< Previous TEKNOLOGI LAS KAPAL 59 Bila udara dalam kondisi plasma ini disuplai energi listrik untuk membentuk sebuah kolom busur dan daerah disekitarnya didinginkan, arus tidak bisa mengalir dengan mudah pada lingkungan/kondisi dingin disebabkan oleh naiknya tahanan listrik, sehingga arus terkonsentrasi ke daerah busur di pusat nyala api; semua ini menaikkan temperatur daerah tersebut. ElektrodaGas plasmaNosel Busur apiMaterial yang akan dipotong Gambar I.94 Pemotongan busur plasma Kolom busur nyala pada bagian pusat/sumbunya terjadi lebih sempit oleh efek jepitan panas (thermal pinch effect) membentuk sebuah busur plasma dengan temperatur setinggi 2000º - 3000º C. Ketika busur plasma menyempit pada nozzle, busur plasma tersebut menjadi panas dan sempit. Karena bagian panas dan sempit dari busur tersebut dapat melelehkan benda kerja dengan sangat mudah, busur plasma dapat digunakan untuk memotong. Sementara pemotongan gas memotong dengan aksi kimia menggunakan reaksi oksidasi metal, busur plasma adalah pemotongan secara fisik yang memotong benda kerja menggunakan plasma bertemperatur sangat tinggi. Benda kerja dilelehkan dengan menggunakan energi dari busur plasma dan daerah yang meleleh dihembus oleh aliran gas plasma berkecepatan tinggi untuk melengkapi proses pemotongan. Kecepatan aliran gas plasma yang tipis dan mengecil dari torch standar dengan tinggi 6 - 10 mm sebesar 2000 m/detik. TEKNOLOGI LAS KAPAL 60 I.4.2.2 Mesin potong busur plasma Tabel I.10 Konstruksi mesin potong busur plasma Kommponen Sistem Fungsi Sumber tenaga DC Merubah arus AC menjadi arus DC. Diode silikon umumnya digunakan dalam bentuk kombinasi dengan sistem kontrol pembalik pada peralatan penyearah, meskipun thyristor digunakan dalam bentuk kombinasi dengan sistem kontrol arus ketika arus menjadi besar. Pengionisasi frekuensi tinggi Menimbulkan plasma. Mampu menimbulkan beberapa ribu volt frekuensi tinggi Alat penyuplai gas Memberikan gas yang digunakan untuk pemotongan busur plasma. Umumnya menggunakan gas Ar, N2, H2, O2 atau udara. Alat pendingin Memberikan air pendingin untuk melindungi torch plasma dari panasnya plasma. Torch plasma Menimbulkan busur plasma diantara material yang akan dipotong. Alat pengontrol Menimbulkan busur untuk pemotongan busur plasma dan untuk mengontrol gas dan air untuk pendinginan. Tabel I.10 menunjukkan struktur dasar dari mesin. Pemotongan bisa dilakukan secara manual, tetapi pada umumnya dilakukan pada sebuah mesin otomatis atau mesin yang dikombinasi dengan peralatan Numeric Control (NC), dengan pertimbangan peningkatan kualitas permukaan potong dan efisiensi operasional. Sumber tenaga DC yang mempunyai penurunan atau karakteristik arus yang rendah digunakan sebagai pensuplai tenaga. Tegangan tanpa beban 200 - 400 V disyaratkan untuk merubah gas orifice (mulut lubang) menjadi gas plasma yang digunakan untuk operasi pemotongan. Tegangan (voltage) dalam kondisi terbeban adalah sekitar 100 - 180 Volt. TEKNOLOGI LAS KAPAL 61 I.4.2.3 Gas Plasma (Gas orifice ) Untuk memudahkan penyiapan busur plasma dan menaikkan efek peruncingan panas (thermal), gas yang digunakan untuk pengoperasian harus mempunyai kemampuan pendinginan yang tinggi. Nitrogen, Oksigen atau Udara digunakan salah satu. Jika Argon yang digunakan, hidrogen atau nitrogen salah satu yang digunakan atau keduanya sebagai gas campuran. Gas-gas tersebut dapat digunakan untuk pemotongan logam; namun gas orifice yang digunakan harus dipilih sesuai dengan jenis material dan ketebalan plat. I.4.2.4 Gas plasma dan material elektroda Material yang digunakan untuk elektroda adalah tungsten, hafnium atau sirkon. Hafnium atau sirkon digunakan untuk logam murni, tetapi tungsten yang digunakan dipadu dengan 2% thorium, lanthanum atau lithium oksida. Jika oksigen atau udara yang digunakan sebagai gas orifice, hafnium atau sirkon yang mempunyai titik leleh tinggilah yang digunakan, tetapi jika gas tidak mengandung oksigen, tungsten harus digunakan untuk elektrode. Elektrode logam hafnium mempunyai umur pakai yang panjang dibandingkan dengan logam sirkon. I.4.2.5 Metode pemasokan gas orifice Gas orifice dipasok dalam bentuk sistem aliran aksial yang mana gas mengalir secara paralel ke elektroda atau dalam bentuk sistem aliran pusaran yang mana aliran gas berbentuk spiral. Pada sistem aliran aksial digunakan elektroda tungsten dengan ujung runcing. Sementara busur timbul pada ujung elektroda, stabilitasnya dapat dipertahankan. Sebagaimana elektroda yang runcing telah digunakan, sistem ini digunakan untuk torch yang arusnya sampai dengan sekitar 250 Ampere. Pada sistem aliran yang berputar, digunakan elektroda yang mempunyai ujung rata yang diisi dengan hafnium atau sirkon. Pada kasus ini elektroda harus dipasang pada titik dimana busur ditimbulkan. Dengan tipe aliran berputar, semua ini disiapkan juga sehingga busur dipancarkan dari pusat elektroda dimana aliran gas dalam hal ini paling rendah. Semua ini untuk menjaga putaran dari gas dalam nosel dan dipertahankan pada pusat sumber busur plasma. Strukturnya juga diikuti dengan elektroda yang didinginkan secara efektif dengan cara penghantaran. Untuk pengoperasian pada arus yang besar, tetapi seluruh elektroda harus diganti bila telah aus. TEKNOLOGI LAS KAPAL 62 (a) Tipe aliran aksial /lurus(b) Tipe aliran putar /melingkarElektroda(Elektroda negatif)Diameter noselPanjang nosel pelurusKolom busur apiKetinggian torchUjung noselAliran gas Kolom busur api Gambar I.95 Bentuk elektroda dan sistim suplai gas orifice I.4.2.6 Klasifikasi metoda pemotongan dengan busur plasma Tabel I.11. menunjukkan klasifikasi sesuai dengan tipe gas orifice, material yang akan dipotong dan ciri - ciri keistimewaannya. (a) Metode pemotongan busur udara plasma menggunakan oksidasi gas kebanyakan digunakan untuk pemotongan baja lunak, sebagai pengoksidaan besi dengan oksigen dalam udara mengikuti pengoperasian tanpa ada yang terbuang. Walaupun lapisan nitrit muncul pada permukaan potong oleh gangguan nitrogen diudara akan menyebabkan lubang-lubang cacing yang timbul pada pengoperasian pengelasan lain-lain jika material dilas tanpa adanya perlindungan. Problem-problem ini dapat dihindari dengan menghaluskan permukaan dengan menggunakan gerinda. (b) Pemotongan busur plasma oksigen dapat menghindari problem-problem ini dan telah dimungkinkan digunakan dengan mengembangkan elektroda hafnium yang mana menggunakan sangat sedikit udara atau oksigen, dan penggunaan oksigen murni telah mengeliminasi problem-problem pengelasan dengan cara pencegahan terjadinya lapisan nitrida pada permukaan potong. Walaupun pengoperasiannya harus dilaksanakan secara otomatis, dikarenakan pembakaran oksigen mendukung sifat - sifatnya. (c) Pemotongan busur plasma argon-hidrogen mensyaratkan penggunaan argon dengan penambahan hidrogen atau nitrogen dalam jumlah sedikit. Metode ini sesuai untuk pemotongan baja tahan karat dan aluminium (campuran). TEKNOLOGI LAS KAPAL 63 Hasil pemotongannya sempurna dan menimbulkan permukaan logam yang murni. Walaupun penggunaan argon membuat seluruh kotoran harus dibuang pada permukaan lebih sulit untuk dihilangkan, dan hal ini tidak bisa dipakai untuk baja lunak. (d) Pemotongan busur plasma nitrogen telah lama dipakai. Walaupun menyebabkan terjadinya permukaan nitrida dan perubahan warna pada permukaan, metode ini tidak lagi digunakan untuk pekerjaan yang berkualitas tinggi. Walaupun metode ini menawarkan masa pemakaian elektrode dan nozzle yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode pemotongan busur plasma yang lainnya. Metode plasma injeksi air telah ditampilkan baru-baru ini. Metode ini menggunakan nitrogen atau oksigen sebagai gas orifice, dan penggunaan aliran air yang berputar (disebut gas penunjang) disekitar kolom busur mendinginkan nosel dan melindunginya dari terjadinya pelelehan oleh arus listrik yang besar, yang baik untuk meningkatkan effek penciutan panas. Penggunaan aliran air untuk kolom busur, diikuti dengan pemotongan dibawahnya yang dilaksanakan dan juga menyelesaikan problem polusi, udara, cahaya/sinar dan asap. Penyimpangan yang terjadi setelah pemotongan sangat kecil, dan selanjutnya oksigen dapat digunakan sebagai gas, menghasilkan pemotongan yang berkualitas tinggi untuk baja tahan karat dan baja lunak. Gas plasmaNoselElektrodaBajaInjeksiKeramik Gambar I.96 Plasma injeksi air TEKNOLOGI LAS KAPAL 64 Tabel I.11 Metode pemotongan busur plasma, keistimewaan dan material dasar yang dapat digunakan Material induk yang dapat digunakan Tipe gas plasma Plasma oksigen Plasma udara Plasma nitrogen Plasma argon-hidrogen Plasma injeksi air Baja lunak } { ± ± } Permukaan yang baik, bebas dari material yang terbuang, dapat tercapai Keadaan bebas dari material yang terbuang dapat tercapai, tetapi terjadi lapisan nitrida Material yang terbuang masih menempel, terjadi lapisan nitrida Material yang terbuang masih menempel Permukaan yang baik, bebas dari material yang terbuang dapat tercapai (bila digunakan oksigen) Baja tahan karat U U { } } Bebas dari material yang terbuang, tetapi permukaan kasar Bebas dari material yang terbuang, tetapi permukaan kasar Bebas dari material yang terbuang, permukaan halus, tetapi hitam karena lapisan nitrida Kualitas bagus, menunjukkan permukaan logam murni Kualitas permukaan bagus, tidak perubahan warna (bila digunakan nitrogen) Aluminium U U U } } Bebas dari material yang terbuang, tetapi permukaan kasar Bebas dari material yang terbuang tetapi permukaan agak / sedikit kasar Bebas dari material yang terbuang tetapi permukaan sedikit kasar Kualitas bagus, menunjukkan permukaan logam murni Kualitas bagus, menunjukkan permukaan logam murni (bila digunakan nitrogen) } Sangat baik ±Kurang baik { Baik U Buruk I.4.2.7 Kualitas pemotongan busur plasma Faktor - faktor yang menentukan kualitas permukaan potong ditunjukkan pada gambar I.97. Faktor yang paling penting pada pemotongan busur plasma adalah ketegaklurusannya. Oleh karena itu, lebar pemotongan adalah lebih lebar di daerah atas daripada di daerah bawah untuk permukaan pemotongan yang dimiringkan. Hal ini menyebabkan efek lompatan panas pada busur plasma yang menekan busur dan membuat busur tersebut tipis. TEKNOLOGI LAS KAPAL 65 Jarak yang lebih besar dari nosel, diameter plasma yang lebih sempit dan temperatur yang lebih rendah. Turunnya temperatur menjelaskan bahwa putaran alirannya kuat. Jika busur plasma memasuki material, selanjutnya busur plasma tersebut ditekan turun dan menyebabkan terjadinya kemiringan. Pada kasus plasma argon-hidrogen, yang mana dilakukan secara normal dengan aliran arah aksial, pengerucutan tidak terjadi sama sekali. Walaupun dalam kasus plasma oksigen, oksidasi membuat kerucut lebih nyata. Pada permukaan potong kerucut cenderung menjadi simetris pada sekitar kiri kanannya dengan pancaran mengalir secara aksial dan tidak simetris dengan aliran yang berputar. Ketegaklurusan Pelelehan sisi teratasMaterial yang harus terbuangKekasaran permukaanKedataran Gambar I.97 Faktor-faktor yang menentukan kualitas permukaan potong busur plasma Untuk menghindari problem ini, sebuah metode telah diadopsi dengan cara memiringkan torch. Walaupun dengan peningkatan bentuk-bentuk mesin potong yang kompleks, torch dengan tipe aliran ganda digunakan untuk menyelesaikan problem-problem yang ada. Metode ini menyediakan nosel kedua diluar nosel untuk jalan keluar dari gas plasma yang asli untuk menambah berputarnya gas pendukung menjadi lebih kuat untuk merubah tegak lurusnya permukaan potong. Walaupun garis tarikan terlihat seperti pada kasus pemotongan gas, kekasaran dari permukaan tidak terlalu besar. Jika memilih metode secara benar untuk memotong material maka, metode ini mendapatkan hasil jauh lebih baik dibandingkan dengan pemotongan dengan gas. TEKNOLOGI LAS KAPAL 66 Gas tunggal konvensionalGas aliran gandaElektrodaGas plasmaNoselGas sekunderBagian luar nosel Gambar I.98 Sistim aliran ganda I.4.3 Pemotongan dengan Sinar Laser Sinar laser, jika dikonsentrasikan, memberikan energi yang sangat tinggi pada daerah yang sangat sempit, berkas sinar laser tersebut dapat digunakan untuk pengeboran sebuah lubang yang halus atau pemotongan dan pengeboran yang kontinyu. Keuntungan pemotongan dengan sebuah laser : (a) Tidak hanya untuk memotong logam, tetapi juga non logam seperti plastik, karet, kaca, kayu atau kain.G(b) Pemotongan dapat dilaksanakan dengan lebar yang sempit, daerah kena pengaruh panas yang minimum dan perubahan bentuk (distorsi)) karena panas yang kecil.G(c) Pemotongan dengan tanpa sentuhan, tanpa ada perkakas yang aus,dan tanpa terjadi suara bising dan getaran. (d) Pekerjaan presisi tinggi dapat dilaksanakan dengan menggunakan sistem kontrol numerik (NC).GBila dikombinasikan dengan CAD/CAM, proses produksi bisa menjadi otomatis.GBerkas laser adalah sebuah sinar, maka tidak dapat memotong material - material berikut ini: (a) Substansi yang merefleksikan sinar seperti emas, perak dan tembaga. (b) Material yang sangat tebal, seperti logam dengan tebal beberapa dosin milimeter dan non logam dengan ketebalan lebih dari 30 mm. Pemotongan dengan sinar laser yang dibahas disini adalah sebuah contoh dari laser CO2. TEKNOLOGI LAS KAPAL 67 I.4.3.1 Prinsip dari pemotongan sinar laser Sinar laser (keluarandan bentuk keluaran)PendinginanKaca pembiasLensa(jarak titik pusat)Gas pelindung(jumlah aliran, jenis)Material yang akan dipotong(ketebalan plat, kualitas dan situasi permukaan)(Posisi pengaturan titik pusat)(Kecepatan pemotongan Gambar I.99 Kepala potong laser Pemotongan dengan sinar laser adalah sama seperti pengelasan hingga pada sebuah titik dimana sinar laser dikonsentrasikan dan dipancarkan ke material yang akan dipotong. Lihat Gambar I.99, perbedaannya dari pengelasan adalah tergantung dari gas pelindung yang digunakan pada kepala potongnya, pemotongan dengan sinar laser menghembuskan pancaran gas tekanan tinggi disebut juga gas bantu ke titik pemotongan untuk mendukung pekerjaan pemotongan Fungsi gas pembantu tersebut adalah sebagai berikut : (a) Untuk menimbulkan pembakaran material yang akan dipotong (b) Untuk membuang material cair atau yang menguap (c) Untuk menambah ketajaman pemotongan dan kecepatan potong (d) Untuk mendinginkan tip nosel pada tip kepala potong dan benda kerja Untuk pemotongan material logam seperti besi atau baja, oksigen digunakan sebagai gas bantu dalam pelelehan material dengan memanfaatkan reaksi pembakaran oksidasi sama seperti pada pemotongan gas. Dengan kata lain untuk mengontrol reaksi pembakaran oksidasi, udara kering atau nitrogen digunakan sebagai gas bantu, untuk menyerap energi dari laser CO2. TEKNOLOGI LAS KAPAL 68 Untuk membuang cairan atau material yang menguap secara efektif, diameter nosel pada umumnya dikurangi sekecil mungkin 1 - 2 mm untuk meningkatkan tekanan gas bantu. Bagaimanapun juga, bila permukaan material mengkilat disyaratkan pemotongan permukaan material plastik atau plat baja yang tebal yang harus dipotong, menggunakan gas yang bertekanan lebih rendah .Berbagai kondisi kerja memungkinkan menggunakan pemotongan sinar laser, meskipun ketahanan dan kemampuan berkembang dari seting nilainya dapat menjadi masalah. I.4.3.2 Unjuk kerja pemotongan dengan sinar laser Ketebalan platKecepatan potong (meter/menit)Baja lunak Gambar I.100 Hubungan antara ketebalan plat dan kecepatan potong untuk baja lunak pada pemotongan sinar laser Sebagaimana terlihat pada gambar kurva diatas, output laser yang lebih besar memungkinkan plat yang lebih tebal dipotong dengan kecepatan yang lebih tinggi. Ketebalan plat baja tahan karat adalah sekitar dua tiga kali dari tebal plat baja lunak. Tabel I.12. menunjukkan kondisi khusus pemotongan sinar laser untuk berbagai material. Next >