Electron Beam Machining
Electron beam machining (EBM) adalah salah satu dari industry proses pemotongan yang menggunakan electron beam. Disamping mesin tersebut, aplikasi lain yang termasuk teknologi tersebut yaitu perlakuan panas (Bagian 27.5.2) dan pengelasan (Bagian 31.4.1). Electron beam machining menggunakan aliran kecepatan gerak dari suatu benda yang tinggi dari titik pusat electron pada permukaan benda kerja untuk menyayat material dengan cara peleburan dan penguapan. Secara skematis proses EBM dapat digambarkan pada Gambar 26.13. penembak balok electron menghasilkan aliran electron yang menyambung yang percepatannya kira-kira 75% dari kecepatan cahaya dan titik pusat penghubung lensa elektromagnetik pada permukaan kerja. Lensa tersebut mempunyai kemampuan untuk mereduksi area beam ke diameter sekecil 0.025 mm (0.001 inchi). Pada permukaan yang berbenturan, energy kinetic dari electron dirubah menjadi energy panas yang mempunyai tingkat kepekatan yang luar biasa tinggi yang mana meleburkan atau menguapkan material dalam area yang sangat terbatas.
Figure 26.13 Electron Beam Machining (EBM)
Electron beam machining digunakan untuk jenis pemotongan dengan tingkat kepresisian yang sangat tinggi yang di aplikasikan pada banyak jenis material. Pen gaplikasian tersebut termasuk pengeboran yang ekstrem yaitu lubang dengan diameter yang sangat kecil sampai diameter 0.05 mm (0.002 inchi), pengeboran lubang dengan kedalaman yang sangat tinggi dengan rasio diameter lebih dari 100:1, dan pemotongan celah yang hanya selebar 0.025 mm (0.001 inchi). Pemotongan tersebut dapat membuat toleransi yang sangat tertutup
dengan tanpa kekauatan gaya pemotongan atau pahat yang aus. Proses yang ideal untuk micromachining dan yang umumnya terbatas untuk operasi pemotongan bagian yang tipis dalam batasan tebal 0.25 sampai 6.3 mm (0.010 sampai 0.250 inchi). EBM harus dibawa ke dalam kamar hampa udara untuk meniadakan tuburkan dari electron dengan molekul gas. Keterbatasan lain yang termasuk adalah energy yang dibutuhkan sangat tinggi dan peralatannya sangat mahal.
PENGERTIAN PENGELASAN Definisi pengelasan menurut DIN (Deutsche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Dalam proses penyambungan ini adakalanya disertai dengan tekanan dan material tambahan (filler material) Teknik pengelasan secara sederhana telah diketemukan dalam rentang waktu antara 4000 sampai 3000 SM. Setelah energi listrik dipergunakan dengan mudah, teknologi pengelasan maju dengan pesatnya sehingga menjadi sesuatu teknik penyambungan yang mutakhir. Hingga saat ini telah dipergunakan lebih dari 40 jenis pengelasan. Pada tahap-tahap permulaan dari pengembangan teknologi las, biasanya pengelasan hanya digunakan pada sambungan-sambungan dari reparasi yang kurang penting. Tapi setelah melalui pengalaman dan praktek yang banyak dan waktu yang lama, maka sekarang penggunaan proses-proses pengelasan dan penggunaan konstruksi-konsturksi las merupakan hal yang umum di semua negara di dunia. Terwujudnya standar-standar teknik pengelasan akan membantu memperluas ruang lingkup pemakaian sambungan las dan memperbesar ukuran bangunan konstruksi yang dapat dilas. Dengan kemajuan yang dicapai sampai saat ini, teknologi las memegang peranan penting dalam masyarakat industri modern. Klasifikasi pengelasan Ditinjau dari sumber panasnya. Pengelasan dapat dibedakan tiga: A. Mekanik B. Listrik C. Kimia Sedangkan menurut cara pengelasan, dibedakan menjadi dua bagian besar: A. Pengelasan tekanan (Pressure Welding)
B. Pengelasan Cair C. Fusion Welding Fusion welding adalah proses penyambungan logam dengan cara mencairkan logam yang tersambung.Jenis-jenis Fusion Welding: A. Oxyacetylene Welding B. Electric Arc Welding C. Shield Gas Arc Welding- TIG- MIG- MAG- Submerged Welding D. Resistance Welding- Spot Welding- Seam Welding- Upset Welding- E. Flash WeldingElectro Slag Welding- Electro Gas Welding F. Electron Beam Welding G. Laser Beam Welding H. Plasma Welding Carbon Arc Welding adalah proses untuk menyatukan logam dengan menggunakan panas dari busur listrik, tidak memerlukan tekanan dan batang pengisi (filler metal) dipakai jika perlu. Carbon Arc Welding banyak digunakan dalam pembuatan aluminium dan besi. Sumber arusnya bisa DC maupun AC dengan menggunakan DC/AC. Proses Carbon Arc Welding bisa dipakai secara manual ataupun otomatis. Pendinginannya tergantung besarnya arus. Bila penggunaan arus di atas 200 Ampere digunakan Water Cooled. Dan sebaliknya bila di bawah 200 Ampere digunakan Air Cooled.
Coated Electrode Welding
Cara pengelasan dimana elektrodanya dibungkus dengan fluks merupakan pengembangan lebih lanjut dari pengelasan dengan elektroda logam tanpa pelindung (Bare Metal Electrode). Dengan elektroda logam tanpa pelindung, busur sulit dikontrol dan mengalami pendinginan terlalu cepat sehingga 02 dan N2 dari atmosfer diubah menjadi Oksida dan Nitrida, akibatnya sambungan menjadi rapuh dan lemah. Prinsip Las Elektroda Terbungkus adalah busur listrik yang terjadi antara elektroda dan logam induk mengakibatkan logam induk dan ujung elektroda mencair dan kemudian membeku bersama-sama. Lapisan (Pembungkus) Elektroda terbakar bersama dengan meleburnya elektroda menghasilkan gas pelindung sekeliling busur. dengan oksigen (O2). hasil pembakaran ini akan menghasilkan suhu yang tinggi dan umumnya digunakan untuk cutting, brazing, metalling, and hard surfacing. Acetylene dihasilkan dari percampuran CAC2 (Kalsium Karbida) dengan air. CAC2 dihasilkan dari proses peleburan antara batu karang (Carbon) dengan kapur (CAO) dalam dapur api yang memancarkan bunga api listrik.
Fungsi Fluks:
Melindungi logam cair dari lingkungan udara Menghasilkan gas pelindung Menstabilkan busur Sumber unsur paduan (V, Zr, Cs, Mn). Submerged Arc Welding
Dalam pengelasan busur rendam otomatis, busur dan material yang diumpankan untuk pengelasan tidak diperlukan seorang operator yang ahli. Pengelasan otomatis ini pertama kali diusulkan oleh Bernardos dan N. Slavianoff. Dan Las Busur Rendam dipraktekkan pertama kali oleh D. Dulchesky. Las busur rendam adalah pengelasan dimana logam cair tertutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampung fluks dan logam pengisi yang berupa kawat pejal diumpankan secara terus menerus. Dalam pengelasan ini busur listriknya terendam dalam fluks. Karena dalam pengelasan ini, busur listriknya tidak kelihatan, maka sangat sukar untuk mengatur jatuhnya ujung busur. Di samping itu karena mempergunakan kawat elektroda yang besar maka sangat sukar untuk memegang alat pembakar dengan tangan tepat pada tempatnya. Karena kedua hal tersebut maka pengelasan selalu dilaksanakan secara otomatis penuh. Mesin las ini dapat menggunakan sumber listrik AC yang lamban dan DC dengan tegangan tetap bila menggunakan listrik AC Perlu adanya pengaturan kecepatan pengumpanan kawat las yang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan panjang busur yang diperlukan. Bila menggunakan sumber listrik DC dengan tegangan tetap, kecepatan pengumpanan dapat dibuat tetap dan biasanya menggunakan polaritas balik (DCRP). Mesin las dengan listrik DC kadang-kadang digunakan untuk mengelas pelat tipis dengan kecepatan tinggi atau untuk pengelasan dengan elektroda lebih dari satu. Keuntungan Las Busur Rendam:
Kualitas Las Baik Penetrasi cukup Bahan las hemat Tidak perlu operator tampil Dapat memakai arus yang tinggi
Kerugian Las Busur Rendam:
Sulit menentukan hasil seluruh pengelasan Posisi pengelasan hanya horisontal Penggunaan sangat terbatas
Tungsten Inert Gas Pengelasan ini pertama kali ditemukan di USA (1940), berawal dari pengelasan paduan untuk bodi pesawat terbang. Prinsip: panas dari busur terjadi diantara elektrode Tungsten dan logam induk akan meleburkan logam pengisi ke logam induk di mana busurnya dilindungi oleh gas mulia (Ar atau He). Las ini memakai elekroda Tungsten yang mempunyai titik lebur yang sangat tinggi (3260 C) dan gas pelindungnya Argon/Helium. Sebenarnya
masih ada gas lainnya, seperti Xenon. Tetapi karena sulit didapat maka jarang digunakan. Dalam penggunaannya Tungsten tidak ikut mencair karena Tungsten tahan panas melebihi dari logam pengisi. Karena elektrodanya tidak ikut mencair maka disebut juga elektroda tidak terumpan. Oxyacetylene Welding Suatu pengelasan dengan menggunakan nyala api yang diperoleh dari pembakaran gas acetylene (C2H2) dengan oksigen (O2). Hasil pembakaran ini akan menghasilkan suhu yang tinggi, dan umumnya digunakan untuk cutting, brazing, metalling, dan hard surfacing. Acetylene dihasilkan dari percampuran CaC2 (Kalsium Karbida) dengan air. CaC2 dihasilkan dari proses peleburan antara batu karang (Carbon) dengan kapur (CaO) dalam dapur api yang memancarkan bunga api listrik. CaO + 3C Þ CaC2 + CO CaC2 + H2O Þ C2H2 + Ca(OH)2 Setelah CaC2 dileburkan, Karbida didinginkan, dihancurkan dan dimasukkan dalam keadaan kering ke dalam wadah yang hampa udara. Dimana wadah yang hampa udara ini merupakan salah satu bagian dari generator Acetylene. Dalam generator tersebut, Karbida yang telah dihancurkan diletakkan dalam wadah yang hampa udara yang terletak di atas tangki besar yang berisi air. Kemudian sedikit demi sedikit Karbida ini dijatuhkan ke dalam air. Carbon yang terkandung dalam CaC2 melepaskan diri dan kemudian bergabung dengan Hidrogen membentuk C2H2 yang berupa gelembung-gelembung gas, pada akhirnya akan menguap menjadi gas dan meninggalkan endapan Ca(H)2. Acetylene tidak berwarna, tidak berbau dan lebih ringan daripada udara. Tapi yang ada di pasaran sudah dicampur degnan belerang dan Phofor sehingga berbau. Gas Acetylene tidak stabil di atas tekanan 30 psig (1435 F). Di atas batas-batas tersebut bisa menimbulkan ledakan. Karena ketidakstabilan dari Acetylene ini, maka tidak boleh digunakan di atas tekanan 15 psig atau dikenai kejutan listrik, panas yang berlebihan dan perlakuan yang keras. Untuk mengatasi hal ini, kalau gas ini akan disimpan dalam botol baja dengan tekanan di atas 2 atm maka harus dilarutkan lebih dahulu dalam Aceton cair. Aceton ini digunakan untuk menyerap gas Acetylene dan membuatnya menjadi stabil. Caranya dengan melapisi dinding botol penyimpanan dengan Asbes yang porous dan diakhiri dengan penambahan Aceton cair. Aceton ini digunakan untuk menyerap gas Acetylene dan membuatnya menjadi stabil. Caranya dengan melapisi dinding botol penyimpanan dengan Asbes yang porous dan diakhiri dengan penambahan Aceton cair. Pemakaian gas dari silinder tidak boleh lebih dari 1/7kapasitas total silinder. Jenis nyala api dapat dibagi tiga jenis:
Netral (C2H2 : O2 = 1:1) Karburasi (C2h2 > O2) Oksidasi (C2H2 < O2) Temperatur nyala api bisa mencapai 3000 C. Electric Arc Welding
Prinsip : Penggunaan busur listrik untuk pemanasan. Panas oleh busur listril terjadi karena adanya loncatan elektron dari elektrode melalui udara ke benda kerja Elektron tersebut bertumbukan dengan udara/gas serta memisahkannya menjadi elektron dan ion positif. Daerah di mana terjadi loncatan elektron disebut busur (Arc). Menurut Bernados (1885) bahwa busur yang terjadi di antara katoda Karbon dan anoda logam dapat meleburkan logam sehingga bisa dipakai untuk penyambungan 2 buah logam.
Las Busur Listrik dapat dibagi menjadi:
Las Elektroda Karbon Las Elektroda Terbungkus Las Busur Rendam Las Busur CO2 Las TIG Las MIG Las Busur dengan elektroda berisi fluks
Panas dari busur disebabkan oleh elektron yang bergerak dari katoda menumbuk anoda. Konversi energinya: W=E*I*T Di mana: W = Energi Panas E = Tegangan, Volt I = Arus, Ampere T = Waktu, Detik Pada saat pengelasan, benda kerja menjadi panas sehingga mudah terjadi reaksi dengan Oksigen (Udara). Untuk mencegahnya digunakan pelindung berbentuk fluks atau gas pelindung. Posisi pengelasan terdiri dari : Flat (F), Vertikal (V), Horisontal (H) dan Overhead. Carbon Arc Welding Carbon Arc Welding mungkin adalah proses las listrik yang dikembangkan pertama kali menurut catatan, eksperimen las listrik pertama kali dilakukan pada tahun 1881, ketika Auguste de Meritens (Perancis) menggunakan busur karbon sebagai sumber pengelasan dengan aki sebagai sumber listriknya. Dalam eksperimennya, dia menghubungkan benda kerja dengan kutb positif. Walaupun kurang efisien, proses ini berhasil menyatukan timah dengan timah.
Carbon Arc Welding adalah proses untuk menyatukan logam dengan menggunakan panas dari busur listrik, tidak memerlukan tekanan dan batang pengisi (filler metal) dipakau jika perlu. Carbon Arc Welding banyak digunakan dalam pembuatan aluminium dan besi. Sumber arusnya bisa DC maupun Ac. Dengan menggunakan DC/AC, proses Carbon Arc Welding bisa dipakai secara manual ataupun otomatis. Pendinginannya tergantung besarnya arus, bila penggunaan arus di atas 200 Ampere digunakan Water Cooled. Dan sebaliknya bila di bawah 200 Ampere digunakan Air cooled. Coated Electrode Welding Cara Pengelasan dimana elektrodanya dibungkus dengan fluks merupakan pengembangan lebih lanjut dari pengelasan dengan eletroda logam tanpa pelindung (Bare Metal Electrode). Dengan elektroda logam tanpa pelindung, busur sulit dikontrol dan mengalami pendinginan terlalu cepat sehingga O2 dan N2 dari atmosfir diubah menjadi oksida dan nitrida, akibatnya sambungan menjadi rapuh dan lemah. Prinsip Las Elektroda Terbungkus adalah busur listrik yang terjadi antara elektroda dan logam induk mengakibatkan logam induk dan ujung elektroda mencair dan kemudian membeku bersama-sama. Lapisan (Pembungkus) elektroda terbakar bersama dengan meleburnya elektroda. Fungsi Fluks:
Melindungi logam cair dari lingkungan udara. Menghasilkan gas pelindung Menstabilkan busur Sumber unsur paduan (V, Zr, Cs, Mn).
Submerged Arc Welding Dalam pengelasam busur rendam otomatis, busur dan material yang diumpamakan untuk pengelasan tidak diperlukan seorang operator yang ahli. Pengelasan otomatis ini pertama kali diusulkan oleh Bernardos dan N. Slavianoff dan las busur rendam dipraktekkan pertama kali oleh D. Dulchevsky. Las busur rendam adalah pengelasan dimana logam cair tertutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampung fluks dan logam pengisi yang berupa kawat pejal diumpankan secara terus menerus. Dalam pengelasan ini busur listriknya terendam dalam fluks. Karena dalam pengelasan ini, busur listriknya tidak kelihatan, maka sangat sukar untuk mengatur jatuhnya ujung busur. Di samping itu karena mempergunakan kawat elektroda yang besar maka sangat sukar untuk memegang alat pembakar dengan tangan tepat pada tempatnya. Karena kedua hal tersebut maka pengelasan selalu dilaksanakan secara otomatis penuh. Mesin las ini dapat menggunakan sumber listrik AC yang lamban dan DC dengan tegangan tetap bila menggunakan listrik AC.
Mesin Las Busur Rendam Perlu adanya pengaturan kecepatan pengumpanan kawat las yang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan panjang busur yang diperlukan. Bila menggunakan sumber listrik DC dengan tegangan tetap, kecepatan pengumpanan dapat dibuat tetap dan biasanya menggunakan polaritas balik (DCRP). Mesin las dengan listrik DC kadang-kadang digunakan untuk mengelas pelat tipis dengan kecepatan tinggi atau untuk pengelasan dengan eletroda lebih dari satu. Keuntungan Las Busur Rendam: Kualitas Las baik Penetrasi cukup Bahan las hemat Tidak perlu operator trampil Dapat memakai arus yang tinggi Kerugian Las Busur Rendam: Sulit menentukan hasil seluruh pengelasan Posisi pengelasan hanya horisontal Penggunaan sangat terbatas Tungsten Inert Gas Pengelasan ini pertama kali ditemukan di USA (1940), berawal dari pengelasan paduan untuk bodi pesawat terbang. Prinsip : Panas dari busur terjadi diantara elektrode tungsten dan logam induk akan meleburkan logam pengisi ke logam induk di mana busurnya dilindungi oleh gas mulia (Ar atau He) Las ini memakai elektroda tungsten yang mempunyai titik lebur yang sangat tinggi (3260 C) dan gas pelindungnya Argon/Helium. Sebenarnya masih ada gas lainnya, seperti xenon. Tetapi karena sulit didapat maka jarang digunakan. Dalam penggunaannya tungsten tidak ikut mencair karena tungsten tahan panas melebihi dari logam pengisi. Karena elektrodanya tidak ikut mencair maka disebut elektroda tidak terumpan. Keuntungan : Digunakan untuk Alloy Steel, Stainless Steel maupun paduan Non Ferrous: Ni, Cu, Al (Air Craft). Disamping itu mutu las bermutu tinggi, hasil las padat, bebas dari porositas dan dapat untuk mengelas berbagai posisi dan ketebalan.
Dibandinkan dengan Carbon Arc Welding, tungsten memiliki beberapa keunggulan. Pada umumnya Tungsten Arc Welding hampir sama dengan Carbon Arc Welding. Persamaannya: Sumber arusnya sama (Power Supply/Welding Circuit) Memakai Elektroda kawat Dikhususkan Hanya untuk las Perbedaannya: Carbon Arc Welding memakai fluks (Coating), TIG memakai gas pelindung. Elektroda pada Carbon Arc Welding ikut mencair sebagai logam pengisi, TIG elektrodanya tidak ikut mencair. Carbon Arc Welding tidak perlu filler metal, TIG diperlukan filler metal.
