Proses Pengelasan

A.  PENGELASAN LEBUR / FUSI

1.     Pengelasan Busur

Pengelasan busur adalah pengelasan lebur dimana penyatuan logam dicapai dengan menggunakan panas dari busur listrik.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 (5500o 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.

a.     Teknologi Pengelasan Busur

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

ü  elektrode,

ü  pelindung busur (arc shielding), dan

ü  sumber daya dalam pengelasan busur.

Elektrode, dapat diklasifikasikan sebagai 

v  Elektrode terumpan (consumable electrodes)

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.

v  Elektrode tak terumpan (nonconsumable electrodes).

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 :

v  Memberikan perlindungan pengelasan terhadap pengaruh udara luar,

v  untuk menstabilkan busur, dan

v  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 :

Ø  Arus searah (direct current, DC), atau

Ø  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:

HRw = f1 f2 I E = Um Aw v

dimana :

E = tegangan,V

I = arus, A;

                        HRw  laju pembentukan panas pada las-an (rate of heat generation at the weld), Watt atau Joule/sec. atau Btu/sec.

                                     Catatan : 1 Btu = 1055 J

                        Um  =  energi peleburan logam (melting enrgy for metal), Btu/in3.

                        Aw      =          luar permukaan las-an, mm2 atau in2

                        v          =          kecepatan gerak pengelasan, mm/sec. atau in/min.

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

                                    MVR = HRw / Um , in.3/sec.

1)      Proses Pengelasan Elektrode Terumpan

Pengelasan elektrode terumpan adalah proses pengelasan dimana pada saat terjadi busur listrik elektrode ikut mencair dan berfungsi sebagai logam pengisi. Terdapat beberapa pengelasan busur yang menggunakan elektrode terumpan, seperti antara lain :

ü  Pengelasan busur elektrode terbungkus (shielded metal arc welding, SMAW),

ü  pengelasan busur logam gas (gas metal arc welding, GMAW),

ü  pengelasan busur inti-fluks (flux-cored arc welding, FCAW),

ü  pengelasan elektrogas (electrogas welding, EGW),

ü  pengelasan busur rendam (submerged arc welding, SAW).

a)      Pengelasan busur elektrode terbungkus

Pengelasan ini menggunakan batang elektrode yang dibungkus dengan fluks.Panjang batang elektrode biasanya sekitar 9 sampai 18 in (230 sampai 460 mm) dan diameter 3/32 sampai 3/8 in. (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 selulose 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). 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 elektrode, serta dalam penetrasi las-an yang diinginkan. 

b)      Pengelasan busur logam gas

Pengelasan ini merupakan proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode terumpan dalam bentuk kawat.Selama proses pengelasan berlangsung, gas dihembuskan ke daerah las-an untuk melindungi busur dan logam yang mencair terhadap atmosfir.  Diameter kawat yang digunakan berkisar antara 1/32 sampai ¼ in. (0,8 sampai 6,4 mm), tergantung pada ketebalan bagian logam yang akan disambung. Gas pelindung yang digunakan adalah gas mulia seperti argon, helium, dan karbon dioksida. Pemilihan gas yang akan digunakan tergantung pada logam yang akan dilas, dan juga faktor-faktor yang lain. Gas mulya digunakan untuk pengelasan paduan aluminium dan baja anti karat, sedang CO2 biasanya digunakan untuk pengelasan baja karbon rendah atau medium.

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, dan

·         kualitas daerah las-an sangat baik.

c)      Pengelasan busur inti-fluks

Proses pengelasan busur ini dikembangkan untuk mengatasi kekurangan elektrode terbungkus yang memiliki panjang batang terbatas. Pengelasan busur inti-fluks menggunakan elektrode tabung dengan inti fluks dan ditambah unsur-unsur lain. Unsur-unsur lain yang ditambahkan dalam inti fluks tersebut adalah :

·         Unsur-unsur deoksidiser, dan

·         unsur-unsur pemadu (alloying).

Kawat inti-fluks tabular sangat lentur/fleksibel sehingga dapat digulung dan diumpankan secara kontinu melalui pistol las busur (arc welding gun.Terdapat dua jenis pengelasan busur inti-fluks, yaitu :

Ø  Pelindung sendiri (self shielded), dan

Ø  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, adalah :

Ø  Elektrode dapat diumpankan secara kontinu, dan

Ø  kualitas las-an sangat baik, sambungan las-an halus dan seragam.

d)     Pengelasan elektrogas

Pengelasan elektrogas adalah proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode terumpan secara kontinu, baik menggunakan kawat inti-fluks atau kawat elektrode telanjang (bare electrode wire) dengan pelindung gas yang ditambahkan dari luar. Proses pengelasan ini terutama digunakan dalam las tumpu vertikal, seperti ditunjukkan dalam gambar 13.5. Kedua bagian logam yang akan disambung dijepit dengan sepatu cetak yang didinginkan dengan air agar dapat menahan panas logam cair. Sepatu cetak, bersama-sama dengan kedua ujung logam yang akan dilas, membentuk rongga cetak. Kawat elektrode dalam proses pengelasan ini biasanya diumpankan secara automatis. Busur terjadi antara elektrode dan logam dasar sehingga logam cair yang dihasilkan akan mengisi rongga cetak secara bertahap. Pada saat logam las-an membeku sepatu cetak secara automatis bergerak ke atas

e)      Pengelasan busur rendam

Pengelasan busur rendam adalah proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode kawat telanjang yang diumpankan secara kontinu, dan busur las ditutup dengan serbuk fluks.Kawat elektrode diumpankan secara automatis dari gulungan ke busur. Fluks dituangkan melalui suatu tabung pengumpan di depan elektrode, sehingga busur listrik yang timbul antara elektrode dengan logam dasar terendam oleh serbuk fluks sepanjang alur las-an.

Panas yang ditimbulkan oleh busur mencairkan logam dan serbuk fluks. Fluks cair akan mengapung di atas logam cair, membentuk selubung yang dapat mencegah percikan dan terjadinya oksidasi. Setelah dingin, terak membeku dan mudah dihilangkan, sedang serbuk yang tersisa diisap dengan sistem vakum dan dapat dimanfaatkan kembali.

Keuntungan penggunaan pengelasan busur rendam adalah karena serbuk fluks menutup seluruh operasi pengelasan, sehingga:

Ø  Dapat meghindarkan terjadinya percikan dan semburan nyala api, radiasi, dan hal-hal berbahaya lainnya.

Ø  tidak perlu menggunakan kaca pengaman,

Ø  pendinginan berjalan dengan lambat, sehingga kualitas sambungan las-an sangat baik, memiliki ketangguhan dan keuletan yang tinggi.

Sifat-sifat yang merugikan adalah :

Ø  Karena busur tidak tampak, maka penentuan pengelasan yang salah dapat menggagalkan seluruh hasil pengelasan,

Ø  pengelasan terbatas hanya pada posisi horisontal.

Ø  Pengelasan busur rendam banyak digunakan dalam fabrik untuk pengelasan ;

Ø  Bentuk-bentuk profil, seperti I-beam, T-beam, dan sebagainya;

Ø  Kampuh memanjang dan melingkar dengan diameter besar seperti pipa, tangki, dan tabung tekanan tinggi.

2)      Proses Pengelasan Elektrode Tak Terumpan

Pengelasan elektrode tak terumpan pada umumnya menggunakan elektrode wolfram yang dapat menghasilkan busur listrik tanpa turut mencair, dan sebagai logam pengisi digunakan logam lain yang terpisah dari elektrode tersebut.

Terdapat beberapa pengelasan busur elektrode tak terumpan, seperti antara lain :

Ø  Pengelasan busur tungsten gas (gas tungsten arc welding, GTAW),

Ø  pengelasan busur plasma (plasma arc welding, PAW), dan

Ø  beberapa pengelasan busur yang lain.

a.       Pengelasan busur tungsten gas

Pengelasan busur tungsten gas adalah proses pengelasan busur yang menggunakan elektrode tungsten dan gas mulia sebagai pelindung busur. Pengelasan ini juga dikenal dengan nama pengelasan gas mulia tungsten (tungsten inert gas welding, TIG) atau pengelasan gas mulia wolfram (wolfram inert gas welding, WIG).

Pengelasan busur tungsten gas dapat dilakukan dengan logam pengisi maupun tanpa logam pengisi.Bila digunakan logam pengisi, harus ditambahkan dari luar baik berupa kawat atau batangan, yang akan dilebur oleh panas busur yang timbul antara elektrode dan logam dasar. Tetapi bila digunakan untuk mengelas pelat tipis kadang-kadang tidak diperlukan logam pengisi. Tungsten dipilih sebagai elektrode karena memiliki titik lebur tinggi yaitu 3410OC. Sebagai gas pelindung biasanya digunakan argon, helium, atau gabungan dari kedua unsur ini.

Pengelasan busur tungsten gas dapat digunakan hampir untuk semua jenis logam dengan berbagai ketebalan, tetapi paling banyak digunakan untuk pengelasan aluminium dan baja tahan karat. Pengelasan ini dapat digunakan secara manual atau dengan mesin secara automatis.

Kelebihan dari pengelasan ini adalah :

Ø  Kualitas las-an sangat baik,

Ø  tidak ada percikan las-an, karena tidak ada logam pengisi yang ditransfer melewati busur,

Ø  sedikit atau tidak ada terak karena tidak digunakan fluks.

b.      Pengelasan busur plasma

Pengelasan busur plasma merupakan bentuk khusus dari pengelasan busur tungsten gas dengan mengarahkan busur plasma ke daerah las-an. Dalam gambar 13.7 terlihat bahwa pemanasan gas dilakukan dengan mengkonsentrasikan busur melalui lubang halus (nosel), dan melalui lubang tersebut dialirkan pula gas mulia (misalnya, argon atau campuran argon-hidrogen). Dalam pengelasan ini juga digunakan gas pelindung seperti argon, argon-hidrogen, dan helium.         

Suhu plasma sekitar 28.000OC atau lebih besar, cukup panas untuk mencairkan setiap logam yang dikenal. Panas ini diperoleh akibat terkonstrasinya daya sehingga dihasilkan pancaran plasma dengan densitas energi yang sangat tinggi.

Karena memiliki konsentrasi energi sangat tinggi pada daerah yang kecil, maka busur plasma sering digunakan untuk proses pemotongan logam dengan ketebalan mencapai 100 mm atau lebih.

2.     Pengelasan Busur yang Lain

Pengelasan busur yang telah dijelaskan sebelumnya merupakan proses pengelasan yang memiliki nilai komersial sangat tinggi. Beberapa pengelasan busur yang lain, akan dibahas disini karena memiliki prinsip kerja yang khusus, yaitu :

Ø Pengelasan busur karbon (carbon arc welding, CAW), dan

Ø  pengelasan lantak (stud welding, SW).

Pengelasan busur karbon, adalah proses pengelasan busur elektrode tak terumpan yang pertama kali dikembangkan. Proses busur karbon digunakan sebagai sumber panas pembrasingan dan untuk mengendapkan bahan tahan aus di atas permukaan logam yang lain. Saat ini elektrode karbon telah digantikan dengan tungsten.

Pengelasan lantak, digunakan untuk mengelas ujung logam pada bidang datar. Alatnya berbentuk pistol, memegang ujung batang logam yang akan dilas. Bila picu ditekan, ujung logam terangkat untuk membentuk busur kemudian ditekan kembali kecairan logam.Operasi menggunakan pengatur waktu sesuai dengan ukuran logam yang akan dilas. Busur dilindungi oleh tabung keramik, yang sekaligus menahan logam cair dan melindungi operator. 

3.     Pengelasan Resistansi Listrik

Pada pengelasan ini, permukaan lembaran logam yang akan disambung ditekan satu sama lain dan arus yang cukup besar kemudian dialirkan melalui logam sehingga menimbulkan panas pada sambungan. Panas tertinggi muncul di daerah yang memiliki resistansi listrik tertinggi, yaitu pada permukaan kontak ke dua lembaran logam. Komponen-komponen utama dalam pengelasan resistansi listrik ditunjukkan dalam gambar 13.9 untuk operasi pengelasan titik. Komponen–komponen tersebut termasuk benda kerja yang akan dilas (biasanya lembaran logam), dua buah elektrode yang saling berhadapan, dan sumber listrik arus bolak-balik . Hasil dari operasi tersebut dalam daerah lebur antara dua bagian benda kerja, dalam pengelasan titik disebut manik las (weld nugget).

Dalam pengelasan ini tidak digunakan gas pelindung, fluks, atau logam pengisi, dan elektrode yang menghubungkan daya listrik merupakan elektrode tak terumpan. Pengelasan risistansi listrik diklasifikasikan sebagai pengelasan lebur karena panas yang timbul melebur permukaan kontak ke dua lembaran logam tersebut. Namun demikian, terdapat pengecualian, beberapa pengelasan resistansi listrik menggunakan suhu di bawah titik lebur logam yang disambung, jadi tidak terjadi proses peleburan.

Sumber panas pada pengelasan resistansi listrik

Energi panas yang diberikan pada operasi pengelasan tergantung pada aliran arus listrik, resistansi rangkaian, dan panjang waktu arus dialirkan, seperti rumus berikut ini.

H = I2 R t 

dimana :H = panas yang dihasilkan, W-sec. atau J (1 J= 1/1055 Btu);

                    I = arus listrik, A;

                   R = resistansi listrik, (;

                    t = waktu, detik (sec.)

Arus yang digunakan dalam pengelasan resistansi listrik ini sangat besar (umumnya, 5000 sampai dengan 20.000 A), tetapi tegangan relatif rendah (biasanya di bawah 10 V). Panjang waktu arus dialirkan pada umumnya sangat singkat, untuk pengelasan titik sekitar 0,1 sampai dengan 0,4 detik.

Alasan mengapa diperlukan arus sangat besar, adalah :

Bilangan kuadrat dalam rumus di atas menyatakan bahwa arus mempunyai pengaruh yang besar terhadap besarnya panas yang dihasilkan, resistansi listrik dalam rangkaian sangat rendah (sekitar 0,0001 ().

Resistansi listrik dalam rangkaian merupakan penjumlahan antara :

Ø  Resistansi pada kedua elektrode,

Ø  Resistansi pada kedua lembaran benda kerja,

Ø  Resitansi permukaan kontak antara elektrode dan benda kerja,

Ø  Resitansi permukaan kontak antara benda kerja dengan benda kerja yang lain.

Kondisi yang ideal bila resistansi terbesar dihasilkan oleh permukaan kontak ke dua benda  kerja, sehingga panas tertinggi dihasilkan pada lokasi ini, sesuai dengan yang diharapkan. Resistansi pada permukaan kontak ini tergantung pada penyelesaian permukaan, kebersihan (tidak ada cat, minyak, dan pengotoran yang lain), daerah kontak, dan tekanan.

Keberhasilan dalam pengelasan resistansi listrik tergantung pada tekanan dan panas. Fungsi tekanan yang utama dalam pengelasan ini adalah :

Ø  Menekan elektrode ke permukaan benda kerja, dan permukaan benda kerja dengan benda kerja yang lain agar terjadi kontak, sehingga dapat dialiri arus listrik;

Ø  Menekan permukaan kontak menjadi satu agar diperoleh sambungan bila suhu pengelasan telah dicapai.

Kelebihan pengelasan resistansi listrik adalah :

Ø  Tidak menggunakan logam pengisi,

Ø  Kecepatan produksi tinggi,

Ø  Tidak diperlukan operator dengan ketrampilan tinggi, karena mesin dijalankan secara automatis,

Ø  Memiliki kemampuan ulang (repeatability) dan keandalan yang baik.

Ø  Sedang kelemahan dari pengelasan resistansi listrik ini, adalah :

Ø  Biaya investasi tinggi, karena harga peralatan mahal,

Ø  Hanya dapat mengerjakan sambungan tumpang (lap joint),

a.       Proses Pengelasan Resistansi Listrik

Terdapat beberapa proses pengelasan resistansi listrik yang sering digunakan dalam industri, yaitu :

Ø  Pengelasan titik resistansi listrik (resistance spot welding, RSW),

Ø  Pengelasan kampuh resistansi listrik (resistance seam welding, RSEW),

Ø  Pengelasan proyeksi resistansi listrik (resistance projection welding, RPW),

Ø  Pengelasan resistansi listrik yang lain.

Pengelasan titik resistansi listrik; merupakan pengelasan resistansi listrik yang paling banyak digunakan, seperti dalam produksi massal automobil, alat-alat rumah tangga, furnitur logam, dan produk-produk lain yang terbuat dari lembaran logam.

Pada proses pengelasan ini peleburan bidang kontak pada lembaran logam sambungan tumpang dicapai dengan menggunakan elektrode yang saling berhadapan. Ketebalan lembaran logam yang disambung sekitar 0,125 in. (3mm) atau kurang, biasanya dilakukan pada sederetan las-an titik, dalam kondisi sambungan las-an tidak kedap udara. Ukuran dan bentuk las-an titik ditentukan oleh ujung elektrode, pada umumnya berbentuk bulatan; tetapi kadang-kadang berbentuk yang lain seperti segi enam, segi empat, dan bentuk-bentuk yang lain. Manik las-an yang dihasilkan pada umumnya memiliki diameter 0,2 sampai dengan 0,4 in. (5 sampai dengan 10 mm), dan HAZ berada disekelilingnya. elektrode ditutup dan gaya tekan diberikan; arus listrik dialirkan (disebut waktu las); arus listrik diputus, tekanan tetap atau ditambah (arus yang kecil kadang-kadang digunakan sesaat menjelang akhir tahapan ini, untuk menghilangkan tegangan sisa dari daerah las-an); elektrode dibuka, dan benda kerja yang telah dilas dipindahkan.

Material elektrode yang biasa digunakan terdiri dari dua kelompok, yaitu : paduan tembaga, dan komposisi logam tahan api seperti kombinasi tembaga dan tungsten.

Kelompok yang kedua memiliki sifat tahan aus yang tinggi, sehingga banyak digunakan dalam proses manufaktur. Perkakas akan selalu mengalami keausan secara bertahap bila digunakan berulang-ulang. Dalam praktek, elektrode didesain dengan saluran air pendingin.

Karena penggunaan dari pengelasan titik semakin meluas, maka berbagai mesin dan metode telah dikembangkan untuk melakukan operasi pengelasan titik, termasuk :

Ø  Mesin pengelasan titik lengan-pemutus (rocker-arm spot welding machine),

Ø  Mesin pengelasan titik jenis tekan (press type spot welding machine), dan

Ø  Pistol pengelasan titik mampu jinjing (portable spot welding guns).

Pengelas titik lengan-pemutus, seperti ditunjukkan dalam gambar 13.11, memiliki elektrode bawah stasioner dan elektrode atas dapat digerakkan ke atas dan ke bawah untuk pembebanan dan pelepasan benda kerja. Elektrode atas dihubungkan dengan lengan-pemutus yang gerakannya dapat dikendalikan dengan mengoperasikan pedal kaki. Mesin yang modern dapat diprogram untuk mengendalikan gaya dan arus listrik selama siklus kerja. Pengelas titik ini merupakan jenis pengelas titik stasioner, dimana benda kerja dibawa ke mesin.

Pengelas titik jenis tekan, digunakan untuk benda kerja yang besar. Elektrode atas memiliki gerakan garis lurus yang disiapkan untuk penekanan vertikal, dengan daya pneumatik atau hidraulik. Tekanan yang digunakan lebih besar dan biasanya diprogam untuk siklus kerja yang lebih kompleks. Sama seperti pengelas titik lengan-pemutus, pada pengelas titik jenis tekan, mesin juga diletakkan stasioner sedang benda kerja dibawa ke mesin.

Pistol pengelasan titik mampu jinjing, merupakan mesin pengelas titik dengan pistol pengelas yang dapat dijinjing; digunakan untuk pengelasan benda kerja besar yang sulit dipindahkan. Peralatan pistol terdiri dari elektrode saling berhadapan yang memiliki mekanisme penjepit. Setiap unit memiliki bobot yang ringan sehingga dapat dioperasikan dengan tenaga manusia atau robot industri. Pistol dihubungkan dengan sumber daya menggunakan kabel listrik fleksibel (untuk mengalirkan arus listrik) dan selang udara (untuk gerakan penjepit pneumatik). Air pendingin untuk elektrode, bila diperlukan, dapat juga disiapkan melalui selang air. Pistol pengelasan titik mampu jinjing banyak digunakan dalam perakitan akhir automobil untuk mengelas lembaran logam bodi mobil. 

b.         Pengelasan kampuh resistansi listrik

Dalam pengelasan kampuh resistansi listrik ini digunakan elektrode roda yang dapat diputar, seperti ditunjukkan dalam gambar 13.12, dan serangkaian las-an titik yang tumpang-tindih dibuat sepanjang sambungan tumpang. Proses pengelasan ini dapat menghasilkan las-an kedap udara, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan tangki gasolin, peredam suara automobil, dan berbagai macam fabrikasi kontainer dari bahan logam lembaran. Secara teknik pengelasan kampuh ini sama seperti pengelasan titik, hanya disini elektrode roda biasanya diopersaikan secara kontinu, sehingga menghasilkan kampuh las-an lurus atau garis kurve seragam. Sudut yang tajam sulit dikerjakan dengan menggunakan metode ini.

Jarak antara manik las-an dalam pengelasan kampuh resistansi listrik ini tergantung pada gerakan roda elektrode relatif terhadap aplikasi arus las. Operasi yang biasa digunakan, disebut pengelasan gerakan kontinu (continuous motion welding), roda berputar secara kontinu pada kecepatan yang konstan, dan arus listrik diberikan pada interval waktu tertentu sesuai dengan jarak titik las-an yang diinginkan.

Frekuensi pelepasan arus biasanya diatur dengan interval sedemikianrupa sehingga dihasilkan manik las-an tumpang-tindih. Tetapi bila interval pelepasan arus listrik dikurangi, maka akan diperoleh manik las-an dengan jarak tertentu, metode ini disebut pengelasan titik rol (roll spot welding). Variasi yang lain, arus las dialirkan secara konstan (tidak berbentuk pulsa) sehingga dihasilkan kampuh yang benar-benar kontinu.

Pendinginan benda kerja dan roda dilakukan dengan mengalirkan air pendingin pada sisi atas dan bawah permukaan benda kerja dekat roda elektrode. 

c.       Pengelasan proyeksi resistansi listrik

Pengelasan proyeksi resistansi listrik hampir sama dengan pengelasan titik resistansi listrik.            

Lembaran logam yang akan dilas, dipres dahulu dengan mesin pons, sehingga terjadi sembulan (proyeksi) dari dalam logam. Diameter permukaan proyeksi sama dengan tebal lembaran, sedang tinggi proyeksi lebih kurang 60 % dari tebal lembaran tadi. Proyeksi tersebut merupakan titik-titik dimana akan dilakukan sambungan las, sehingga cara ini dapat dihasilkan beberapa sambungan las sekaligus.

Keunggulan pengelasan proyeksi dibandingkan dengan pengelasan titik adalah :

Ø  Penampilan lebih baik,

Ø  Umur elektrode lebih panjang karena digunakan permukaan rata,

Ø  Pemeliharaan elektrode lebih mudah,

Ø  Pembuatan titik-titik proyeksi diperlukan biaya, tetapi dengan menghemat biaya pengelasan, maka secara keseluruhan biaya menjadi lebih murah.

Penyambungan kawat melintang seperti misalnya kawat pagar, kereta belanja, dan pemanggangan. Dalam proses ini permukaan kontak yang berbentuk bulatan berfungsi sebagai proyeksi, dimana terjadi panas resistansi untuk pengelasan.

Operasi pengelasan yang lain

Beberapa pengelasan yang lain, yang menggunakan prinsip pengelasan resistansi listrik adalah :

Ø  Pengelasan nyala (flash welding, FW),

Ø  Pengelasan upset (upset welding, UW),

Ø  Pengelasan perkusi (percussion welding, PEW), dan

Ø  Pengelasan resistansi frekuensi tinggi (high-frequency resintance welding, HFRW).

Pengelasan nyala, umumnya digunakan untuk sambungan tumpu (butt joints).Benda kerja dijepit dalam mesin dan bagian-bagian yang akan disambung disatukan dengan tekanan serendah mungkin, sehingga masih terdapat celah diantara kedua permukaan kontak. Dengan menggunakan tegangan listrik yang tinggi akan menimbulkan loncatan nyala api diantara kedua permukaan kontak tersebut, sehingga suhu naik mencapai suhu tempa. Karena panas yang dihasilkan akibat adanya nyala api, kadang-kadang pengelasan ini juga digolongkan sebagai pengelasan busur.

Sejalan dengan naiknya suhu pada permukaan kontak, tekanan perlahan-lahan ditingkatkan hingga terbentuk sambungan las-an. Tekanan yang digunakan berkisar antara 35 hingga 170 MPa. Sirip tipis yang terbentuk di sekeliling sambungan biasanya dihilangkan dengan proses pemesinan.

Pengelasan upset, hampir sama dengan pengelasan nyala, hanya saja permukaan kontak disatukan dengan tekanan yang lebih tinggi sehingga diantara kedua permukaan kontak tersebut tidak terdapat celah. Dalam opearasi pengelasan ini, benda kerja dijepit dalam mesin dan ditekan, kemudian dialirkan arus listrik, sehingga terjadi pemanasan akibat adanya resistansi listrik. Laju pemanasan tergantung pada tekanan, jenis bahan, dan keadaan permukaan. Karena resistansi listrik berbanding terbalik dengan tekanan, maka tekanan mula biasanya rendah kemudian ditingkatkan (upseting force) sehingga terbentuk sambungan las-an. Tekanan yang digunakan berkisar antara 15 hingga 55 MPa. Cara pengelasan ini banyak digunakan untuk batang, pipa, struktur yang kecil, dan benda-benda lain dengan penampang yang sama.

Pengelasan perkusi, juga hampir sama dengan pengelasan nyala, hanya saja durasi siklus pengelasan sangat pendek, umumnya hanya sekitar 1 hingga 10 mdetik. Pemanasan yang cepat dihasilkan dengan pelepasan energi listrik secara mendadak antara kedua permukaan, kemudian segera diikuti dengan proses perkusi (tumbukan) satu bagian terhadap bagian yang lain sehingga terbentuk sambungan las-an.

Pengelasan resistansi frekuensi tinggi, merupakan proses pengelasan resistansi listrik yang menggunakan arus bolak-balik frekuensi tinggi untuk menghasilkan panas, kemudian segera diikuti dengan memberikan gaya tekan tambahan (upset force), sehingga terjadi proses penyambungan.

Frekuensi yang digunakan berkisar antara 10 hingga 500 kHz, dan elektrode dikontakkan dengan benda kerja sehingga dihasilkan sambungan las-an dengan cepat. Variasi dari proses ini, disebut pengelasan induksi frekuensi tinggi (high-frequency induction welding, HFIW), arus pemanasan diinduksikan ke benda kerja dengan menggunakan kumparan induksi frekuensi tinggi, seperti ditunjukkan dalam gambar 13.17b. Kumparan tidak bersentuhan dengan benda kerja. Pengelasan resistansi frekuensi tinggi dan pengelasan induksi frekuensi tinggi adalah pengelasan tumpu kontinu yang digunakan dalam penyambungan pipa atau tabung dengan kampuh yang memanjang.

4.     Pengelasan Gas

Dalam proses pengelasan gas, panas diperoleh dari hasil pembakaran gas dengan oksigen sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu yang dapat mencairkan logam dasar dan logam pengisi. Pengelasan gas juga sering digunakan untuk proses pemotongan logam.

Gas yang lazim digunakan adalah gas alam, asetilen, dan hidrogen. Di antara ketiga gas ini yang paling sering dipakai adalah gas asetilen, sehingga pengelasan gas pada umumnya diartikan sebagai pengelasan oksi-asetilen (oxyasetylene welding, OAW).  

1.        Pengelasan oksi-asetilen

Pengelasan oksi-asetilen merupakan proses pengelasan lebur dengan menggunakan nyala api temperatur tinggi yang diperoleh dari hasil pembakaran gas asetilen dengan oksigen.  Nyala api diarahkan oleh ujung pembakar (welding torch tip). Pengelasan dapat dilakukan dengan atau tanpa logam pengisi, dan tekanan kadang-kadang digunakan untuk menyatukan kedua permukaan benda kerja yang akan disambung.

Bila digunakan logam pengisi, maka komposisi logam pengisi harus sama dengan komposisi logam dasar. Logam pengisi sering dilapisi dengan fluks, untuk membantu membersihkan permukaan dan melindungi las-an agar tidak terjadi oksidasi.

Nyala api dalam pengelasan oksi-asetilen dihasilkan oleh reaksi kimia asetilen (C2H2) dan oksigen (O2) dalam dua tahapan.

Tahapan pertama ditentukan oleh reaksi :

 C2H2 + O2             2CO + H2 + panas

Hasil reaksi tersebut mudah terbakar, sehingga menyebabkan reaksi yang tahapan kedua :

2CO + H2 + 1,5O2             2CO2 + H2O + panas

Dua tahapan pembakaran dapat dilihat dalam emisi nyala api oksi-asetilen yang keluar dari ujung pembakar. Bila campuran oksigen dan asetilen 1 : 1, seperti yang dijelaskan pada formula reaksi kimia di atas, nyala api yang dihasilkan dikenal sebagai nyala netral.

Reaksi kimia tahap pertama terlihat sebagai kerucut dalam nyala api (berwarna putih bersinar), sedang reaksi tahap kedua terlihat sebagai kerucut luar yang membungkus kerucut dalam (hampir tanpa warna tetapi sedikit warna antara biru dan jingga). Suhu tertinggi dicapai pada nyala api ujung kerucut dalam, dan suhu tahap kedua suhunya di bawah ujung dalam tersebut. Selama pengelasan berlangsung, kerucut luar menyebar dan menutup permukaan benda kerja yang akan disambung, dan melindungi las-an dari pengaruh atmosfer sekelilingnya.

Panas total yang dilepaskan selama dua tahapan pembakaran asetilen adalah 1470 Btu/ft3 (55 x 106 J/m3). Tetapi karena suhu yang terdistribusi dalam nyala api, maka nyala api akan menyebar di atas permukaan benda kerja, dan hilang di udara, densitas daya dan efisiensi dalam pengelasan oksi-asetilen relatif rendah : f1 = 0,10 hingga 0,30

B.   Pengelasan padat

Dalam proses pengelasan padat tidak digunakan logam pengisi, dan penyambungan dapat dicapai dengan : tekanan saja, ataupanas dan tekanan.Bila digunakan panas dan tekanan, jumlah panas yang diberikan dari luar pada umumnya tidak cukup untuk melebur permukaan bendakerja. Tetapi dalam beberapa kasus baik bila digunakan panas dan tekanan atau tekanan saja, bila energi yang dihasilkan cukup besar, maka dapat terjadi peleburan yang terlokalisir hanya pada permukaan kontak.

Jadi dalam pengelasan padat, ikatan metalurgi diperoleh dengan sedikit atau tanpa peleburan logam dasar.

Syarat-syarat agar terjadi ikatan metalurgi yang baik :

Ø  Kedua permukaan kontak harus sangat bersih,

Ø  kedua permukaan kontak satu sama lain harus saling menempel sangat rapat agar dapat terjadi ikatan atom. 

Ø  Untuk beberapa proses pengelasan padat, waktu juga merupakan faktor penting.

Keuntungan pengelasan padat dibandingkan pengelasan lebur :

·      Bila tidak terjadi peleburan, maka tidak terbentuk daerah pengaruh panas (HAZ), dengan demikian logam disekeliling sambungan masih memiliki sifat-sifat aslinya;

·      kebanyakan proses ini menghasilkan sambungan las yang meliputi seluruh permukaan kontak, tidak seperti pada operasi pengelasan lebur dimana sambungan berupa titik atau kampuh las;

·      beberapa proses pengelasan padat dapat digunakan untuk menyambung logam yang tidak sama, tanpa memperhatikan ekspansi termal relatif, konduktivitas, dan permasalahan lain yang biasanya terjadi pada pengelasan lebur bila digunakan menyambung logam yang tidak sejenis. 

Yang termasuk kelompok pengelasan padat antara lain :

1.      Pengelasan tempa (forge welding)

Pengelasan tempa merupakan teknik penyambungan logam yang paling tua. Komponen logam yang akan disambung dipanaskan hingga temperatur kerja kemudian bersama-sama ditempa dengan palu atau peralatan lainnya hingga tersambung menjadi satu.  

2.      Pengelasan dingin (cold welding, CW)

Adalah proses penyambungan logam pada temperatur ruang di bawah pengaruh tekanan. Akibat tekanan, permukaan benda kerja mengalami aliran dan menghasilkan sambungan las. Suatu contoh, kawat dan batang dijepit dalam jepitan khusus kemudian ditekan dengan tekanan yang cukup besar sehingga terjadi aliran plastik pada ujung sambungan. Sebelum penyambungan permukaan dibersihkan terlebih dahulu dengan sikat sehingga terbebas dari lapisan oksida. Beban tekan dapat dilakukan dengan perlahan-lahan atau dengan tumbukan (impak). Pengelasan dingin ini umumnya diterapkan pada aluminium dan tembaga, tetapi kadang-kadang juga diterapkan untuk penyambungan nikel, seng, dan monel.  

3.      Pengelasan rol (roll welding, COW)

Termasuk proses pengelasan padat dimana proses penekanannya menggunakan peralatan rol, baik dengan pemanasan dari luar atau tidak.Bila tanpa menggunakan panas dari luar, prosesnya disebut pengelasan rol dingin, sedang bila menggunakan panas dari luar prosesnya disebut pengelasan rol panas. Pengelasan rol biasa digunakan untuk melapisi baja karbon atau baja paduan dengan baja tahan karat agar memiliki ketahanan terhadap korosi, atau untuk membuat dwimetal yang digunakan untuk pengukuran temperatur.

4.      Pengelasan ledak (explosion welding, EXW)

Merupakan proses pengelasan padat dimana dua permukaan logam dijadikan satu di bawah pengaruh impak dan tekanan. Tekanan tinggi berasal dari ledakan yang ditempatkan dekat logam.Kadang-kadang bahan pelindung seperti karet, menylubungi panel atas untuk menjcegah kerusakan permukaan. Keseluruhan ditempatkan di atas landasan yang dapat menyerap energi yang terjadi sewaktu operasi penyambungan.

5.      Pengelasan gesek (friction welding, FRW)

Penyambungan terjadi oleh panas gesek akibat perputaran logam satu terhadap lainnya di bawah pengaruh tekanan aksial. Kedua permukaan yang bersinggungan menjadi panas mendekati titik cair dan bahan yang berdekatan dengan permukaan menjadi plastis.Tahapan proses adalah sebagai berikut :

·         Salah satu poros diputar tanpa bersentuhan dengan poros yang lain, dengan memutar pemegang (rotating chuck),

·          Kedua poros satu sama lain disentuhkan sehingga timbul panas akibat gesekan,

·         Putaran dihentikan, poros diberi gaya tekan aksial, dan

·         Sambungan las terbentuk.kerugian dari proses ini terletak pada keterbatasan bentuk yang dapat dilas, sedang keuntungannya adalah peralatan yang digunakan sangat sederhana, proses berjalan sangat cepat, persiapan benda kerja sebelum pengelasan minim, dan hemat energi. Selain itu logam tak sejenis dapat disambung pula dan siklus pengelasan dapat diprogramkan dengan mudah. Las gesek banyak digunakan untuk penyambungan plastik.

6.      Pengelasan ultrasonik (ultrasonic welding, USW)

Adalah proses penyambungan pelat untuk logam yang sejenis maupun tak sejenis, umumnya dengan membentuk sambungan tindih.

Energi getaran berfrekuensi tinggi mengenai daerah las dalam bidang sejajar dengan permukaan sambungan las. Gaya yang ada menimbulkan tegangan geser osilasi pada permukaan las, tegangan tersebut merusak dan mengelupas lapisan oksida. Slip permukaan ini menghasilkan kontak logam dengan logam, terjadi pencampuran logam dan terbentuklah manik las yang baik. Dalam proses ini tidak diperlukan pemanasan dari luar. Proses pengelasan ultrasonik hanya dapat diterapkan pada logam dengan ketebalan maksimal 3 mm, sedang ketebalan minimum tidak ada. Pada sambungan las terjadi deformasi plastik setempat pada batas permukaan dan kekuatannya lebih baik dibandingkan proses penyambungan lainnya.