BAB III STUDI LITERATUR
3.1 PROSES PENGELASAN Proses pengelasan adalah proses penyambungan antar plat logam (base metal) dengan pemanasan dimana bagian base metal yang akan disambungkan tersebut akan ikut meleleh menjadi sambungan. Umumnya, pada proses pengelasan juga ditambahkan dengan bahan penyambung atau filler metal seperti kawat atau batang las. Pada pengelasan, suhu yang digunakan antara 1500 hingga 1600 derajat Celcius untuk memastikan terjadinya pelelehan base metal.
3.2 LAS TITIK (RESISTANCE SPOT WELDING) Las titik atau Resistance Spot Welding (RSW) adalah proses pengelasan dimana permukaan logam yang berkontak disambungkan oleh panas yang didapat dari resistansi terhadap arus listrik. Biasanya lembaran logam ini berada pada kisaran tebal 1.5 sampai 3 mm. Proses ini menggunakan 2 elektroda tembaga aloy untuk memusatkan arus las ke suatu titik sekaligus untuk mencengkram lembaran tersebut.
Figure 1. Mesin Las Titik Figure 2. Las Titik Robot
Pengelasan ini dilakukan dengan cara menjepit dua atau lebih lembaran logam diantara elektroda logam. Saat logam dijepit, arus bertegangan rendah dialirkan diantara elektroda, hal itu membuat logam yang bersinggungan menjadi panas dan suhunya naik sampai mencapai suhu pengelasan. Saat suhu pengelasan tercapai, logam akan meleleh dan tekanan diantara elektroda memaksa logam menjadi satu sehingga membentuk sambungan las. Sesudah itu arus dihentikan tetapi masih dilakukan penekanan. Setelah logam mendingin, tekanan dilepaskan dan benda kerja dipindahkan. Jumlah energi yang dialirkan kepada titik ini dipengaruhi oleh resistansi, arus dan durasi arus mengalir. Komposisi tersebut ditentukan agar sesuai dengan sifat material, tebal material dan tipe elektroda yang digunakan. Secara umum, prinsip dari las titik adalah Hukum Joule dimana Panas Q yang dihasilkan dipengaruhi oleh tiga faktor dalam persamaan:
Dimana, I
: arus yang mengalir di dalam kombinasi metal (A)
R
: tahanan dari base metal dan muka kontak (Ω)
t
: durasi waktu dari arus yang tersedia (s).
Figure 3. Tahapan Las Titik
3.2.1 APLIKASI Aplikasi spot welding biasanya digunakan pada pengelasan lembaran metal. Untuk spesimen yang lebih tebal lebih susah unutk dilakukan spot welding karena panas akan sangat mudah menyebar ke lingkungan sekitar sehingga proses menjadi tidak efektif. Pada industri, spot welding akan umum ditemui pada industri manufaktur otomotif
dan
pesawat
terbang,
dimana
secara
umum
digunakan
untuk
menyambungkan lempengan yang membentuk chasis dari mobil tersebut. Las titik baik digunakan untuk menyambungkan lembaran logam atau sheet metal yang lazim digunakan untuk membentuk body dari mobil maupun pesawat. Industri otomotif dan pesawat terbang juga mengharuskan adanya produk yang kokoh namun juga ringan. Menurut literatur, hasil pengelasan menghasilkan berat tambahan yang berkisar antara 1-1.5% dari berat konstruksi. Hal ini jelas lebih baik dibandingkan dengan menggunakan paku keling atau mur-baut yang bisa menambah berat konstruksi antara 2.5-4%. Pengerjaan konstruksi las lebih cepat dan karena tidak ada proses pelubangan, maka kekuatannya tetap utuh. Ada 2 macam prosedur las titik yang biasa dilakukan pada manufaktur pesawat dan mobil: •
Overlapped Spots:
•
Non- Overlapped Spots:
Aplikasi lain dapat digunakan pada strap baterai Nikel-Cadmium dan NikelMetal-Hidrida. Spot welding digunakan untuk menyambungkan sel baterai karena dapat mencegah baterai menjadi terlalu panas, dibanding dengan penggunaan solder. 3.2.2 DISTRIBUSI PANAS
Distribusi temperatur pada dasarnya dibagi menjadi 5 zona temperatur. Zona temperatur tertinggi terjadi pada daerah kontak karena disanalah terjadi tahanan listrik yang terbesar. Lima zona yang dimaksud tersebut adalah satu zona pada antar muka (nantinya terbentuk weld nugget), dua zona pada sekitar permukaan logam yang kontak dengan elektroda, dan dua lagi pada logam itu sendiri diluar zona–zona yang telah disebutkan.
Figure 4. Distribusi Temperatur Las Titik
3.2.3 PARAMETER LAS TITIK Parameter las titik dapat diartikan sebagai variabel-variabel yang berpengaruh terhadap kondisi dan hasil kerja dari las titik. Dalam pengerjaan aktual, parameter dari las titik ada banyak, dan bahkan beberapa ilmuwan menemukan lebih dari 100 poin parameter yang mempengaruhi las titik. Untuk mendapatkan
pemahaman yang
sistematis maka berikut akan dijelaskan beberapa parameter yang paling berpengaruh.
a) Weld Current (Arus Pengelasan) Weld current adalah parameter paling penting dalam las titik. Ukuran weld nugget bertambah dengan cepat seiring bertambahnya weld current, tetapi
arus yang terlalu tinggi akan mengakibatkan kerusakan dan keausan elektroda. Harga weld current harus sesuai dengan sifat dari material yang akan di las. Dalam menentukan besar weld current, arus dinaikan secara perlahan sampai adanya serpihan las (weld spatter) yang tercipta diantara lempengen metal tersebut. Ini menandakan bahwa arus yang tepat sudah terpenuhi.
Figure 5. Besar Weld Current Untuk Alat Las Titik Tertentu
b) Squeeze Time (Waktu Tekan) Waktu tekan ialah waktu pada saat logam dijepit dengan 2 elektroda sebelum arus listrik dialirkan. Waktu tekan diperlukan untuk menunda masuknya arus sampai penekanan oleh elektroda sudah mencapai kondisi yang diinginkan.
c) Welding Force (Gaya Las) Fungsi dari adanya gaya penekanan oleh elektroda adalah untuk menekan lembaran untuk disatukan. Benda kerja perlu adanya penekanan pada gaya tertentu pada bagian weld zone untuk memastikan arus dapat mengalir. Jika penekanan terlalu lemah maka dapat terjadi pemisahan seketika saat dialirkan arus karena resistansi kontak yang sangat besar. Jika gaya tekan terlalu besar maka area kontak akan membesar yng menyebabkan kecilnya arus yang
mengalir dan kecilnya resistansi kontak yang secara signifikan mengurangi panas yang dihasilkan serta ukuran weld nugget.
Figure 6. Relasi Gaya Terhadap Waktu
d) Weld Time (Waktu Las) Waktu las yaitu waktu ketika logam dijepit dan dialiri arus listrik tegangan agar temperatur logam naik dan memaksanya menjadi satu. Panas yang dihasilkan elektroda berbanding lurus dengan waktu las. Untuk spot welding lamanya berkisar antara 3-50 Hz. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan weld time: •
Weld time harus sekecil mungkin. Weld time yang terlalu lama akan merusak material dan elektroda.
•
Weld time harus memastikan diameter weld nugget cukup besar dalam pengelasan lembar yang tebal.
•
Weld time harus seminimal mungkin menghindari adanya indentasi pada matrial akibat penekanan oleh elektroda.
e) Hold Time (Waktu Tenggang)
Hold time atau disebut juga cooling time adalah waktu dimana arus telah dihentikan tetapi penekanan masih dipertahankan. Hold time berfungsi agar weld nugget dapat mengeras. Hold time yang terlalu lama akan menyebabkan panas dari lasan untuk menjalar ke elektroda yang menyebabkan elektroda rentan terhadap aus. Hold time terlalu lama dapat juga menyebabkan material berkarbon tinggi (lebih dari 0.1%) menjadi terlalu getas.
f) Resistansi Kontak Resistansi kontak pada muka las adalah parameter paling berpengaruh yang berhubungan dengan material benda kerja walaupun untuk prose pengaruhnya sangat dinamis. Saat welding force naik, maka resistansi kontak juga naik begitupun sebaliknya. Resistansi kontak yang tinggi dipengaruhi oleh berbagai pengotor pada permukaan benda kerja seperti oksidan, uap air, lemak, minyak, debu dan lainnya. Pada saat benda dipanaskan, pengotor ini akan menjadi yang pertama untuk terbakar, sehingga seiring naiknya temperatur, semakin kecil pula resistansi kontak suatu logam.
Figure 7. Contoh Relasi Resistansi Kontak Terhadap Tekanan dan Suhu
g) Permukaan Kontak Elektroda Salah satu kriteria umum dari las titik adalah harus mempunyai ukuran diameter nugget minimal sebesar 5t1/2, dimana t adalah tebal dari lembaran logam tersebut. Untuk mencapai ini, diameter dari elektroda yang digunakan haruslah lebih besar dari diameter nugget yang diinginkan.
3.3 STANDAR DAN SPESIFIKASI Pada tugas kerja praktek kali ini digunakan standar spesifikasi dari AIRBUS dengan kode spesifikasi I+D-P-182 A tentang "Resistance Welding Of Metals". Spesifikasi ini adalah sebagai panduan dalam segala kegiatan spot welding untuk segala parts yang dibuat untuk AIRBUS. 3.3.1 MATERIAL Material dikelompokan dalam berbagai grup: 1. Material grup I
: Baja Alloy Rendah (<5% kandungan alloy)
2. Material grup II
: Baja Alloy Tinggi (>5% kandungan alloy)
3. Material grup III
: Titanium dan berbagai alloynya
4. Material grup IV
: Aluminium, Magnesium dan berbagai alloynya
Rasio antara lembaran yang tebal dengan tipis yang akan di las tidak boleh melebihi rasio 4:1. Jumlah maksimum lembaran yang akan di las tidak boleh melebihi 4 untuk las titik tipe non-overlapped dan 2 untuk las titik tipe overlapped. Table 1. Batasan Ketebalan
Material Group
I dan II
III
IV
Thickness Range
0,4 - 2,0 mm
0,4 - 3,2 mm
0,6 2,0 mm
Untuk tugas kerja praktek ini akan lebih banyak dijelaskan untuk material yang paling umum dan banyak digunakan pada proses manufaktur pesawat terbang di PT Dirgantara Indonesia yaitu Grup IV dengan kualitas pengelasan Class B.
3.4 FLOW PROCESS SPOT WELDING
3.4.1 PREVIOUS CLEANING Previous cleaning adalah bagian dari poses surface preparation dimana tujuan dari previous cleaning adalah untuk membersih kan permukaan logam yang akan dilakukan las titik dari pengotor yang akan menurunkan resistansi kontak. Proses ini dilakukan dengan berbagai campuran kimia. Table 2. Maximum time between the cleaning and welding
Material to be welded
Welding class
Maximum time
A
24 hours (1 day)
B&C
144 hours (6 days)
B&C
96 hours (4 days)
Aluminium and its alloys Magnesium alloys
3.4.2 MACHINE QUALIFICATION Machine qualification adalah proses untuk menentukan batas minimum dan maksimum dari kemampuan suatu mesin. Proses machine qualification di desain untuk memastikan bahwa nantinya hasil lasan akan mempunyai kualitas yang konsisten dalam kondisi operasi konvensional. A. Syarat Proses machine qualification umumnya hanya dilakukan sekali seumur hidup yaitu saat mesin baru diinstalasi, dengan catatan: 1. Mesin tersebut dipakai untuk pengelasan material yang sama 2. Mesin tersebut tidak dipindahkan ke tempat lain. Pemindahan mesin akan mempengaruhi lingkungan kondisi kerja mesin dan juga perbedaan sumber dan besarnya tegangan listrik. 3. Mesin belum pernah rusak dan adanya perbaikan yang besar.
4. Adanya mesin lain dengan tipe yang sama. Jika satu mesin telah melewati proses machine qualification, maka mesin lain dapat dianggap telah terkualifikasi. Suatu mesin dikatakan berbeda tipe jika berbeda: pembuatnya, nomor model, panel kontrol, kapasitas listrik, penggunaan arus, atau sistem pemberian tekanan pada elektroda. B. Prosedur Secara umum, proses kualifikasi ini harus dilakukan menggunakan material yang akan dipakai dalam produksi. Panduan pemilihan material dan spesimen uji sebagai berikut: Table 3. Test specimen definition
Material
Base
Group
Material Inconel 718
I and II
Configuration Mininum
0,4 : 0,4 mm
Maximum
2,0 : 2,0 mm
Representative
Ti6Al-4v III
Certification Program
Mininum
0,4 : 0,4 mm
Maximum
3,2 : 3,2 mm
Representative
IV
It shall be defined in the
It shall be defined in the Certification Program
2024 T3
Mininum
0,6 : 0,6 mm
alclad (sheet)
Maximum
2,0 : 2,0 mm
Representative
It shall be defined in the Certification Program
Untuk masing-masing grup material, proses kualifiksi akan dilaksanakan melewati 3 tahap. 2 tahap pertama, material akan dinilai batasan prosesnya. 2 lembar
dengan ketebalan minimum dan 2 lagi dengan ketebalan maksimum akan di las sesuai dengan Tabel 2. Setelah dilaksanakan dan diatur parameter dari mesin tersebut, tahap ke 3 akan menggunakan sampel representatif dari 2 tahap awal untuk kemudian dilakukan tes sesuai tabel berikut: Table 4. Speciments to test in the resistance welding machine qualification keterangan,
Weld
Number of test specimens Flatwise
Type
Class
Visual
Radiographic
Shear
inspection
inspection
test
Core
tensile test
Macrographic
Micrographic
(2)
(1) Non-
A
overlapped
B&
spots
C A
ALL
ALL
100
25
---
5
3
ALL
---
100
25
5
---
3
ALL
600 mm
---
---
600 mm
3
ALL
---
---
600 mm
---
3
Overlapped spots
B& C
fold
10x25 mm 10x25 mm
1) hanya untuk material yang dikeraskan (hardened) dalam proses las 2) dibutuhkan hanya untuk las spaced spots Class A aluminium alloy dan continous spots atau las discontinous overlaped Class B dan las spaced spots Class A berbasis Nikel atau Cobalt.
3.4.3 PROCESS CERTIFICATION Process certification didefinisikan sebagai proses penentuan parameter yang sesuai untuk proses manufaktur suatu assembly part. Parameter ini mencakup weld current, squeeze time, weld force, holding time dan lainnya.
A. Syarat Process certification baru boleh dilakukan apabila sebelumnya mesin telah melewati proses machine qualification. Setting parameter untuk sertifikasi proses tidak perlu dilakukan untuk assembly unit dengan material yang sama, process treatment dan susunan tebal lembar yang sesuai.
B. Prosedur Panduan pemilihan material untuk proses sertifikasi dapat dilihat dari referensi Tabel 2. Jumlah spesimen yang dipakai untuk pengujian process certification adalah sebagai berikut:
3.4.5 INSPECTION DURING MANUFACTURING Inspeksi rutin adalah kegiatan yang wajar dilakukan di dalam industri manufaktur yang bertujuan mengontrol kinerja mesin untuk menjamin kualitas hasil produksi. Untuk inspeksi ini biasanya digunakan sampel 10 buah spesimen, dengan masing-masing diberi satu titik pengelasan, atau 10 buah titik overlapped spot. Inspeksi harus dilakukan secara periodik dengan penjelasan sebagai berikut: •
Pada awal proses manufaktur
•
Untuk kelas A: pada interval 1 jam.
•
Untuk kelas B dan C: pada interval 2 jam.
•
Setelah penggantian elektroda pada mesin las titik.
3.4.4 SPECIMENS TEST 1. Visual Inspection Visual inspection adalah metode inspeksi dengan mata langsung tanpa alat pembantu. Termasuk di dalamnya beberapa parameter berikut: •
Penampakan permukaan: Kehalusan permukaan luar dan ada tidaknya crack pada bagian yang di las.
•
Pemisahan: Saat pengelasan titik ada kemungkinan terjadi pemisahan (gap) antara 2 material tersebut. Jarak pemisahan tersebut masih dapat diterima jika masih dalam rentang 0.12 0.15mm atau 10% dari tebal rata-rata dari material Class A dan 0.15mm atau 15% untuk material Class B.
•
Indentasi Kedalaman indentasi tidak bolh melebihi 0.13mm atau 10% tebal rata-rata untuk Class A dan B dan 0.13mm atau 20% untuk Class C.
•
Cacat Terlihat
Visible Defects
Acceptable Non-
Additional repaired (max
Repaired (max % of
% of total spots)
total spots)
Non-authorized separation
A
B
C
3
5
10
0
0
10
3
5
10
of the sheets Pitting or blowing of ⱷ > 1.5mm within trace Pitting or blowing of ⱷ < 1.5mm within trace Non-allowed traces Distance to edge exceeding the minimum specified in drawing
2. Radiographic Inspection
A
B
C
Radiography inspection dikenal juga sebagai industrial radiography, termasuk dalam nondestructive testing (NDT) atau tes yang dilaksakan dengan tidak mendeformasi fisik dari suatu material. Metode ini digunakan untuk mencari cacat dalam material dengan memanfaatkan kemampuan radiasi elektromagnetik gelombang pendek dengan energi foton yang tinggi. Sinar radiasi ini harus diarahkan ke area material yang akan diinspeksi dengan sudut datang tegak lurus dari permukaan material tersebut. Material ditempatkan diantara sumber sinar dengan alat deteksi. Perbedaan jumlah energi radiasi yang diterima dengan yang diberikan ini akan memberikan gambaran tentang ketebalan maertial atau komposisi internal material.
Figure 8. Radiographic Inspection
3. Shear Test
Shear test adalah tes paling umum dilakukan untuk mengecek kekuatan dari las titik. Prinsip dari shear test adalah dilakukannya penarikan pada 2 ujung material yang dilakukan las dengan satu titik dampai dialami kegagalan. ada 5 modus kegagalan yang umum terjadi:
Figure 9. Shear Test Modes
4. Flatwise Tensile Test
Flatwise tensile test adalah metode inspeksi, sama seperti shear test, untuk mengetahui kekuatan material hasil las. Bedanya adalah pada flawise tensile test, gaya yang diberikan adalah gaya normal keluar terhadap permukaan material.
Figure 10. Flatwise Tensile Test
5. Macrographic
Macrographic test bertujuan untuk mengecek kedalaman penetrasi hasil las sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Hal ini dapat dicek dengan melihat potongan melintang pada daerah las lalu menghitungnya.
Figure 11. Measurement of the spot diameter
Table 5. minimum spot diameter (applicable to all metals)
"e" thickness of
"D" minimum
"e" thickness of
"D" minimum
the thinnest
spot diameter
the thinnest
spot diameter
sheet to be
(mm)
sheet to be
(mm)
welded (mm)
welded (mm)
0.25
1.52
1.42
4.82
0.30
1.78
1.60
5.08
0.40
2.16
1.80
5.33
0.50
2.29
2.03
5.71
0.55
2.54
2.30
6.10
0.60
2.68
2.50
6.35
0.65
3.05
2.80
6.60
0.70
3.30
3.20
7.11
0.80
3.56
3.60
7.62
0.90
3.81
4.10
8.13
1.00
4.06
4.60
8.64
1.14
4.32
4.80
8.89
