< Previous TEKNOLOGI LAS KAPAL 129 Jika nitrogen yang ada di udara masuk ke logam las maka akan membentuk lubang cacing (blow holes). Oksigen juga bisa masuk ke logam las. Bagaimanapun juga metode oksidasi ini sering mengatasi masalah-masalah tersebut. Dengan proses SMAW, terak dan pembakaran gas membantu dalam menjamin keberhasilan pengelasan, dan metode ini menggunakan jenis fluks yang dilindungi gas-slag (terak). Dengan GMAW, las busur berpelindung gas dilaksanakan dengan melindungi logam las dengan cara menutupi logam las dengan gas CO2 atau gas campuran CO2 dan argon atau gas mulia misalnya argon atau helium seperti pada las GTAW. Gas-gas tersebut adalah sebagai gas pelindung. Bagaimanapun, gas-gas tersebut merupakan penahan terhadap udara dan hanya menjaga masuknya oksigen atau nitrogen di udara dan tidak mempunyai efek deoksidasi. Dengan metode proses GMAW untuk pengelasan baja yang disebutkan sebelumnya, sejumlah besar dari mangan dan silikon yang terkandung dalam kawat las berperan sebagai deoksidan, membantu untuk menjamin mutu logam las. 2. Kondisi kedua dicapai baik dengan saling mendekati maupun kontak dari atom-atom logam dengan melebur kedua logam yang akan dilas, menggunakan berbagai sumber panas (disebut dengan las fusi/cair, atau penyolderan dan pembrasingan) atau dengan melakukan tekanan ke logam pada kondisi plastis untuk menimbulkan kontak secara atomik (disebut dengan pengelasan dengan tekanan/las solid). Pengelasan digunakan tidak hanya menyambung dua atau lebih bagian, tetapi juga untuk meningkatkan mutu permukaan seperti pengerasan (hardening), pelapisan, pengerasan permukaan (hard facing) atau penyemprotan (spraying) teknik/cara tersebut juga dianggap sebagai pengelasan, dan digunakan untuk memperbaiki bagian yang aus atau rusak, atau untuk membuat bagian-bagian tersebut tahan aus, untuk memperpanjang umur atau penghematan material, khususnya pada bagian-bagian mesin dalam bidang produksi baja, teknik sipil dan konstruksi termasuk konstruksi kapal laut. TEKNOLOGI LAS KAPAL 130 Sumber tenaga untuk plasma Gas pilot PendinginSerbuk Gas pelindung Sumber tenaga untuk pilotLogam untuk bantalan Busur plasma Logam induk Gambar II.3 Pengelasan plasma dengan bantalan serbuk II.1.3 Kelebihan Dan Kekurangan Pengelasan Serupa dengan penyambungan mekanis menggunakan mur baut, pasak atau sambungan kerut, dan pengeleman menggunakan bahan perekat, pengelasan adalah metode umum manufaktur produk-produk dengan cara penyambungan atau perakitan material. Peran utama dari pengelasan telah berubah seiring perkembangan teknologi dari waktu ke waktu. Pengelasan dahulu digunakan untuk fabrikasi produk sederhana atau bentuk yang kompleks menggunakan satu tipe material dengan menekankan faktor keselamatan. Bagaimanapun juga, dengan meningkatnya keragaman penggunaan produk-produk, material kompon (campuran) yang berisi bermacam-macam kandungan makin banyak digunakan, sehingga keuntungan dan kerugian pengelasan untuk penyambungannya harus lebih dimengerti/dipahami. Secara umum saat ini disadari bahwa, jika kekuatan sambungan, pengikatan yang sempurna, atau nilai ekonomis sangat penting, pengelasan menjadi satu-satunya pilihan dibandingkan dengan metode penyambungan lain seperti pengelingan, mur baut, pasak atau pengeleman. II.1.3.1 Kelebihan-kelebihan pengelasan 1. Bentuk geometri yang sederhana dari bagian yang disambung memungkinkan penurunan biaya dan berat material, jam orang pelaksanaan, meningkatkan nilai ekonomis dan produktivitas. TEKNOLOGI LAS KAPAL 131 Jika dua buah plat akan disambung, seperti ditunjukkan gambar II.4, perubahan bentuk geometri penyambungan tidak banyak pengaruhnya dibandingkan dengan penyambungan dengan mur baut atau pengeleman. Gambar tersebut adalah contoh sambungan tumpul dari dua buah pelat. Jika baut-baut atau keling digunakan, diperlukan dua plat sirip dan lubang harus dibor. Lubang-lubang mengurangi daerah penerus beban sepanjang bagian yang terkonsentrasi menerima tegangan sekeliling lubang. Sambungan tumpul dan tumpang adalah bentuk penyambungan yang tidak hanya dipakai untuk dua material yang sama tetapi juga digunakan untuk material yang berbeda. Pengelasan Pengelingan Gambar II.4 Perbedaan antara sambungan las dan sambungan tumpul yang dikeling Walaupun kekuatan sambungan tidak dapat dipelihara pada bentuk/konfigurasi tersebut, sehingga digunakan penyambungan selendang untuk menambah kekuatan sambungan, dengan penumpukan bagian yang rata membuat bertambahnya permukaan sambungan tersebut. Fluktuasi (naik turun) pada kekuatan sambungan akan terlihat sesuai dengan test uji kekuatan tarik, patahan dari sambungan las tidak pernah terjadi pada sambungan tetapi di logam induk, substansinya bahwa daerah sambungan lebih kuat dari logam induk. 2. Effisiensi sambungan yang baik (kekuatan dari sambungan las dan logam induk) dapat digunakan pada temperatur tinggi dan tidak ada batas ketebalan logam induk. Gambar II.5. memperlihatkan distribusi tegangan tarik dari sambungan keling dan sambungan las tumpul dengan penguatan (reinforcement) las. Dibandingkan dengan sambungan keling, effisiensi penyambungan dengan las lebih tinggi dan distribusi tegangannya merata, bila ditinjau pada tidak ratanya penurunan penampang effektif dari logam induk. Jika effisiensi dari sambungan keling sebesar 30-80% maka sambungan las tumpul sebesar 100% penuh, bila ditinjau dari tebal material yang sama. TEKNOLOGI LAS KAPAL 132 Gambar II.5 Perbandingan distribusi tegangan antara sambungan keling dan las Rumus perbandingan distribusi tegangan antara sambungan keling dan las : 3. Geometri sambungan lebih sederhana dengan tingkat kekedapan terhadap udara, air dan minyak lebih sempurna. Jika geometri sambungan yang komplek pada material yang homogen, teknik pengecoran atau penempaan bisa digunakan. Bagaimanapun juga pengelasan memberikan keuntungan-keuntungan seperti pada point 4. 4. Fasilitas produksi lebih murah, berat yang lebih ringan dan batas mulur ( yield ) yang lebih baik. Proses penyambungan dapat diselesaikan sangat cepat dengan cara pemanasan setempat dan bergerak sepanjang sambungan mengikuti material untuk melebur dan membeku, yang mana akan disertai dengan berbagai problem. TEKNOLOGI LAS KAPAL 133 Kelebihan-kelebihan pengelasan 1. Bentuk geometrinya sederhana dari bagian yang disambung memungkinkan penurunan biaya dan berat material, jam orang pelaksanaan, meningkatkan nilai ekonomis dan produktivitas. 2. Effisiensi sambungan yang baik (kekuatan dari sambungan las dan logam induk) dapat digunakan pada temperatur tinggi dan tidak ada batas ketebalan logam induk. 3. Geometri sambungan yang lebih sederhana dengan kekedapan udara, air dan minyak yang sempurna. 4. Fasilitas produksi lebih murah, berat yang lebih ringan dan batas mulur ( yield ) yang lebih baik. II.1.3.2 Kekurangan-kekurangan pengelasan 1. Kualitas logam las berbeda dengan logam induk, dan kualitas dari logam induk pada daerah yang tidak terpengaruh panas ke bagian logam las berubah secara kontinyu. Sebagian besar material yang dilas, yang telah mendapatkan energi thermal/panas dari busur api sebesar 5.000-6.000°C, terpengaruh panas. Pada area las : (1) Logam induk dilebur dengan sumber panas las, melebur hampir sama dengan butiran logam yang lepas dari elektrode las terbungkus atau kawat las, membeku dengan pendinginan cepat seperti pengecoran dari baja cair, dan membentuk serpihan kristal berbentuk pilar. (2) Daerah dekat dengan logam las yang tidak ikut mencair tetapi terkena pengaruh panas, mengalami perubahan suhu setempat dari pemanasan dan pendinginan cepat (disebut siklus panas). Sementara kecepatan pendinginan dan temperatur pemanasan maksimal terus menerus berubah sesuai dengan masukan panas las dan jarak dari daerah logam cair, struktur logam dan kekerasannya bervariasi/berubah dalam hitungan menit. TEKNOLOGI LAS KAPAL 134 (3) Daerah logam induk hampir semua tidak kena pengaruh panas. Batas antara logam las dan daerah kena pengaruh panas dinamakan garis las. Pada daerah ini, disebabkan oleh pemanasan sampai titik lebur atau temperatur pembekuan, penghilangan dan peleburan elemen-elemen terjadi antara logam las dan daerah kena pengaruh panas. Oleh karena itu problem-problem cenderung terjadi pada struktur logam di area ini, dan area ini sangat penting karena mempengaruhi sifat-sifat mekanis dari area las. Logam yang dilas pada umumnya lebih kuat dari logam induk, tetapi daya tempanya rendah. Kekuatan dari daerah terkena pengaruh panas, yang juga tergantung pada struktur logam, tergantung pada bentuk dan lokasi masuknya panas, yang dipengaruhi oleh temperatur pemanasan maksimum, waktu penahan panas dan kecepatan pendinginan. Sifat-sifat dari daerah pengelasan ditentukan secara metalurgi dimana daerah pengelasan dibentuk, penamaan, reaksi kimia antara cairan terak dan cairan logam, perubahan struktur dan dan sifat-sifat mekanis yang disebabkan oleh penyerapan gas dari peleburan logam dan pengaruh dari panas pengelasan dan terjadinya cacat-cacat las. 2. Terjadinya distorsi dan perubahan bentuk (deformasi) disebabkan oleh pemanasan yang menyebabkan pemuaian dan pendinginan cepat yang menyebabkan penyusutan. Bila areal pemanasan dipanasi dengan cepat maka areal tersebut akan mengembang (memuai). Bagaimanapun juga deformasi dari areal las disebabkan oleh penyusutan pada saat areal las menjadi dingin. Sebagaimana yang diperlihatkan pada gambar II.6 (a) pemuaian bebas atau penyusutan menyebabkan deformasi. Deformasi yang disebabkan bentuk tidak simetris pada penampang melintang disebut sebagai “deformasi angular” (perubahan bentuk melengkung/menyudut). Besarnya penyusutan adalah proporsional dengan volume logam las, semakin besar volume logam las semakin besar pula deformasinya. Sehingga perlu dipertimbangkan sudut kampuh, antara pass dan besarnya masukan panas las. )Logam yang dilas pada umumnya lebih kuat dari logam induk, tetapi daya tempanya rendah. TEKNOLOGI LAS KAPAL 135 Sebelum pengelasan Jika pemuaian dan penyu sutan bebas diijinkan (Terjadi penyusutan) Jika ditahan (tegangan bisa terjadi disisi dalam dan daerah las tetap tegang) (Penyusutan) Deformasi sudut Gambar II.6 Deformasi dan deformasi sudut yang disebabkan oleh penyusutan 3. Tegangan sisa termal dari pengelasan dapat menyebabkan kerusakan atau retak pada bagian las. Bagian las secara cepat dipanasi setempat dan didinginkan secara cepat oleh konduksi panas ke logam induk, udara dan dengan radiasi. Sebagaimana pemanasan ini setempat, pengembangan panas terbatas pada daerah sekitarnya dengan daerah pengembangan (pemuaian) yang kecil (sempit) menghasilkan tegangan panas. Tidak ada masalah yang terjadi disiapkan pada tegangan panas ini di antara batas elastis dari material. Walaupun/bagaimanapun juga tegangan yang melebihi batas bisa terjadi karena daerah panas kebatas mulur. Gambaran yang sama terjadi selama proses pendinginan, timbulnya tegangan yang kompleks dan menimbulkan distorsi atau deformasi seperti yang terlihat pada gambar II.6 (c), jika daerah las dibatasi dengan logam induk sementara itu terjadi pemuaian atau penyusutan, tegangan terjadi pada daerah las. Tegangan tarik tersebut adalah tegangan sisa. Sebagaimana yang terlihat pada gambar II.7, jika dua buah plat dilas tumpul, tegangan tarik (+) terjadi sepanjang garis las pada daerah las, tarikan pada daerah temperatur rendah A dan C, sementara itu keseimbangan tegangan tekan (-) terjadi pada dua sisi pinggir dari plat. Daerah temperatur rendah Daerah temperatur tinggi Rigi-rigi las Daerah temperatur rendah Gambar II.7 Pengelasan tumpul plat TEKNOLOGI LAS KAPAL 136 Gambar II.8 menunjukkan distribusi dari tegangan sisa pada pengelasan tumpul plat. Tegangan tarik pada arah pengelasan agak tinggi dan dekat ke tegangan mulur sebagaimana terlihat pada diagram. (a) Penyusutan pada arah lateral terjadi relatif bebas, tegangan sisa pada arah ini sangat kecil seperti yang terlihat pada diagram. (b) Deformasi pengelasan dan tegangan sisa las terhubung. Ketika deformasi pengelasan terjadi, tegangan sisa tidak terjadi. Ketika daerah pengelasan terbatas dan menahan deformasi pengelasan, tegangan sisa akan terjadi. Tegangan KompresiPenyebaransepanjang sumbu xPenyebaransepanjang sumbu yPenyebaransepanjang sumbu xPenyebaransepanjang sumbu y(a) Distribusi tegangan setelah pengelasan(b) Distribusi tegangan tegak lurus dengan garis las Gambar II.8 Distribusi tegangan sisa pada plat las tumpul Percobaan telah menegaskan bahwa deformasi pada pengelasan menurunkan keakuratan produk, sementara tegangan sisa pengelasan dalam bentuk galur seperti retak las, takik atau tidak melebur, cenderung mengurangi ketahanan sambungan las dan menyebabkan pecah yang diakibatkan oleh kerapuhan. Ketahanan terhadap korosi juga berkurang, seperti ditunjukkan dengan adanya keretakan dari baja tahan karat austenitik oleh ion-ion chlorida (air laut). 4. Kerentanan terhadap retak rapuh dari sambungan las lebih besar dibandingkan dengan sambungan keling yang disebabkan metode konstruksi. TEKNOLOGI LAS KAPAL 137 Sebelum pengelasan dikenal, baja disambung dengan pengelingan. Walaupun sambungan keling menerima konsentrasi tegangan yang lebih tinggi dan mempunyai efisiensi sambungan yang lebih rendah dibandingkan dengan sambungan las, retak pada material akan terhenti pada sambungan keling seperti yang terlihat pada gambar II.9. Hal ini disebabkan perlu energi yang lebih besar dari retak tersebut untuk melintang dari salah satu material induk ke material lainnya dan energi ini lebih besar dari persyaratan untuk retak yang menyebar pada logam induk. Dengan kata lain, pada kasus pengelasan sambungan tumpul, retak terjadi merambat melintang lewat sambungan logam material induk yang telah tersambung secara metalurgi menjadi sebuah kesatuan. Jadi retak terjadi bila pada sebuah/selembar material induk dan sambungan lasnya tidak dapat menghentikan rambatan sebuah retakan. Problem ini berhubungan dengan karakteristik desain dari konstruksi dan kualitas dari material logam (baja). (a) Sambungan keling (b) Sambungan lasRetakRetak Gambar II.9 Perbandingan terjadinya retak pada sambungan keling Selama baja meregang, dia menjadi rapuh seperti kaca pada temperatur rendah dan retak rapuh ini akan menyebar. Hal ini disebut kerapuhan pada temperatur rendah. Bila sambungan las terjadi rongga misalnya retak las, takik atau tidak melebur yang disebabkan oleh tegangan tarik, retak rapuh dapat terjadi tanpa terjadi deformasi regangan. Dengan struktur baja misalnya baja lunak, retak rapuh merambat dengan kecepatan 2000 m/detik. Sebagaimana yang terlihat pada gambar II.10, permukaan patah mempunyai bentuk berlekuk-lekuk. Permukaan patah sejajar dengan permukaan plat dan disana hampir tidak ada pengurangan ketebalan plat. Disebabkan oleh pembelahan pecahan kristal, maka permukaannya menjadi berkilauan. ) Walaupun sambungan keling menerima konsentrasi tegangan yang lebih tinggi dan mempunyai efisiensi sambungan yang lebih rendah dibandingkan dengan sambungan las, retak pada material akan terhenti pada sambungan keling TEKNOLOGI LAS KAPAL 138 Arah perambatan retak LekukanAkhir retakanPermukaan retak rapuhBibir/tepian tajamTitik awal Gambar II.10 Permukaan retak rapuh (Panah menunjukkan arah perambatan retak) Untuk mencegah terjadinya retak rapuh, material baja yang digunakan harus mempunyai ketahanan terhadap kerapuhan, dinamakan material baja tangguh. Baja yang meregang pada temperatur tinggi akan menjadi rapuh pada temperatur rendah. Pada temperatur yang mana terjadi perubahan sifat-sifat dinamakan sebagai temperatur transisi. Material baja yang daya regang baik mempunyai temperatur transisi yang baik dibawah temperatur operasionalnya, sehingga menjaga terjadinya retak rapuh dan menjamin keselamatan. Ketika sambungan keling lebih banyak digunakan, persyaratan sifat-sifat material baja adalah kekuatan tarik, batas mulur dan perpanjangannya. Ketangguhannya diabaikan. 5. Bentuk yang kompleks dari daerah pengelasan menyebabkan konsentrasi tegangan dan akan sering mempercepat kerusakan. Bila gaya terjadi dengan arah seperti yang terlihat pada gambar II.11, aliran gaya dalam keadaan rata hilang dan terkonsentrasi pada titik yang spesifik, akan sering mempercepat kerusakan. Hal ini dinamakan konsentrasi tegangan. Sebuah aliran tegangan yang lurus dan rata seperti terlihat pada gambar II.11 (a); perubahan mendadak dari aliran tegangan terlihat pada (b) dan (c). (a) Sambungan tumpul(b) Sambungan siku tumpuk (sambungan keduanya (c) Sambungan siku melintangAliran teganganPerubahan mendadak Gambar II.11 Aliran Tegangan Sambungan Next >