< PreviousTEKNOLOGI LAS KAPAL 139 Bagaimanapun juga, bila pengisian rigi-rigi las berlebihan atau terjadi takik pada kasus gambar (a), konsentrasi tegangan maupun penurunan kekuatan lelah ( fatik ) akan terjadi, karena itu sebuah gaya yang kecil bisa saja menyebabkan sebuah kerusakan (gambar II.12). Bentuk Area yang dilas Tegangan Tarik Di-rol dengan permukaan hitam 226 – 235 Kondisi dilas 118 – 127 Kedua permukaan diratakan 216 – 226 Pengelasan pada permukaan baliknya 157 – 177 Pengelasan dengan plat penyangga dibaliknya 157 – 177 Kondisi dilas 179 Gambar II.12 Pengaruh ketinggian pengisian las pada kekuatan fatik (lelah) dari las sambungan tumpul (baja lunak : 2 x 106 cycle) 6. Kerusakan bagian dalam sambungan las sukar dideteksi, jadi kualitas sambungan las tergantung pada ketrampilan tukang las. Walaupun pengelasan adalah teknik penyambungan yang sempurna sebagaimana telah dijelaskan, masalah-masalah seperti tegangan sisa yang terjadi masih harus dipecahkan. Maka dari itu sangat penting untuk mengerti keistimewaan - keistimewaan dari teknik - teknik pengelasan sehingga dapat digunakan untuk mendapatkan keuntungan yang lebih besar. TEKNOLOGI LAS KAPAL 140 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 2. Terjadinya distorsi dan perubahan bentuk (deformasi) disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan cepat. 3. Tegangan sisa termal dari pengelasan dapat menyebabkan kerusakan atau retak pada bagian las. 4. Kerentanan terhadap retak rapuh dari sambungan las lebih besar dibandingkan dengan sambungan keling yang disebabkan metode konstruksi.. 5. Bentuk yang kompleks dari daerah pengelasan. 6. Kerusakan bagian dalam sambungan las sukar dideteksi, jadi kualitas sambungan las tergantung pada ketrampilan tukang las. TEKNOLOGI LAS KAPAL 141 II.2. PERALATAN PENGELASAN Teknik penyambungan logam dengan pengelasan mulai dikembangkan pada abad ke 19. Dimulai dengan penemuan busur api oleh Davy di Inggris tahun 1800, usahanya dikonsentrasikan pada pengembangan sinar busur api dan teknik tersebut tidak digunakan untuk pengelasan. Sebuah sumber tenaga listrik yang dapat menjaga nyala busur api untuk beberapa jam perlu dikembangkan. Baru pada tahun 1892 teknik tersebut mulai digunakan untuk keperluan industri ketika Slavianov seorang peneliti dari Rusia menemukan metode las busur logam. Ini adalah penemuan yang unik yang menjadi dasar pengelasan busur sampai saat ini. Metode pengelasan telah diterangkan sebelumnya. Las busur merupakan teknik yang sangat diperlukan dalam industri manufaktur logam. Teknik ini mempergunakan fenomena elektrik busur; bab ini menjelaskan berbagai gambaran tentang mesin las busur. II.2.1 Fenomena Las Busur Bermacam-macam sumber energi digunakan sebagai sumber panas untuk pengelasan, namun busur itu sendiri adalah sumber panas yang esensial untuk las busur. Fenomena busur diuraikan di bawah ini untuk memperjelas bagian-bagian detail busur. 1. Bagian-bagian umum dari las busur (Drop anoda)(Drop kolom busur)(Drop katoda)Elektroda positifElektroda negatifSumber listrik DCTahananArusTegangan Gambar II.13 Struktur busur dan distribusi tegangannya TEKNOLOGI LAS KAPAL 142 Gambar II.13. menunjukkan, dua buah elektroda diletakkan secara horisontal di udara terbuka dan dihubungkan ke sumber listrik DC dengan tegangan yang cukup. Jika elektroda-elektroda ini didekatkan sampai terjadi kontak dengan seketika dan kemudian dipisahkan, sebuah busur terbentuk diantara mereka karena efek pelepasan listrik. Busur tersebut menaikkan temperatur pada udara disekitarnya dan menunjukkan gambar kurva yang melengkung keatas yang disebabkan oleh buoyansi (kemampuan mengapung). Perkataan " Busur listrik, Denko " yang digunakan di Jepang berasal dari perwujudan ini. Pelepasan busur terjadi pada tegangan rendah dengan aliran arus listrik yang tinggi. Elektroda yang dihubungkan dengan terminal positif (+) disebut elektroda positif, sementara elektroda yang dihubungkan dengan terminal minus (-) disebut elektroda negatif. Diantara keduanya, terdapat daerah energi bertemperatur tinggi sekitar 5000° - 6000° C yang disebut kolom busur, plasma atau busur plasma. Tegangannya tidak terdistribusi secara sama/seragam ke antara dua elektroda tersebut, tetapi terjadi penurunan yang besar pada elektroda positif dan elektroda negatif yang disebut penurunan anoda (EA) dan penurunan katoda (EK). Sepanjang kolom busur terjadi penurunan secara gradual, disebut penurunan kolom busur (EP). Hal ini disebabkan oleh kehilangan panas ke udara di sekitar busur. Ini proporsional dengan panjang dari busur dan juga dipengaruhi oleh arus pengelasan dan jenis gas yang ada disekitarnya. Jumlah tegangan (voltage) diantara dua elektroda tersebut disebut tegangan (voltage) busur (Ea). Energi dari busur (P) dapat ditentukan dengan menggunakan rumus untuk menghitung daya listrik. Bila tegangan busur adalah Ea, arus pengelasan Ia, maka : P = Ea x Ia (W) Energi ini digunakan untuk melelehkan elektrode bersalut atau kawat las. Telah diketahui dengan jelas bahwa laju pelelehan adalah proporsional (sebanding) dengan arus pengelasan. Apa efek dari tegangan busur ? Seperti yang terlihat pada Gambar II.14, panjang busur dan tegangan busur adalah proporsional secara linier. Semakin tinggi tegangan busur, semakin panjang pula panjang busur. Gambar II.14 adalah contoh pengelasan TIG, yang menunjukkan bahwa bahkan untuk panjang busur yang sama, perubahan jenis gas merubah tegangan busur. TEKNOLOGI LAS KAPAL 143 Tegangan busurPanjang busur (mm)Arus : 200 AElektroda : 3.2 mm (Th-W)Papan induk :Papan tembaga berpendinginair (Elektroda positif)1 Gambar II.14 Hubungan antara panjang busur dan tegangan busur Meskipun demikian, dari rumus diatas, perpanjangan busur tidak menaikkan laju pelelehan. Jadi , P = Ea x Ia =(EA + EK + EP) x Ia (W) Yang dapat dirumuskan lagi menjadi : P = (EA + EK) . Ia + EP . Ia (W) Persamaan ini menunjukkan bahwa untuk melelehkan batang elektrode las atau kawat elektrode las, [(EA + EK) x Ia] dapat digunakan, sehingga jenis material elektroda dan gas disekitarnya mempunyai pengaruh, sementara panjang busur tidak berpengaruh. Rumus [EP x Ia] menyeimbangkan kehilangan panas yang disebabkan oleh gas disekitar busur dan dipengaruhi oleh panjang busur, arus pengelasan dan gas disekitarnya. ) Rasio antara energi termal yang disuplai ke logam induk dan energi listrik yang disuplai dinamakan Efisiensi Termal. TEKNOLOGI LAS KAPAL 144 Dengan kata lain, temperatur tinggi dari kolom busur, yang diturunkan oleh gas disekitarnya, hanya memanaskan udara disekitarnya. Rasio antara energi termal yang disuplai ke logam induk dan energi listrik yang disuplai dinamakan efisiensi termal. Efisiensi termal las busur, tergantung pada metode pengelasan, nilainya sekitar 50% hingga 95%. Rumus Kecepatan pengelasan : Substansi terjadi pada satu dari tiga kondisi : fase padat, cair atau gas. Walaupun demikian, sebuah busur dianggap menjadi sebuah gas pada kondisi tidak jelas pengisiannya, atau mungkin kondisi keempat, misalnya percikan api yang berhubungan dengan kereta listrik atau trem atau kilatan dari penyinaran. Untuk menjaga pelepasan busur, perlu mengionisasi gas dalam ruang busur untuk menimbulkan elektron dan ion positif, dan pada saat yang sama melepaskan elektron dari elektroda negatif. Kolom busur terdiri dari 99,9% elektron dan 0,1% ion positif dibentuk oleh tubrukan ionisasi yang terjadi melalui ionisasi termal oleh busur plasma dan percepatan berulang dan tubrukan dari elektron. Ini sangat mirip dengan aliran arus listrik, tetapi ada perbedaan bentuk kondisinya yang mana arus listrik mengalir pada sebuah logam. Bila arus listrik mengalir pada konduktor logam, sebuah tegangan yang proporsional dengan arus timbul antara 2 terminal sesuai dengan Hukum Ohm. Walaupun demikian, bila sebuah busur yang ditimbulkan antara plat tembaga berpendingin air dan elektroda tungsten sementara perubahan jarak (panjang busur) diantara plat tembaga dan elektroda tungsten tersebut dalam sebuah atmosfir argon (las TIG), didapatkan karakteristik arus - tegangan dari busur seperti pada Gambar II.15. Pada range arus rendah, terjadi suatu "karakteristik tahanan negatif" yang mana tegangan busur menurun dengan adanya kenaikan dari arus, sementara itu pada range arus menengah, tegangan pada Terminal tetap konstan karena kenaikan arus, yang disebut "karakteristik tegangan konstan". TEKNOLOGI LAS KAPAL 145 Gas tertutup: 100%ArPapan induk : Papan tembaga berpendingin air (elektroda positif)Elektroda : 3.2mm (Th-W)1Panjang busur : 10 mmArus (A)Tegangan busur Panjang busur : 5 mmPanjang busur : 2.5 mm Gambar II.15 Karakteristik arus - tegangan pada busur Walaupun demikian, bila arus melebihi nilai tertentu, tegangan busur naik secara bertahap bersamaan dengan arus, menunjukkan sebuah "karakteristik naik (positif)". Suatu tendensi yang sama diketahui bersamaan dengan pertambahan panjang busur. Dengan cara yang sama, jika arus dijaga konstan dan panjang busur naik, tegangan busur juga naik. Fenomena tersebut adalah untuk mesin las busur dan kontrol las otomatis. 2. Bagian-bagian busur AC (a) Arus datar (b) Arus ArusWaktuWaktuArusSumber tenaga; tegangan tanpa beban (tegangan sirkuit terbuka)ArusTegangan busurTeganganpenyalaan Waktu Gambar II.16 Busur DC Gambar II.17 Busur AC TEKNOLOGI LAS KAPAL 146 Seperti ditunjukkan pada gambar II.17, dengan sebuah busur AC polaritas berubah pada setiap setengah panjang gelombang, dan busur berubah/berselang sesaat ketika arus menjadi nol. Dengan kata lain, jika digunakan sebuah sumber daya AC 50 Hz, busur mempunyai selang waktu 100 kali per detik. Bila dinyalakan kembali pada setengah gelombang berikutnya, tegangan busur naik ke titik P. Tegangan P ini disebut tegangan penyalaan kembali, dan tegangan pada P pada umumnya lebih tinggi dari tegangan tengah Q. Jadi, walaupun busur AC pada dasarnya sama dengan busur DC, terjadi selang waktu pada waktu penyalaan kembali. Sehubungan dengan itu, untuk menjaga busur AC tetap stabil, tegangan tanpa beban P0 dari sumber daya listrik harus lebih tinggi daripada P pada diagram. Untuk mencapai hal ini, tegangan tanpa beban dari mesin las busur AC didesain sehingga berlanjut/maju sesuai waktu, relatif terhadap arus pengelasan. Semakin tinggi tegangan tanpa beban, semakin mudah terjadi penyalaan busur, dengan demikian makin besar pula stabilitasnya. Hal ini, bagaimanapun juga, menambah resiko bahaya sengatan listrik pada operator (tukang las). Sebagaimana arus dari busur AC berubah bersamaan dengan waktu, hal ini lebih tidak stabil dibandingkan dengan busur DC sebagaimana yang terlihat pada Gambar II.16. 3. Efek polaritas Dengan mesin las busur DC misalnya mesin las TIG, elektroda dan sumber daya las dihubungkan dengan satu dari dua cara. Bila batang atau kawat elektroda las dihubungkan ke terminal plus (+) mesin, hubungan ini disebut DC elektroda positif (DCEP). Bila dihubungkan ke terminal minus (-), hubungan ini disebut DC elektoda negatif (DCEN). Material yang dilas (material induk) dihubungkan dengan terminal yang lainnya. Ini disebut polaritas. Kondisi penyalaan busur, jenis transfer (pemindahan) butir-butir logam cair, jumlah/nilai masukan panas ke elektroda dan logam induk, dan peleburannya berbeda-beda tergantung jenis polaritasnya. Karakteristik-karakteristik tersebut disebut efek polaritas. Untuk las busur dengan elektroda pengisi seperti las MAG atau las MIG, dipakai sistem elektroda DC (kawat las) positif. Gambar II.18. memperlihatkan efek polaritas dari las TIG-DC. ) Semakin tinggi tegangan tanpa beban, semakin mudah terjadi penyalaan busur, dengan demikian makin besar pula stabilitasnya TEKNOLOGI LAS KAPAL 147 Elektroda tungsten 1.6mm , 125 A1Aliran gas plasmaKolom busurSumber daya DCDC elektroda negatif (DCEN)Sumber daya DCTitik katodaFilm oksidaDC elektroda positif (DCEP)Elektroda tungsten 6.4mm , 125 A1Direktivitas dan konsentrisitas yang bagus Rigi-rigi las lebar Terjadi aliran gas plasma Penetrasi kurang Rigi-rigi las sempit Terjadi panas yang besar pada elektroda Proporsi panas busur (material induk : elektroda = 7 : 3) Proporsi panas busur (material induk : elektroda = 3 : 7) Penetrasi bagus/kaya Aksi pembersihan Gambar II.18 Efek Polaritas pada Las TIG Arah dari perpindahan elektron pada busur DC berubah sesuai dengan penyambungannya, elektron bergerak dari elektroda ke logam induk untuk elektroda DC sambungan negatif, masukan panas ke logam induk naik, sementara panas pada elektroda menurun. Elektroda tungsten kecil penggunaannya sangat sedikit, arus yang besar dapat dipakai dan konsentrisitas (pemusatan) busur sangat sempurna. Dengan kata lain, arah dari gerakan elektron dibalik dan masukan panas pada elektroda besar, dengan rangkaian elektroda DC (batang positif), sebuah elektroda tungsten yang lebih tebal dari sambungan elektroda DC negatif harus digunakan. Walaupun demikian, dengan polaritas elektroda DC positif (logam induk negatif) ini, gas argon digunakan sebagai gas pelindung pada kasus las TIG, terjadi aksi pembersihan pada logam induk. Hal ini sangat cocok untuk pengelasan aluminium (campuran) yang mana tertutup oleh lapisan film oksida yang menghalangi pengelasan. Jenis penyambungan ini tidak digunakan untuk pengoperasian sesungguhnya disebabkan masalah overheating (panas yang berlebihan) dari elektroda. Las TIG-AC mempunyai karakteristik antara penyambungan elektroda negatif dan elektroda positif. Gambar II.19 menunjukkan penyambungan elektroda positif dan negatif. TEKNOLOGI LAS KAPAL 148 ڈTidak seperti las TIG DC, negatif elektroda dan positif elektroda muncul bergantian, sehingga terdapat (bersamaan) aksi pembersihan yang cukup dan pelelehan sedang/intermediate, yang membuatnya ideal untuk pengelasan aluminium (campuran).Negatif elektroda,setengah siklus/panjang GelombangFilm Panas berlebihpada elektrodaAda aksi Negatif elektroda,setengah siklus/panjang Elektroda Tidak ada aksipembersihan Gambar II.19 Las TIG AC Untuk elektrode bersalut las busur DC dari baja tahan karat (stainless steel) yang mencegah/ menghalangi peleburan yang banyak/besar, elektroda (batang) polaritas positif dapat digunakan untuk peleburan yang dangkal/sedikit. 4. Polaritas kawat las Seperti telah dijelaskan sebelumnya, dengan las busur jenis elektroda pengisi seperti las MAG atau MIG, digunakan hubungan DC elektroda positif, dengan pertimbangan stabilitas transfer butiran logam dan busur. Dengan DC elektroda negatif, apabila kawatnya negatif, ujung katoda tempat elektron dialirkan terdapat pada kawat. Ini menyebabkan ujung katoda bergerak seputar gas inert/mulia, menimbulkan kondisi busur yang sangat tidak stabil. Hubungan DC elektroda positif menstabilkan masukan panas pada kawat, sebagaimana hubungan tersebut mempengaruhi stabilitas busur, masukan panas, situasi permukaan busur, dan komposisi gas pelindung. Sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar II.20, las MIG dari hubungan DC elektroda positif menyebabkan transfer butiran logam yang stabil dan disebut spray transfer, hal ini disebabkan oleh efek drag dari aliran plasma yang akan dijelaskan selanjutnya. Dengan hubungan DC elektroda negatif, ujung katoda merangkak naik sampai dengan daerah atas dari kawat, mengurangi efek menjepit yang disyaratkan untuk memisahkan butiran logam, disebabkan oleh tidak cukupnya aliran arus ke daerah pencairan kawat, menyebabkan sulitnya penyemprotan butiran logam. Next >