PROSES PENGELASAN

 

                                                                

                                                            Dasar Teori

Secara sederhana dapat diartikan bahwa pengelasan merupakan proses penyambungan dua buah logam sampai titik rekristalisasi logam baik menggunakan bahan tambah maupun tidak dan menggunakan energi panas sebagai pencair bahan yang dilas. Sedangkan pengertian pengelasan menurut Widharto (2003) adalah salah satu cara untuk menyambung benda padat dengan jalan mencairkannya melalui pemanasan.

Berdasarkan definisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Wiryosumarto dan Okumura (2004) menyebutkan bahwa pengelasan adalah penyambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas.

 

Penyambungan dua buah logam menjadi satu dilakukan dengan jalan pemanasan atau pelumeran, dimana kedua ujung logam yang akan disambung di buat lumer atau dilelehkan dengan busur nyala atau panas yang didapat dari busur nyala listrik (gas pembakar) sehingga kedua ujung atau bidang logam merupakan bidang masa yang kuat dan tidak mudah dipisahkan (Arifin,1997).

 

Saat ini terdapat sekitar 40 jenis pengelasan. Dari seluruh jenis pengelasan tersebut hanya dua jenis yang paling populer di Indonesia yaitu pengelasan dengan menggunakan busur nyala listrik (Shielded metal arc welding/ SMAW) dan las karbit (Oxy acetylene welding/OAW). Pengelasan dapat dilakukan dengan berbagai cara sebagai berikut:

 

a.       Pemanasan tanpa tekanan

 

b.       Pemanasan dengan tekanan

 

c.       Tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam material itu sendiri).

 

d.       Tanpa logam pengisi dan dengan logam pengisi

Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam, tetapi juga sering digunakan untuk menyambung plastik tetapi pembahasan ini akan difokuskan pada penyambungan logam. Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, karena :

 

a.       Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen.

b.       Sambungan las dapat lebih kuat dari pada logam induknya, bila digunakan logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya.

c.       Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan material dan biaya fabrikasi.

d.       Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan pekerjaan tambahan (penggurdian lubang) dan pengencang sambungan (rivet dan baut)

e.       Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan.

Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan :

a.       Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah tenaga kerja yang mahal.

b.       Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi yang besar.

c.       Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak dapat dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk produk yang memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan atau perawatan).

d.       Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.

2.2. Pengelasan

Pengelasan yang paling popular di Indonesia yaitu pengelasan dengan busur nyala listrik (SMAW), dibeberapa Industri yang mempergunakan teknologi canggih, telah menggunakan jenis las TIG, MIG dan las tahan listrik (ERW). serta las busur terendam (SMAW).

Jenis-jenis pengelasan yang umumnya dilakukan adalah:

2.2.1  Proses pengelasan busur logam terbungkus

Pengelasan ini menggunakan batang elektrode yang dibungkus dengan fluks atau disebut dengan shielded metal arc welding (SMAW) seperti ditunjukan dalam Gambar 2.1. Untuk panjang batang elektrode biasanya sekitar 230 sampai 460 mm dan diameter 2,5 sampai 9,5 mm. Logam pengisi yang digunakan sebagai batang elektrode harus sesuai dengan logam yang akan dilas, komposisinya biasanya sangat dekat dengan komposisi yang dimiliki logam dasar.

Lapisan pembungkus terdiri dari serbuk selulosa yang dicampur dengan oksida, karbonat, dan unsur-unsur yang lain kemudian disatukan dengan pengikat silikat. Serbuk logam kadang-kadang juga digunakan sebagai bahan campuran untuk menambah logam pengisi dan menambah unsur-unsur paduan (alloy).

           Gambar 2.1 Proses pengelasan busur logam terbungkus (Aljufri, 2008)

Selama proses pengelasan bahan fluks yang digunakan untuk membungkus elektrode, akibat panas busur listrik, mencair membentuk terak yang kemudian menutupi logam cair yang menggenang di tempat sambungan dan bekerja sebagai penghalang oksidasi.

Pemindahan logam elektrode terjadi pada saat ujung elektrode mencair membentuk butir-butir yang terbawa oleh arus busur listrik yang terjadi. Arus listrik yang digunakan sekitar 30 sampai 300 A pada tegangan 15 sampai 45 V. Pemilihan daya yang digunakan tergantung pada  logam  yang  akan  dilas,  jenis  dan  panjang  kawat  elektroda,  serta dalam penetrasi las-an yang diinginkan.

2.2.2.  Proses engelasan busur terendam (submerged arc welding/SAW)

Ini adalah salah satu pengelasan dimana logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampang fluks dan elektroda yang merupakan kawat pejal diumpankan secara terus menerus, dalam pengelasan ini busur listriknya terendam dalam fluks dapat dilihat pada Gambar 2.2. Prinsip las busur terendam ini material yang dilas adalah baja karbon rendah, dengan kadar karbon tidak lebih dari 0, 05 %.

Baja karbon menengah dan baja konstruksi paduan rendah dapat juga dilas dengan proses SAW, namun harus dengan perlakuan panas khusus dan elektroda khusus.

             Gambar 2.2. Proses pengelasan busur terendam (Widharto, 2003)

2.2.3.  Proses pengelasan busur logam gas (Gas metal arc welding)

Pengelasan ini merupakan proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode terumpan dalam bentuk kawat (Gambar 2.3). Busur api listrik sebagai sumber panas untuk peleburan logam, perlindungan terhadap logam cair menggunakan gas mulia (inert gas) atau CO₂. Proses Gas metal arc welding (GMAW) dimodifikasikan juga dengan proses menggunakan fluks yaitu dengan penambahan fluks yang magnetig (magnetizen - fluks) atau fluks yang diberikan sebagai inti (fluks cored wire). Pengelasan busur logam gas banyak digunakan dalam pabrik untuk mengelas berbagai jenis logam ferrous dan nonferrous. Keuntungan pengelasan busur logam gas dibandingkan pengelasan manual adalah :

-      Waktu busur lebih besar

-      Pengelasan biasanya dilakukan secara automatis.

-      Sampah sisa logam pengisi jauh lebih sedikit.

-      Terak yang ditimbulkan lebih sedikit karena tidak memakai fluks.

-      Laju pengelasan lebih tinggi.

-      Kualitas daerah las-an sangat baik.

Gambar.2.3 Proses pengelasan busur logam gas (Aljufri, 2008)

2.2.4.   Proses pengelasan busur berinti fluks (Flux-cored arc welding/FCAW)

 

Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram), sedangkan bahan penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang dilas dan terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari torch biasanya berupa gas argon 99 %.

Pada proses pengelasan ini peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Proses Pengelasan Busur Tungsten Gas (Wiryosumarto, 2000)

Terdapat dua jenis pengelasan busur inti-fluks, yaitu :

-      Pelindung sendiri (self shielded), dan

-      Pelindung gas (gas shielded).

Pengelasan busur inti-fluks dengan pelindung sendiri di dalam inti

kawat terdapat fluks dan unsur lain, yang dapat menghasilkan gas untuk melindungi busur dari pengaruh atmosfir. Pengelasan busur inti fluks dengan pelindung gas, di dalam inti kawat tidak ditambahkan unsur penghasil gas. Gas pelindung ditambahkan secara terpisah, sama seperti pada pengelasan busur logam gas. Keuntungan pengelasan inti fluks antara lain :

-      Elektrode dapat diumpankan secara kontinue

-      Kualitas las-an sangat baik, sambungan las-an halus dan seragam.

2.2.5. Proses pengelasan busur tungsten gas (Gas Tungsten Arc Welding)

Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram) sering disebut dengan Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), sedangkan bahan penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang dilas dan terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari torch biasanya berupa gas argon 99%. Pada proses pengelasan ini peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Proses pengelasan busur tungsten gas (Wiryosumarto, 2000)

2.3.  Desain Sambungan Las

Desain sambungan las dan bentuk sambungan (welding joint), serta bentuk dan ukuran alur las dalam konstruksi untuk merancang sambungan las adalah:

a.         Persyaratan umum atau spesifikasi mutu (kekuatan) yang di inginkan. 

b.        Bentuk dan ukuran konstruksi las 

c.         Tegangan timbul akibat pengelasan (residual stress), maupun tegangan yang diperhitungkan akan timbul akibat pemakaian (pembebanan)

 

d.        Jenis proses las yang boleh dipakai

Beberapa Standar telah mengatur jenis – jenis sambu ngan, ada Sembilan jenis alur sambungan (kampuh) las yang utama seperti pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Jenis-jenis alur sambungan las (Harsono, 2000)

2.4.  Arus Pengelasan

Besarnya aliran listrik yang keluar dari mesin las disebut dengan arus pengelasan. Arus las harus disesuaikan dengan jenis bahan dan diameter elektroda yang di gunakan dalam pengelasan. Untuk elektroda standart American Welding Society (AWS), dengan contoh AWS E6013 untuk arus pengelasan yang digunakan sesuai dengan diameter kawat las yang dipakai dapat dilihat pada Tabel 2.1. Penggunaan arus yang terlalu kecil akan mengakibatkan penembusan atau penetrasi las yang rendah, sedangkan arus yang terlalu besar akan mengakibatkan terbentuknya manik las yang terlalu lebar dan deformasi dalam pengelasan.

Tabel 2.1 Hubungan diameter elektroda dengan arus pengelasan (Howard, 1998)

Diameter Kawat las (mm)	Arus las (Amper)
1.6	25	- 45
2.0	50	- 75
2.5	70	- 95
3.25	95 - 130
4.0	135	- 180
5.0	155	- 240

 2.5 Daya dan Energi Listrik

     2.5.1.   Daya Listrik.

         Daya adalah banyaknya energi yang digunakan pada selang waktu tertentu. Daya listrik yang dihasilkan dalam suatu rangkaian yang melibatkan tahanan listrik merupakan perkalian tegangan dan arus listrik.

(Gatot, 1999). Untuk mencari daya (P) dapat dihitung dengan persamaan berikut :

 

P =	W	(2.1)
	t

 

Dimana :

 

W        =          Besarnya energi (Joule)

 

t             = Jumlah satuan waktu detik (s) P = Besarnya daya listrik watt (w)

 

 

Daya juga bisa dihitung dengan persamaan lain yaitu dengan diketahui tegangan dan arus, dengan persamaan dibawah ini.

 

 

P   = V x I

(2.2)

 

Dimana :

 

V    =   Besarnya tegangan (Volt)

 

I            = Besarnya arus listrik (Amper) P = Besarnya daya listrik (Watt)

 

 

2.5.2.   Energi Listrik

 

Proses pengelasan menggunakan energi listrik yang diubah menjadi energi panas untuk melelehkan atau mencairkan logam (Gatot, 1999). Apabila penggunaan energi ini selama selang waktu t detik, maka energi dapat dihitung dengan persamaan berikut :

W = Vab  x I x t	(2.3)
W = I2  x R x t	(2.4)

Dimana :

V_ab   =    Perbedaan potensial (Volt)

I                 =  Besarnya arus (Amper)

t = Satuan waktu (detik) W = Besarnya energi (Joule)