< Previous TEKNOLOGI LAS KAPAL 159 II.2.2 Mesin Las busur Saat ini, banyak pengelasan busur dilaksanakan dengan menggunakan mesin las busur. Bagaimanapun, meski teori dari las busur dimengerti dengan baik, pengetahuan dari tenaga ahli tentang perangkat keras juga sangat perlu. 1. Karakteristik dari sumber tenaga listrik dari mesin las busur Busur mempunyai karakteristik arus - tegangan yang sangat berbeda dengan tahanan dari beban peralatan listrik rumah tangga biasa. Mesin las busur harus mempunyai beberapa karakteristik sebagai berikut ini sehubungan dengan penimbulan busur secara mudah dan tetap stabil. Karakteristik mesin las busur : (1) Mudah terbentuknya busur dan kelanjutannya (2) Fluktuasi arus las kecil karena perubahan panjang busur (3) Kenaikan tegangan yang cepat untuk mengganti penurunan arus las untuk mencegah selang waktu dari busur (4) Tegangan tanpa beban yang cukup (tegangan sirkuit terbuka yang terjadi antara sisi luar elektrode yang perlu untuk menimbulkan dan memelihara busur. Jika tegangan terlalu tinggi, kemungkinan disebabkan oleh kejutan listrik) Agar supaya karakteristik ini tercapai mesin las busur yang dioperasikan secara manual harus mempunyai penurunan karakteristik dan karakteristik arus konstan, sementara itu mesin las busur semi otomatis mensyaratkan karakteristik tegangan konstan. Gambar II.32 (a). menunjukkan penurunan karakteristik dan Gambar II.32 (b). menunjukkan karakteristik arus konstan. Garis lengkung dan garis lurus menunjukkan hubungan antara arus output dan tegangan output dari mesin las busur ditunjukkan pada gambar tersebut disebut kurva karakteristik eksternal. Arus pengelasanTegangan busurTegangan busurArus pengelasanKarakteristik tegangan konstanKarakteristik menurunKarakteristik arus konstan Gambar II.32 Karakteristik eksternal dari mesin las busur TEKNOLOGI LAS KAPAL 160 (a) Karakteristik menurun (drooping) Kurva karakteristik eksternal mesin las (karakteristik menurun)Arus outputTegangan outputKurva karakteristik busurPanjang busurGambar II.33 Karakteristik menurun dan titik aksi busur Sebuah karakteristik dari busur yang mana ketika arus meningkat, tegangan output (tegangan terminal) menurun secara tiba-tiba. Hal ini disebut karakteristik menurun (drooping), dan sebab itu perubahan tegangan busur tidak berpengaruh besar terhadap arus las. Kurva PQ pada diagram adalah kurva karakteristik eksternal dari mesin las yang mempunyai karakteristik menurun (drooping). Garis putus-putus L - L' menunjukkan karakteristik arus - tegangan dari busur. Titik P pada kurva disebut tegangan tanpa beban yang diperlukan untuk penyalaan busur dan menjaga kelanjutan busur, sementara titik Q disebut arus sirkuit pendek. Titik S yang merupakan perpotongan antara kurva karakteristik eksternal dengan kurva karakteristik busur disebut titik aksi (gerak) dari busur. Hal ini menunjukkan kondisi dimana panjang busur L timbul terus menerus dengan stabil. Jika panjang busur diperpanjang dari L ke L', titik gerak dari busur berpindah dari S ke S' dan tegangan busur meningkat, tetapi sehubungan dengan itu penurunan arus sangat kecil. Bila tegangan output yang diaplikasikan sangat tinggi dibandingkan dengan tegangan busur, busur tidak hilang tetapi tersisa dengan stabil. Perubahan arus las sangat mempengaruhi penetrasi dan laju pelelehan dari elektrode serta kualitas dari operasi pengelasan. Bagaimanapun juga, karakteristik dari sumber daya las mengikuti arus pengelasan dijaga hampir konstan, walaupun perubahan dari panjang busur yang disebabkan oleh perubahan jarak antara elektrode dan logam induk tergantung pada ayunan tangan tukang las. Mesin las busur AC untuk SMAW dan mesin las TIG mempunyai karakteristik penurunan (drooping) dan dapat dipergunakan untuk las manual. Mesin las busur untuk las busur berpelindung sendiri, SAW dan las elektro slag AC yang menggunakan mesin las otomatis TEKNOLOGI LAS KAPAL 161 dikombinasikan dengan sistem kontrol pengumpan kawat (sistem untuk mengontrol tegangan busur konstan dengan cara mengatur kecepatan pengumpanan kawat) untuk mengontrol kecepatan pengumpan kawat sesuai dengan tegangan busur dan menjaga panjang busur tetap konstan, semuanya ini mempunyai karakteristik penurunan (drooping). (b) Karakteristik arus konstan Ini adalah karakteristik dari sumber daya untuk mesin las busur yang mana arus output tetap hampir konstan meskipun ada perubahan tegangan output. Dengan kata lain, arus pengelasan tetap konstan tanpa memperhatikan perubahan dari panjang busur. Sama dengan mesin las busur yang mempunyai karakteristik menurun (drooping), sumber daya ini digunakan untuk mesin las busur manual seperti mesin las TIG. (c) Karakteristik tegangan konstan Arus outputKurva karakteristik busurTitik gerak tidak stabilTitik gerak stabilKurva karakteristik eksternal mesin las (karakteristik tegangan konstan)Tegangan output Gambar II.34 Titik gerak busur dari sumber daya tegangan konstan Dengan sumber daya yang menyediakan listrik untuk peralatan listrik rumah tangga atau motor, tegangan yang terjadi secara khusus tetap hampir konstan walaupun terjadi perubahan arus. Karakteristik dari sumber daya listrik ini disebut karakteristik tegangan konstan. Peralatan untuk pengumpan kawat las kecil/tipis pada kecepatan tinggi sesuai dengan arus las yang digunakan dikombinasikan dengan mesin las MAG, MIG atau kawat kecil untuk mesin las SAW. Bila panjang busur diperpanjang dari L1 ke L2 pada Gambar II.34, arus pengelasan tiba - tiba menurun dari I1 ke I2 dan laju peleburan kawat berkurang banyak. TEKNOLOGI LAS KAPAL 162 Walaupun kawat las diumpankan pada kecepatan konstan tanpa memperhatikan panjang busur, panjang busur seketika itu juga dikembalikan ke panjang mulanya. Jika panjang busur berkurang, arus las meningkat. Bagaimanapun, bila laju pelelehan kawat ditambah secara mendadak, pelelehan kawat membawa busur kembali ke panjang awalnya. Karakteristik ini disebut karakteristik pengaturan sendiri dari karakteristik tegangan konstan. 2. Tipe mesin las busur Mesin las busur yang digunakan untuk tegangan rendah, pengoperasian dengan arus besar dapat dipakai untuk pekerjaan pengelasan dan dibagi menjadi mesin las busur AC dan mesin las busur DC sebagaimana yang terlihat pada Tabel II.1. Tabel II.1 Jenis mesin las busur Tabel II.2. menunjukkan gambaran dan perbandingan dari mesin las busur AC dan mesin las busur DC. Tipe inti bergerak Mesin las busur AC Tipe tap yang dapat dirubah Tipe kontrol thyristor Tipe berputar (mesin penggerak generator tipe 4) Mesin las busur DC Tipe rektifier TEKNOLOGI LAS KAPAL 163 Tabel II.2 Perbedaan antara mesin busur AC dan mesin las busur DC Jenis perbedaan Mesin las busur DC Mesin las busur AC Stabilitas busur Sempurna Sedikit kurang stabil Perubahan polaritas Memungkinkan Tidak mungkin Hembusan busur Terjadi Jarang terjadi Tegangan tanpa beban Relatif rendah Tinggi Bahaya kejutan listrik Relatif tidak ada Sering terjadi Konstruksi Kompleks Sederhana Perawatan Kompleks pada beberapa bagian Mudah Pembongkaran Agak sering untuk tipe berputar (rotating) Minimal Kebisingan Tipe berputar agak bising, tetapi tipe rektifier tidak Tidak bising Harga Mahal Lebih murah (a) Mesin las busur AC Mesin busur las AC dioperasikan dengan fase tunggal 200 V untuk tegangan input 70 sampai 90 V untuk tegangan tanpa beban dari output, sementara arus pengelasan diberikan dengan rumus sebagai berikut : Dimana I:Arus pengelasan R:Tahanan pada sisi output E:Tegangan tanpa beban jX:Reaktansi pada sisi output TEKNOLOGI LAS KAPAL 164 Arus pengelasan diatur dengan mengatur E20 . R . jX. Walaupun bila tegangan tanpa beban disetel sangat rendah, memungkinkan selang waktu dari busur membuat pengelasan menjadi sulit, sementara tahanan R meningkatkan kehilangan internal dari mesin las, maka pengaturan dilakukan dengan menggunakan reaktansi sisi output misalnya dengan menggerakkan inti. Mesin las busur AC yang tipe inti bergerak sangat populer di Jepang dijelaskan sebagaimana dibawah ini. (a.1) Mesin las busur AC tipe inti bergerak Sebagaimana yang terlihat pada Gambar II.35, inti bergerak M3 disediakan antara besi inti utama M1 dan M2 yang mana kebocoran fluks magnetik dapat melalui diantaranya. Dengan menggerakkan M3 maju mundur dengan tuas engkol, kebocoran fluks magnetik dapat bervariasi. c dari gambar terlihat bahwa sebagian besar dari fluks magnetik ditimbulkan oleh sisi input melewati langsung inti bergerak sebagai kebocoran fluks magnetik seperti yang terlihat pada garis patah-patah, pengurangan fluks magnetik yang bergerak langsung pada sisi output. Hal ini adalah kondisi kebocoran reaktansi maksimum, sementara arus output las adalah yang terakhir. Jika inti bergerak keluar dari besi inti utama seperti yang terlihat pada e, kebocoran fluks magnetik menurun, memaksimalkan arus las. Pada kondisi yang terlihat pada d, inti bergerak pada posisi tengah-tengah, diikuti oleh arus antara c dan e dikontrol. Sehubungan dengan kemungkinan dari pengaturan tanpa tahapan dari arus las dengan menggeser posisi dari inti bergerak dengan menggunakan tuas tangan, tipe mesin ini mudah dirawat dan sangat tahan lama. Inti bergerakPerubahan fluks magnetikTegangan outputKoil sisi inputKoil sisi outputArus output Gambar II.35 Mesin las busur AC tipe inti bergerak TEKNOLOGI LAS KAPAL 165 (b) Mesin las busur DC Mesin las busur DC sangat luas digunakan untuk pengelasan plat, baja tahan karat dan tembaga yang mensyaratkan kestabilan busur. Beberapa mesin dikombinasikan dengan karakteristik penurunan digunakan untuk SMAW, sementara itu mesin las dengan karakteristik tegangan konstan dan sistem untuk pengumpan kawat las pada kecepatan konstan digunakan untuk mesin las semi otomatis seperti las MIG atau MAG. Mesin-mesin yang mempunyai polaritas dari elektrode dan logam induk dapat dirubah, misalnya penombolan antara DC elektrode negatif dan DC elektrode positif. Bagaimanapun juga untuk ini digunakan secara umum untuk menghubungkan kawat las (elektrode) ke plus (DCEP) untuk las MIG dan MAG. Mesin las busur DC mempunyai beberapa problem pencairan satu sisi dari logam induk yang disebabkan oleh hembusan busur termasuk penetrasi yang tidak sempurna, kurang pencairan dan terperangkapnya terak. (b.1) Mesin las busur AC tipe rotasi/berputar (type mesin penggerak generator) Mesin las busur dioperasikan dengan mesin penggerak bensin atau diesel dihubungkan dengan generator sering digunakan di lapangan dimana tenaga listrik tidak tersedia. Disebabkan dengan penggunaan mesin penggerak, mesin las ini secara konvensional besar dan bising, tetapi isolasi kebisingan dan tipe peredamnya telah diperkenalkan baru-baru ini. (b.2) Mesin las busur DC tipe rektifier Rektifier dengan kapasitas besar dan tahan lama telah digunakan, tipe dari mesin las busur DC ini telah diperkenalkan secara luas. (i) Mesin las busur DC tipe thyristor Sebagaimana yang terlihat pada Gambar II.36, tegangan dari sumber tenaga komersial ditransformasikan ke tegangan tanpa beban dari mesin las dan dirubah dari AC ke DC dengan sebuah thyristor pada sisi output. Tegangan output diatur dengan merubah waktu penyalaan thyristor. Penggunaan thyristor membuatnya lebih mudah untuk menjaga output konstan, meskipun tegangan dari sumber daya bervariasi secara bebas dan outputnya berubah secara mendadak. Bentuk struktur dari mesin sederhana, pengaturan jarak jauh dapat dikontrol dan dapat diatur secara baik, dengan bagian yang bergerak sangat minim dan daya tahan yang sempurna. TEKNOLOGI LAS KAPAL 166 BusurOutputFrekuensi komersial (50/60 Hz)TransformatorThiristorReaktor Gambar II.36 Kontrol Thyristor (ii) Mesin las busur DC dengan inverter terkontrol Output DC pertama-tama disiapkan dengan merubah AC ke DC, tersedia AC frekwensi tinggi 2 - 20 kHz dengan merubah fungsi dari transistor, mengurangi tegangan langsung pada transformer dan menyearahkan output dengan silikon rektifier (penyearah). Kecepatan respon sangat cepat dan penggunaan frekwensi tinggi memungkinkan berat dan ukuran dari transformer dan reaktor berkurang dan tenaga/daya dihemat. Tipe mesin las ini sering digunakan untuk las MAG atau TIG. Cepatnya karakteristik respon dapat digunakan untuk merubah start dari busur, mesin las busur DC dengan kontrol inverter akan digantikan dengan tipe kontrol thyristor dimasa mendatang. Transformator frekuensi tinggiRektifikasi TransistorReaktorBusurRectifierAC frekuensi tinggi Gambar II.37 Kontrol inverter TEKNOLOGI LAS KAPAL 167 3. Mesin tambahan dari mesin las busur (a) Alat penurun tegangan otomatis Tegangan amanWaktuWaktu tunda (sekitar 1 detik)Tegangan amanKontak elektrodaTegangan busurWaktu start(sekitar 0.06 detik)Tegangan outputTegangan tanpa beban mesin lasGambar II.38 Prinsip operasi dari alat penurun tegangan otomatis Selama pengelasan busur AC, arah dari busur berubah - ubah pada setiap setengah siklus dan sehubungan dengan frekwensi dari tegangan busur nol adalah dua kali dari besarnya sumber daya listrik. Maka selang waktu busur yang pertama dan ditimbulkan kembali dengan tegangan pada arah yang berlawanan. Tegangan ini disebut tegangan penyalaan ulang. Sebagaimana hal ini terjadi terus menerus dengan las busur AC, tegangan tanpa beban dari mesin las harus selalu lebih tinggi daripada tegangan penyalaan ulang. Sehubungan dengan hal ini tegangan tanpa beban dari mesin las busur AC disetel pada sekitar 85 - 95 V. Walaupun tegangan ini baik sekali untuk penyalaan busur, perawatan operasional dan stabilitasnya sangat bagus, tegangan tersebut menyebabkan kejutan listrik yang berbahaya, maka alat penurun tegangan otomatis perlu dipasang. Sebagaimana terlihat pada Gambar II.38, tegangan tanpa beban disetel dibawah 25 V pada alat ini. Bila elektrode dikontakkan dengan logam induk, kontak utama dari kontaktor elektromagnetik pada alat ini menutup sekitar 0,06 detik (disebut waktu start), menurunkan tegangan ke tegangan tanpa beban aslinya dari mesin, dan memungkinkan untuk busur ditimbulkan. Selama penyalaan busur, tegangan normal dari busur dijaga. Jika busur dimatikan, keadaan tegangan tanpa beban asal dari mesin dijaga selama sekitar satu detik, kemudian tegangan diturunkan ke tegangan tanpa beban dari alat penurun tegangan otomatis. Waktu tersebut dinamakan waktu penundaan. Metode ini diambil pada beberapa problem dari penurunan produktivitas dan keausan dari kontaktor utama ketika busur sering terputus pada kasus las ikat. Bagaimanapun juga penyetelan waktu tunda yang terlalu panjang akan meningkatkan bahaya listrik kejut, waktu tunda maksimum dibatasi sampai 1,5 detik. TEKNOLOGI LAS KAPAL 168 4. Informasi spesifikasi listrik dari mesin las busur Plat nama yang tercantum pada depan panel dari mesin las menyatakan properti listrik dari mesin las busur. Tabel II.3 memperlihatkan sebuah contoh dari plat nama sebuah mesin las busur AC. Tabel II.3 Contoh keterangan yang ditampilkan pada papan nama (a) Tipe AW300 (f) Tegangan beban terukur 35 V (b) Tegangan input terukur 200 V (g) Daya input terukur 24 kVA – 13 kW (c) Frekuensi terukur 50 Hz (h) Tegangan tanpa beban maksimum 80 V (d) Siklus kerja terukur 40% (i) Kenaikan temperatur 1600C (e) Arus output 300 A (a) Tipe AW menunjukkan standar tipe mesin las busur AC dan 300 menunjukkan besarnya arus output dari mesin las, artinya maksimum arus las yang dapat digunakan adalah 300 A. Bila mesin las busur AC tipe kecil, diindikasikan dengan AWL yang berarti tipe siklus kerja rendah dari besarnya arus output. (b) Tegangan input terukur Sumber tegangan yang dihubungkan ke sisi input (primer) dari mesin las adalah 200V. Tegangan diatas nilai tersebut mengurangi umur dan fungsi dari transformer dan bagian-bagian listrik yang lain pada mesin, sementara tegangan input dibawah 200V akan mengurangi arus output dan dapat menyebabkan mesin las menjadi tidak bisa dipakai (tidak berfungsi). Tegangan 200 ± 20V dapat ditoleransikan untuk mesin las normal. Jumlah fase bisa satu (fase tunggal) atau tiga (tiga fase). Mesin las busur AC secara normal menggunakan arus fase tunggal 200V. Mesin las busur tiga fase tidak dapat dioperasikan dengan input fase tunggal. (c) Frekuensi terukur Penggunaan umum untuk mesin las busur AC harus dioperasikan pada frekwensi yang spesifik. (i) Bila mesin las busur AC untuk input 60Hz digunakan pada daerah 50Hz, arus output meningkat sebesar 1,2 kali, Next >