Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 1

1.3 SHIELDED METAL ARC WELDING

1.3.1 Proses

Shielded metal arc welding (SMAW) adalah sebuah proses mencairkan dan

mengabungkan logam dengan pemanasan melalui busur yang dibentuk antara stick

elektroda tertutup dan logam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1,10. Hal ini

sering disebut stick welding. Pemegang elektroda terhubung melalui kabel las ke

salah satu terminal dari sumber listrik, dan benda kerja terhubung melalui kabel

kedua ke terminal lain dari sumber daya (Gambar 1.10a).

Prinsipnya adalah, core wire, memberikan arus listrik sehingga terjadi

kontak antara core wire dengan benda kerja. Sudut antara ujung core wire dengan

benda kerja dinamakan busur (arc). Akibat panas yang dihasilkan pada busur

menyebabkan core wire dan fluks mencair sebagai tetesan (Gambar 1.10b). Logam

cair mengumpul pada permukaan lasan dan mengeras ke dalam logam las. Fluks cair

ringan, di sisi lain mengapung di atas permukaan kolam dan mengeras menjadi

lapisan terak di bagian atas logam las.

1.3.2 Fungsi electrode

Elektroda mengandung berbagai bahan kimia dan bahkan serbuk logam

dalam rangka untuk melakukan satu atau lebih fungsi, yaitu :

a. Perlindungan. Memberikan perisai gas untuk melindungi logam cair dari udara.

Untuk jenis elektroda selulosa, yaitu (C6H10O5)x. merupakan campuran gas H2,

Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 2

CO, H2O, dan CO2 yang dihasilkan ketika selulosa didalam elektroda

dipanaskan dan terurai. Untuk elektroda jenis batu kapur (CaCO3), gas CO2 dan

terak CaO terbentuk ketika batu kapur terurai. Hal ini sering digunakan untuk

logam las yang rentan terhadap retak hidrogen, seperti high-strength steels.

b. Deoxidasi, yaitu menyediakan deoxidizers dan fluxing agents untuk

menghilangkan oksigen dan membersihkan logam las. Terak solid yang

terbentuk melindungi lasan yang sudah padat dan juga logam las yang masih

panas dari oksidasi.

c. Arc Stabilization, yaitu menyediakan stabilisator busur untuk membantu

menjaga busur agar tetap stabil. Busur adalah gas ion (plasma) yang

mengalirkan arus listrik. Arc Stabilization adalah senyawa yang mudah terurai

menjadi ion-ion di busur, seperti potassium oksalat dan lithium carbonate.

Senyawa tersebut mampu meningkatkan konduktivitas listrik busur dan

membantu agar arus listrik lebih lancar.

d. Penambahan logam, yaitu menyediakan unsur-unsur dan / atau serbuk logam

ke kolam las. Fungsinya yaitu membantu mengontrol komposisi logam las dan

membantu meningkatkan laju deposisi.

1.3.3 Keuntungan dan Kerugian

Peralatan pengelasan relatif sederhana, portabel, dan murah jika dibandingkan

dengan proses pengelasan busur yang lainnya. Untuk alasan ini, SMAW sering

digunakan untuk pemeliharaan, perbaikan, dan konstruksi lapangan. Namun,

pelindung gas pada SMAW tidak cukup bersih untuk logam reaktif seperti

aluminium dan titanium. Tingkat deposisi dibatasi oleh fakta bahwa elektroda

cenderung lebih panas dan jatuh ketika digunakan arus pengelasan yang terlalu

tinggi. Panjang elektroda terbatas (sekitar 35 cm) sehingga membutuhkan pengantian

elektroda, lebih lanjut mengurangi tingkat produksi secara keseluruhan.

Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 3

1.4 GAS–TUNGSTEN ARC WELDING

Gas–tungsten arc welding (GTAW) adalah sebuah proses mencairkan dan

mengabungkan logam dengan memanaskan logam melalui busur yang dipasang

antara elektroda tungsten dan logam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.11.

Torch elektroda tungsten terhubung ke silinder gas pelindung dan juga terhubung ke

salah satu terminal dari sumber daya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.11a.

Elektroda tungsten biasanya terhubung dengan sebuah pendingin melalui pipa air

tembaga, yang disebut contact tube, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.11b. Hal ini

bertujuan agar pada saat pengelasan arus dari sumber listrik untuk memasukkan

elektroda dan elektroda yang akan didinginkan dijaga agar tidak terlalu panas.

Selanjutnya agar dapat terjadi arus listrik maka ujung terminal lainnya dihubungkan

ke benda kerja. Gas pelindung melewati body torch dan diarahkan oleh sebuah nosel

ke kolam las untuk melindungi dari udara sehingga model perlindungan dari udara

ini jauh lebih baik daripada GTAW. Gas yang biasanya digunakan sebagai pelindung

adalah argon atau helium.

Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 4

1.4.2 Polaritas

Gambar 1,12 menunjukkan tiga polaritas yang berbeda dalam GTAW.

a. Direct-Current Electrode Negative (DCEN). Disebut juga polaritas lurus,

adalah polaritas yang paling umum di GTAW. elektroda terhubung ke terminal

negatif dari catu daya. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.12a, elektron

dipancarkan dari elektrode tungsten dan dipercepat saat meninggalkan busur.

Selanjutnya jumlah yang signifikan dari energi, yang disebut fungsi kerja,

diperlukan oleh elektron yang akan dipancarkan dari elektroda. Ketika elektron

memasuki benda kerja, sejumlah energi yang setara dengan fungsi kerja

dilepaskan (efek pemanasan electron berada pada benda kerja). Inilah sebabnya

mengapa di GTAW dengan DCEN daya yang lebih besar (sekitar dua-pertiga)

terletak pada akhir pekerjaan busur dan kurang (sekitar sepertiga) pada akhir

elektroda. Model ini dapat mengerjakan untuk lasan yang relatif sempit dan

dalam.

b. Direct-Current Electrode Positive (DCEP). Disebut juga polaritas terbalik.

elektroda dihubungkan ke terminal positif dari sumber listrik. Seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 1.12b, efek pemanasan elektron berada di elektroda

tungsten bukan di benda kerja. Akibatnya, lasan dangkal dihasilkan dan

berdiameter besar, water-cooled electrodes harus digunakan untuk mencegah

ujung elektroda mencair.

Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 5

Ion positif dari gas pelindung membombardir benda kerja, seperti

ditunjukkan pada Gambar 1.13, dan menghasilkan permukaan las yang bersih.

Oleh karena itu, DCEP dapat digunakan untuk pengelasan lembaran tipis seperti

aluminium dan magnesium, di mana penetrasi yang mendalam tidak diperlukan.

c. Alternating Current (AC). penetrasi cukup baik dan tindakan pembersihan

oksida dapat diperoleh dengan baik, seperti yang diilustrasikan pada Gambar

1.12c. Hal ini sering digunakan untuk pengelasan paduan aluminium.

1.4.3 Elektroda

Elektroda tungsten dengan 2% cerium atau torium memiliki emisivitas

elektron yang lebih baik, kapasitas aliran-arus, dan tahan terhadap kontaminasi

daripada elektroda tungsten murni. Akibatnya, busur awal adalah busur yang lebih

mudah dan lebih stabil. Emisivitas elektron mengacu pada kemampuan ujung

elektroda untuk memancarkan elektron. Sebuah emisivitas elektron lebih rendah

menunjukkan diperlukan suhu elektroda ujung yang lebih tinggi untuk mengeluarkan

elektron dan karenanya lebih berisiko ujungnya mencair.

1.4.4 Shielding Gases

Argon dan helium keduanya dapat digunakan untuk perlindungan. Tabel 1.2

daftar properti dari beberapa gas pelindung. Seperti ditunjukkan, ionization potential

masing-masing untuk argon dan helium adalah 15,7 dan 24,5 eV (elektron volt).

Karena lebih mudah untuk mengionisasi argon daripada helium, dengan

menggunakan argon inisiasi busur lebih mudah dan penurunan tegangan busur lebih

rendah, dan juga karena argon lebih berat daripada helium, maka lebih efektif

melindungi dan daya tahan yang lebih daripada helium. Dengan DCEP atau AC,

argon juga memiliki kemampuan pembersihan oksida lebih besar daripada helium.

Keuntungan ini ditambah bahwa biaya argon lebih rendah dibandingkan helium.

Mechanical Engineering

wahyukurniawan.web.id

Teknologi Pengelasan 6

1.4.5 Keuntungan dan Kerugian

Gas–tungsten arc welding cocok untuk mengabungkan bagian yang tipis

karena panas yang dihasilkan terbatas. Laju pemakanan dari logam filler dapat diatur

sehingga memungkinkan variasi dari perpaduan antara logam dasar dan logam filler.

Oleh karena itu, kontrol cairan dan masukan energi untuk pengelasan dapat dicapai

tanpa mengubah ukuran las. Karena proses GTAW adalah proses pengelasan sangat

bersih, dapat digunakan untuk pengelasan logam reaktif, seperti titanium dan

zirkonium, aluminium, dan magnesium.

Namun, tingkat deposisi GTAW rendah. arus las yang berlebihan dapat

menyebabkan pencairan elektrode tungsten dan hasil dalam inklusi tungsten pada

logam las menjadi getas. Namun, dengan menggunakan pemanasan pada logam

filler, laju deposisi dapat ditingkatkan. Dalam proses hot-wire GTAW, kawat

dimasukkan ke dalam dan berhubungan dengan kolam lasan sehingga resistensi

pemanasan dapat diperoleh dengan melewatkan arus listrik melalui kawat.