Pendidikan Vokasional: proses welding ( pengelasan )

Berdasarkan defenisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) dalam Harsono & Thoshie (2000:1), mendefinisikan bahwa “las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam paduan yang dilakukan dalam keadaan lumer atau cair”. Dari definisi tersebut dapat dijelaskan lebih lanjut bahwa las adalah suatu cara untuk menyambung logam dengan cara mencairkan logam melalui pemanasan lokal pada benda yang akan disambung.

Sebelum melaksanakan pekerjaan pengelasan perlunya dibuat prosedur pengelasan secara terperinci termasuk menentukan alat yang diperlukan sesuai dengan rencana pembuatan dan kualitas produksi. Mutu dari hasil pengelasan tergantung dari pengerjaan lasnya sendiri dan juga tergantung dari persiapan sebelum pelaksanaan pengelasan.

Adapun persiapan yang dilakukan sebelum proses pengelasan adalah pemilihan jenis las yang akan digunakan, persiapan sisi yang akan di las dan jenis posisi pengelasan.

a. Jenis-Jenis Pengelasan

Harsono & Thoshie (2000:212) “Dalam konstruksi baja umumnya las yang digunakan biasanya adala las busur listrik dengan elektroda terbungkus, las busur listrik dengan pelindung gas CO² dan las busur listrik terendam”. Dari masing-masing jenis pengelasan mempunyai keunggulan dan kelemahan, untuk itu perlunya suatu pertimbangan dalam menentukan proses pengelasan yang akan digunakan.

1) SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

SMAW (Shielded Metal Arc Welding) atau Las elektroda terbungkus adalah proses pengelasan dengan mencairkan material dasar yang menggunakan panas dari listrik melalui ujung elektroda dengan pelindung berupa flux atau slag yang ikut mencair ketika pengelasan.

Gambar 9. Proses SMAW

Pada proses las elektroda terbungkus, busur api listrik yang terjadi antara ujung elektroda dan benda kerja (base metal) akan menghasilkan panas. Panas inilah yang mencairkan ujung elektroda (kawat las) dan benda kerja secara setempat. Busur listrik yang terjadi dibangkitkan oleh mesin las. Elektroda yang dipakai berupa kawat yang dibungkus oleh pelindung berupa fluks. Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las akan terisi oleh logam cair yang berasal dari elektroda dan logam induk, terbentuklah kawah cair, lalu membeku maka terjadilah logam lasan (weldment) dan terak (slag).

Bagian yang sangat penting dalam las elektroda terbungkus adalah elektroda. Jenis elektroda yang digunakan akan sangat menetukan hasil pengelasan.

Kelebihan dari jenis pengelasan SMAW adalah:

1. Dapat dipakai dimana saja, diluar, dibengkel dan didalam air

2. Dapat mengelas berbagai macam tipe dari material

3. Set-up yang cepat dan sangat mudah untuk diatur

4. Dapat dipakai mengelas semua posisi

5. Elektroda mudah didapat dalam banyak ukuran dan diameter

6. Perlatan yang digunakan sederhana, murah dan mudah dibawa kemana-mana.

7. Kebisingan rendah (rectifier)

8. Tidak terlalu sensitif terhadap korosi,oli dan gemuk

Kekurangan dari jenis pengelasan SMAW adalah:

1. Pengelasan terbatas hanya sampai sepanjang elektoda dan harus melakukan penyambungan.

2. Setiap akan melakukan pengelasan berikutnya slag harus dibersihkan.

3. Tidak dapat digunakan untuk pengelasan bahan baja non- ferrous.

4. Mudah terjadi oksidasi akibat pelindung logam cair hanya busur las dari fluks.

5. Diameter elektroda tergantung dari tebal pelat dan posisi pengelasan.

2) MIG ( Metal Inert Gas )

Las MIG ( Metal Inert Gas ) yaitu merupakan proses penyambungan dua material logam atau lebih menjadi satu melalui proses pencairan setempat, dengan menggunakan elektroda gulungan (filler metal) yang sama dengan logam dasarnya (base metal) dan menggunakan gas pelindung ( inert gas ).

Las MIG (Metal Inert Gas) merupakan las busur gas yang menggunakan kawat las sekaligus sebagai elektroda. Elektroda tersebut berupa gulungan kawat ( rol ) yang gerakannya diatur oleh motor listrik. Las ini menggunakan gas argon dan helium sebagai pelindung busur dan logam yang mencair dari pengaruh atmosfir.

Proses pengelasan MIG ( metal inert gas ), panas dari proses pengelasan ini dihasilkan oleh busur las yang terbentuk diantara elektroda kawat (wire electrode) dengan benda kerja. Selama proses las MIG elektroda akan meleleh kemudian menjadi deposit logam las dan membentuk butiran las (weld beads). Gas pelindung digunakan untuk mencegah oksidasi dan melindungi hasil las selama masa pembekuan (solidification).

Proses pengelasan MIG beroperasi menggunakan arus searah (DC), biasanya menggunakan elektroda kawat positif. Ini dikenal sebagai polaritas “terbalik” (reverse polarity). Polaritas searah sangat jarang digunakan karena transfer logam yang kurang baik dari elektroda kawat ke benda kerja. Hal ini karena polaritas searah, panas terletak pada elektroda. Proses pengelasan MIG menggunakan arus sekitar 50 A hingga mencapai 600 A, biasanya digunakan untuk tegangan las 15 volt hingga 32 volt. Adapun proses las MIG dapat dilihat pada gambar 10.

Gambar 10. Proses pengelasan las MIG

Penggunaan Las MIG ( Metal Inert Gas ) dalam berbagai pengelasan memiliki beberapa kelebihan antara lain dapat disebutkan berikut ini :

a. Sangat efisien dan proses pengerjaan yang cepat

b. Dapat digunakan untuk semua posisi pengelasan (welding positif)

c. Tidak menghasilkan slag atau terak,layaknya terjadi pada las SMAW

d. Memiliki angka deposisi (deposition rates) yang lebih tinggi dibandingkan SMAW

e. Membutuhkan kemampuan operator yang baik

f. Proses pengelasan MIG ( metal inert gas ) sangat cocok untuk pekerjaan konstruksi

g. Membutuhkan sedikit pembersihan post-weld

Pada proses pengelasan MIG ( Metal Inert Gas ) memiliki beberapa kelemahan , antara lain :

a. Wire-feeder yang memerlukan pengontrolan yang kontinu

b. Sewaktu waktu dapat terjadi Burnback

c. Cacat las porositi sering terjadi akibat pengunaan kualitas gas pelindung yang tidak baik.

d. Busur yang tidak stabil, akibat ketrampilan operator yang kurang baik.

e. Pada awalnya set-up pengelasan merupakan permulaan yang sulit

3) FCAW (Flux Cored Arc Welding)

FCAW adalah Las busur listrik fluk inti tengah / pelindung inti tengah. FCAW merupakan kombinasi antara proses SMAW, GMAW dan SAW. Sumber energi pengelasan : menggunakan arus listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau melalui trafo dan atau rectifier. Dalam hal ini dapat menggunakan DCRP atau DCSP.

FCAW adalah salah satu jenis las listrik yang memasok filler elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang terbentuk di antara ujung filler elektroda dan metal induk.

Elektroda pada FCAW terbuat dari metal tipis yang digulung cylindrical , diisi dengan flux sesuai kegunaannya.
Pelindung proses pengelasan ini dari kemungkinan kontaminasi dari luar, terlaksana dengan :

a. Gas yang dihasilkan pada proses pengelasan

b. Terak yang dihasilkan cukup banyak karena berada pada inti elektroda.

c. Tambahan gas pelindung dari luar jika diinginkan

Proses FCAW pada dasarnya sama dengan GMAW dan yang menjadi pembeda utamanya adalah elektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks. Berdasarkan metode pelindung, FCAW dibedakan :

a. Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri) , yaitu melindungi las yang mencair dengan gas dari hasil penguapan dan reaksi inti fluks.

b. Gas shielding FCAW (perlindungan gas) adalah dual gas, yaitu melindungi las yang mencair selain dengan gas sendiri juga ditambah gas pelindung dari luar sistem.

Kedua jenis pelindung di atas sama-sama menghasilkan terak las yang memadai untuk melindungi metal las yang akan beku. Perbedaannya terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun). Berdasarkan cara pengoperasiannya, FCAW dibedakan menjadi :

1. Semi otomatik (semi automatic)

2. Otomatik (machine otomatik)

Sifat-sifat utama (Principal features) FCAW dalam proses pengelasan :

1. Produktivitas yang kontinu dari pasokan elektroda las

2. Sifat metalurgy las yang dapat dikontrol dari pemilihan fluks

3. Pembentukan manik las yang cair dapat ditopang oleh slag yang tebal dan kuat

Pelindung gas umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon. Namun dengan keberadaan oksigen kadang akan menimbulkan problem baru yaitu dengan porosity yang dihasilkan reaksi CO2 dan oxygen yang ada di udara sekitar lasan, sehingga perlu memilih fluks yang mengandung zat yang bersifat pengikat oxygen atau deoxydizer.

Alasan self shielding populer digunakan di luar ruangan (FIELD WORK), yaitu :

1. Menggunakan keluaran elektroda (Electrode extension) yang panjang, antara ½ “ s/d 3 ¾ “ (12 s/d 95 mm)

2. Dengan electrode extension yang tinggi akan menghindari hambatan pengaruh pemanasan elektroda (seperti preheat) yang dapat menstabilkan tegangan listrik (V) serta menurunkan arus lsitrik (A).

3. Penetrasi hasil pengelasan dangkal dan menyempit yang baik untuk proses build up pada gap yang melebar

4. Apabila sistem pengendalian Voltage dan amperage pada power station dapat dipertahankan, maka deposition rate meningkat pesat, sehingga meningkatkan produktivity

5. Penetrasi dapat disesuaikan dan untuk menghasilkan penetrasi dangkal, pemakaian arus dan polarity harus DCRP dan penetrasi dalam dengan DCSP

Penggunaan utama FCAW :

1. Baja karbon (carbon steel)

2. Baja karon Alloy rendah (Low alloy carbon steel)

3. Baja tahan karat (Stainless steel)

4. Besi tuang (Cast Iron)

5. Las titik baja tipis (Sheet steel spot welding)

6. Pengerasan & pelapisan permukaan (Steel hard facing and cladding)

Lay out mesin otomatik FCAW dioperasikan dengan arus DC constant dengan voltage 100% duty cycle.
Umumnya penggunaan side shielding ialah untuk pengelasan yang sempit, penetrasi kampuh yang dalam dan mengurangi spatter dan nozzle dapat dengan pendinginan gas atau air. Pendinginan air apabila menggunakan arus di atas. 600 A Penggunaan nozle secara tandem, untuk deposition rate yang tinggi dengan pelindung gas dapat dilakukan.

Gas pelindung pada FCAW adalah CO2, dengan keuntungan :

1. Harga murah

2. Meningkatkan daya penetrasi, walaupun dapat meningkatkan transfer globular mode mechanism

Jika komposisi CO2 pada material rendah maka pengelasan yang mencair akan mengambilnya dari udara sekitarnya, sehingga hasil lasan baik dan tanpa porosity.
Jika komposisi karbon tinggi akan cenderung menghasilkan lasan yang banyak porosity, sehingga pemilihan fluks yang mempunyai daya antioksidasi (oxidizer) perlu dipertimbangkan, sehingga mutu lasan dapat memenuhi tanpa porosity. Base metal (metal dasar) yang dilas dengan FCAW ialah secara umum seluruh material yang dapat dilas dengan SMAW, GMAW atau SAW dapat dilakukan dengan baik.

b. Jenis-Jenis Sambungan Dalam Pengelasan

Harsono & Thoshie (2000:157) “sambungan las dalam konstruksi baja pada dasarnya dibagi dalam sambungan tumpul, sambungan T, sambungan sudut dan sambungan tumpang”.

Gambar 11. Jenis-jenis sambungan

Pada proses pengelasan terdapat lima jenis desain dasar sambungan las. Kelima jenis dasar sambungan tersebut adalah sambungan Tumpul (Butt), Sudut (Corner), T (Tee), Tumpang (Lap), dan Sisi (Edge), seperti terihat Gambar 11. Lima jenis dasar sambungan las dapat dibuat dalam empat posisi pengelasan yang berbeda, yaitu posisi flat (datar), vertical, horizontal, dan diatas kepala seperti ditunjukkan pada gambar 12.

Gambar 12 . Posisi pengelasan pada kelima jenis sambungan las

Dalam merencanakan konstruksi yang memiliki sambungan pengelasan, harus dipilih secara benar dan tepat mengenai jenis-jenis sambungan las, yang disesuaikan dengan fungsi dan kegunaannya. Yang perlu dipertimbangkan bahwa sambungan pengelasan harus mampu menerima beban dinamis maupun beban statis.

c. Jenis-jenis Alur Pengelasan

Setelah penentuan jenis pengelasan dan jenis sambungan pengelasan, maka persiapan selanjutnya adalah mempersiapkan sisi yang akan dilas. Apakah pada sisi tersebut dibuat alur V atau X dan lain sebagainya.