuk menambah volume dan kekuatan sambungan las-an. Karena logam pengisi dilepaskan sepanjang sambungan, genangan las-an cair membeku dalam jaluran yang berombak.

Pergerakan elektrode relatif terhadap benda kerja dapat dilakukan secara manual atau dengan bantuan peralatan mekanik (pengelasan mesin, pengelasan automatik, pengelasan robotik). Kelemahan bila pengelasan busur dilakukan secara manual, kualitas las-an sangat tergantung kepada ketrampilan pengelas.

Produktivitas dalam pengelasan busur sering diukur sebagai waktu busur (arc time), yaitu 

                   Waktu busur = waktu busur terbentuk : jam kerja 

Untuk pengelasan manual, waktu busur biasanya sekitar 20 %. Waktu busur bertambah sekitar 50 % untuk pengelasan mesin, automatik, dan robotik.

Teknologi Pengelasan Busur

Sebelum menjelaskan proses pengelasan busur secara individual, terlebih dulu akan dibahas elemen-elemen dasar yang menyertai proses ini, seperti :

-          elektrode,

-          pelindung busur (arc shielding), dan

-          sumber daya dalam pengelasan busur.

Elektrode, dapat diklasifikasikan sebagai :

-          elektrode terumpan (consumable electrodes), dan

-          elektrode tak terumpan (nonconsumable electrodes).

Elektrode terumpan; elektrode berbentuk batang atau kawat yang diumpankan sebagai logam pengisi dalam pengelasan busur. Panjang batang las pada umumnya sekitar 9 sampai 18 in. (225 sampai 450 mm) dengan diameter ¼ in. (6,5 mm) atau kurang. Kelemahan dari elektrode bentuk batang, selama pengoperasiannya harus diganti secara periodik, sehingga memperkecil waktu busur dalam pengelasan. Elektrode bentuk kawat memiliki kelebihan bahwa pengumpanan dapat dilakukan secara kontinu karena kawat memiliki ukuran jauh lebih panjang dibandingkan dengan elektrode bentuk batang. Baik elektrode bentuk batang maupun bentuk kawat kedua-duanya diumpankan ke busur listrik selama proses dan ditambahkan ke sambungan las-an sebagai logam pengisi.

Elektrode tak terumpan; dibuat dari bahan tungsten atau kadang-kadang dari bahan grafit, yang dapat tahan terhadap peleburan oleh busur. Walaupun elektrode ini tidak diumpankan, tetapi secara bertahap akan menipis selama proses pengelasan, mirip dengan keausan bertahap pada perkakas pemotong dalam operasi pemesinan. Untuk proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode tak terumpan, logam pengisi harus diumpankan secara terpisah ke genangan las-an.

Pelindung busur; pada suhu tinggi dalam pengelasan busur, logam yang disambung sangat mudah bereaksi dengan oksigen, nitrogen, dan hidrogin dalam udara bebas. Reaksi ini dapat memperburuk sifat mekanis sambungan las-an. Untuk melindungi pengelasan dari pengaruh yang tidak diinginkan tersebut, digunakan gas pelindung dan/atau fluks untuk menutup ujung elektrode, busur, dan genangan las-an cair, sehingga tidak berhubungan secara langsung dengan udara luar sampai logam las-an tersebut menjadi padat.    

Gas pelindung, digunakan gas mulia seperti argon dan helium. Dalam pengelasan logam ferrous yang dilakukan dengan pengelasan busur, dapat digunakan oksigen dan karbon dioksida, biasanya dikombinasikan dengan Ar dan/atau He, untuk melindungi las-an dari udara luar atau untuk mengendalikan bentuk las-an.

Fluks, digunakan untuk mencegah terbentuknya oksida dan pengotoran lainnya. Selama proses pengelasan, fluks melebur dan menjadi terak cair, menutup operasi dan melindungi logam las-an lebur. Terak akan mengeras setelah pendinginan dan harus dilepaskan dengan cara dipecahkan. Fluks biasanya diformulasikan untuk melakukan beberapa fungsi, seperti :

-          memberikan perlindungan pengelasan terhadap pengaruh udara luar,

-          untuk menstabilkan busur, dan

-          untuk mengurangi terjadinya percikan.

Metode pemakaian fluks berbeda untuk setiap proses. Teknik pemberian fluks dapat dilakukan dengan cara :

-          menuangkan butiran fluks pada operasi pengelasan,

-          menggunakan elektrode batang yang dibungkus dengan fluks dan fluks tersebut akan melebur selama pengelasan untuk menutup operasi, dan

-          menggunakan fluks yang ditempatkan dalam inti elektrode tabular dan fluks dilepaskan pada saat elektrode diumpankan.

Sumber daya dalam pengelasan busur,

 dapat berupa :

-          arus searah (direct current, DC), atau

-          arus bolak-balik (alternating current, AC).

Mesin las yang menggunakan arus bolak-balik lebih murah harga dan biaya pengoperasiannya, tetapi umumnya terbatas pemakaiannya hanya untuk pengelasan logam ferrous. Mesin las yang menggunakan arus searah dapat dipakai untuk semua jenis logam dengan hasil yang baik dan umumnya busur listrik dapat dikendalikan dengan lebih baik pula.

Dalam semua proses pengelasan, daya yang digunakan untuk menjalankan pengoperasian dihasilkan dari arus listrik I yang melewati busur dan tegangan E. Daya ini dikonversikan menjadi panas, tetapi tidak semua panas ditransfer ke permukaan benda kerja, karena adanya kebocoran daya dalam penghantar, adanya radiasi, percikan nyala api, dan sebagainya sehingga mengurangi jumlah panas yang dapat dimanfaatkan. Efisiensi transformasi panas (heat tranfer efficiency) f₁ berbeda untuk setiap proses pengelasan busur. Pengelasan dengan menggunakan elektrode terumpan memiliki efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan elektrode tak terumpan, karena sebagian besar panas yang dihasilkan digunakan untuk melebur elektrode dan benda kerja. Sedang pengelasan busur tungsten gas yang menggunakan elektrode tak terumpan memiliki efisiensi paling rendah. Efisiensi peleburan (melting efficiency)f₂ selanjutnya mengurangi panas yang ada untuk pengelasan. Keseimbangan daya yang dihasilkan dalam pengelasan busur didefinisikan dengan persamaan : 

                       

Laju volume pengelasan logam (volume rate of metal welded, MVR), dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :                              

                     

Contoh soal :            

Pengelasan busur tungsten gas dengan efisiensi transformasi panas f₁ = 0,7  dioperasikan pada arus I = 300 A dan tegangan E = 20 V. Efisiensi lebur f₂ = 0,5 dan energi peleburan logam U_m = 150 Btu/in.³.

Tentukan :   (a)  Daya dalam pengoperasian, P;

                   (b)  Laju pembentukan panas, HR_w;

                   (c)  Laju volume pengelasan logam, MVR.