FCAW & GMAW

Teknik Perkapalan-UHT

Pengelasan FCAW&GMAW

Welding (FCAW) I. Pengelasan Flux Core Ar c Welding Pengelasan FCAW (Flux Core Arc Welding) merupakan salah satu jenis proses pengelasan yang banyak digunakan untuk pembangunan konstruksi kapal. Las FCAW merupakan proses pengelasan busur listrik yang berinti fluks dengan elektroda terumpan yang berbentuk tubular. Proses peleburan logam terjadi diantara logam induk dengan elektrode dan fluks yang merupakan inti dari elektrode, terbakar manjadi gas pelindung terhadap pengaruh udara luar (atmosfer). Dapat juga gas pelindung dibuat dengan gas tambahan dari suplai luar (auxilary gas ). Proses pengelasan FCAW terjadi ketika filler metal diumpankan secara terus menerus dengan bidang kerja (base metal ) yang menggunakan gas pelindung dari terbakarnya bahan-bahan yang terkandung dalam inti elektrode. Bahan-bahan ini akan terbentuk menjadi slag yang lebih ringan jika dibandingkan dengan deposit logam las, dan akan mengapung di atas permukaan logam las yang sekaligus berfungsi sebagai pelindung terhadap kontaminasi udara. Disamping itu bahan-bahan tersebut juga berfungsi untuk membantu berlangsungnya proses deoksidasi, ionisasi, purifying agent, dan proses perpaduan elemen-elemen yang lain. Dibandingkan dengan proses pengelasan busur yang lain, proses pengelasan dengan FCAW (Flux Core Arc Welding ) memberikan beberapa keuntungan, diantaranya adalah :  Kualitas deposit logam las menjadi tinggi.  Bentuk hasil las yang baik, smooth dan uniform.  Bentuk garis mendatar las fillet sangat baik.  Untuk pengelasan baja dengan macam-macam ketebalan.  Faktor operasionalnya tinggi, mudah dilakukan otomatisasi.  Harga deposit rate-nya tinggi.  Kecepatan gerakan relatif tinggi.  Perencanaan sambungan sederhana dan ekonomis.  Sedikit diperlukan gas pelindung jika dibandingkan dengan las GMAW.  Deformasi puntiran lebih kecil jika dibandingkan dengan las SMAW.  Visible arc mudah dalam penggunaan. Dalam penggunaannya proses pengelasan dengan FCAW sangat jarang dilakukan secara manual. Seluruh rangkaian proses kerjanya banyak menggunakan cara semi otomatis dan otomatis. Pada cara semi otomatis proses pengumpanan logam las ke bidang kerja dilakukan secara otomatis namun pergerakan pengelasannya dilakukan secara manual. Metode semi otomatis ini paling banyak digunakan dalam pengelasan karena lebih fleksibel. Sedangkan dengan cara otomatis adalah proses pengumpanan elektrode ke bidang kerja dan pergerakan arah pengelasannya dilakukan secara otomatis.

Pengelasan FCAW, Elektrode Berinti Fluks FCAW, proses pengelasan dengan menggunakan elektrode berbentuk pipa yang berinti fluks dan proses pengelasan ini merupakan pengembangan dari pengelasan MIG (Metal Inert Gas). Dengan pengelasan FCAW dapat memperbaiki busur listrik, perpindahan logam cair dari elektrode ke benda kerja, sifat-sifat logam las dan kualitas sambungan las.

Nur Yanu Nugroho

1



Proses pengelasan terjadi akibat adanya panas yang dihasilkan oleh busur listrik. Dan busur listrik akan timbul karena adanya hubungan singkat (short circuit) antara elektrode FCAW yang berbentuk pipa berinti fluks dengan benda kerja yang akan disambung. Prinsip kerja dari pengelasan FCAW sama dengan pengelasan GMAW (Gas Metal arc Welding). Elektrode las yang digunakan pada pengelasan FCAW mempunyai karakteristik yang berbeda dengan elektrode pada pengelasan GMAW.

Gambar 1.1. Perpindahan Logam Las Pada Proses Las FCAW.

Gambar 1.2. Proses Las FCAW.

Nur Yanu Nugroho

2



Penggunaan las FCAW lebih luas, misalnya dapat digunakan untuk pengelasan logam-logam dengan kekuatan tarik tinggi yang memerlukan kualitas deposit las yang cukup baik. Pengelasan dengan pemakaian arus listrik yang tinggi, terjadinya busur listrik masih stabil dan dapat dikendalikan jika dibandingkan dengan porses las GMAW pada penggunaan elektrode dengan ukuran diameter besar. Busur listrik dan logam las yang cair masih dapat terlihat jelas oleh tukang las dan slag pada lapisan logam las dengan mudah dapat dibersihkan. Pada saat terjadinya perpindahan logam las dari elektrode ke benda kerja, spatter dan asap yang dihasilkan relatif sedikit sehingga tidak terlalu mengganggu tukang las. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam melakukan pengelasan FCAW, antara lain :  Prinsip kerja sama dengan proses pengelasan GMAW.  Perlindungan terhadap kontaminasi udara dengan self shielded atau Active Gas (CO2).  Elektrode terumpan (tubular cored wire).  Tubular cored wire rod sebagai logam pengisi & menyalurkan busur.  Wire feeder berfungsi untuk menggerakkan wire rod .  Cara kerja dengan semi otomatis atau otomatis.  Aplikasi untuk pengelasan: carbon steel, high strength low alloy steel , stainless steel, aluminium, etc.

Prinsip Kerja Las FCAW  Peralatan: torch ( gun), yang di dalamnya ada solid wire yang didorong oleh wire feeder , gas pelindung dialirkan dari tabung gas.  Pengumpanan cored wire secara menerus & otomatis.  Dengan penyetelan parameter las (ampere & voltage) yang sesuai, maka panjang busur & kecepatan pengumpanan solid wire secara atomatis akan menyesuaikan.  Juru las mengatur kecepatan dan arah pengelasan dan posisi gun, ini berarti pengelasan bekerja secara semi otomatis. Elektrode yang digunakan pada pengelasan flux-cored arc welding (FCAW) adalah kawat las yang berbentuk tabung (pipa) yang didalamnya berisi suatu campuran deoxidizers, fluks, bubuk metal, dan ferro-alloys. Tipe elektrode seperti ini yang membedakan antara elektrode flux-cored wires dan solid cold-drawn wire . Pemakaian elektrode flux-cored dalam proses pengelasan FCAW dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : dengan menggunakan gas asam-arang (CO2) sebagai gas pelindung tambahan dari luar (external shielding gas ) dan dapat juga digunakan untuk pengelasan yang tidak perlu tambahan gas dari luar, dalam hal ini gas pelindung didapatkan dari pembakaran slag pada inti elektrode flux-cored (internal shielding gas ). Pemakaian gas asam-arang untuk las FCAW sebagai pelindung pada umumnya akan memberikan hasil yang lebih baik jika dibandingkan dengan yang tanpa menggunakan gas pelindung eksternal. Mesin las FCAW meskipun dapat digunakan untuk pengelasan semi otomatis atau secara otomatis, namun pada umumnya banyak diterapkan untuk pengelasan semi otomatis. Di dalam pengelasan semi otomatis, wire feeder secara terus menerus memberikan elektrode yang akan dicairkan untuk mengisi kampuh las, dan

Nur Yanu Nugroho

3



power source memberikan sumber arus listrik untuk memelihara panjang busur las yang terjadi. Tukang las menggerakkan welding gun dan melakukan penyesuaian parameter pengelasan. Pengelasan FCAW dapat juga dilakukan dengan mesin las yang dapat mengendalikan jalannya pengelasan, menjaga panjang busur las, dan mensuplai kawat las untuk pengisian kampuh las. Operator las secara terus menerus memonitor proses pengelasan itu dan menyesuaikan ke dalam parameter pengelasan. Pengelasan secara otomatis banyak digunakan untuk aplikasi pekerjaan dengan produksi yang tinggi dan cepat.

Keuntungan Pengelasan FCAW Keuntungan utama dari pengelasan flux-cored arc welding (FCAW) adalah dapat menekan biaya pengelasan dengan deposit logam las yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pengelasan SMAW maupun GMAW. Kebutuhan biaya yang lebih sedikit ini dikarenakan elektrode pada las FCAW sudah dilengkapi dengan fluks pada inti elektrode sebagai gas pelindung tanpa memerlukan gas tambahan dari luar seperti halnya elektrode pada pengelasan GMAW. Pengelasan FCAW menghasilkan bentuk manik-manik las yang sangat baik dan halus sehingga tidak memerlukan pekerjaan penggerindaan pada permukaan logam las. Pengelasan flux-cored tidak memerlukan gas pelindung seperti gas asam-arang (CO2) yang sering digunakan untuk aplikasi pengelasan konstruksi baja lunak. Menghasilkan logam las yang mempunyai kekuatan lebih tinggi dengan sifat material sedikit lebih ductile dibandingkan dengan penggunaan pelindung gas asam-arang (CO2). Menghasilkan penetrasi las yang lebih dalam sehingga baik untuk pengelasan pelat-pelat tebal. Proses las flux-cored menimbulkan kotoran yang relatif kecil pada logam las, dan ini dapat mengurangi terjadinya cacat pada logam las. Kecepatan pengelasan yang lebih tinggi karena deposit las yang dihasilkan lebih banyak dan terjadinya percikan las (spatter ) relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan pengelasan SOLID-WIRE MIG. Penggunaan elektrode dengan diameter yang lebih kecil, sehingga pengelasan bisa dilakukan dalam semua posisi. Beberapa kawat las flux-cored tidak memerlukan persediaan gas pelindung eksternal, sehingga akan menyederhanakan peralatan tersebut. Dengan kawat elektrode yang dapat diumpankan secara terusmenerus dapat menghemat waktu untuk melaksanakan penggantian elektrode seperti pada las SMAW. Kerugian Pengelasan FCAW Kebanyakan pada pengelasan low-alloy steel maupun mild-steel, pemakaian elektrode jenis flux-cored dapat menyebabkan material lebih sensitip terhadap terjadinya perubahan bentuk (deformasi) jika dibandingkan dengan pengelasan dengan elektrode SMAW. Kepekaan ini, sangat tergantung dari voltase yang digunakan, dan dapat dikurangi dengan pemakaian gas pelindung tambahan dari luar. Untuk hasil las yang baik perlu mesin las tipe constant-voltage dan constant-speed electrode feeder yang dapat memelihara tegangan busur supaya tetap.

Nur Yanu Nugroho

4



Peralatan Pengelasan FCAW Peralatan yang digunakan pada pengelasan FCAW dengan elektrode berinti fluks sama dengan peralatan yang digunakan pada pengelasan GMAW. Peralatan utama yang digunakan adalah power source, controls, wire feeder, welding gun, dan welding cables. Perbedaan utama antara keduanya adalah terletak pada elektrode yang digunakan. Elektrode untuk FCAW menggunakan pelindung udara yang berasal dari fluks yang terletak didalam inti elektrode itu sendiri. Sedangkan elektrode untuk GMAW harus diberi pelindung udara dari luar yang berasal dari tangki-tangki gas pelindung yang disiapkan. Hal ini biasanya juga akan berpengaruh terhadap mekanisme peralatan yang dipakai untuk proses pengelasan, khususnya pada welding gun yang digunakan. Untuk pengelasan otomatis, ada beberapa hal yang harus diperhatikan seperti penambahan peralatan pengatur gerakan elektrode supaya bisa berjalan dengan sendirinya, peralatan untuk mengatur arah pengelasan, dan tambahan-tambahan peralatan utama yang lain.

Gambar 1.3. Skema Kerja Mesin Las FCAW.

Nur Yanu Nugroho

5



Gambar 1.4. Peralatan Mesin Las FCAW.

Kebanyakan power source yang digunakan beroperasi pada tegangan 230 hingga 460 volt, akan tetapi mesin yang digunakan juga harus mampu beroperasi pada tegangan 200 hingga 575 volt. Power sources akan beroperasi dengan baik pada satu phase maupun tiga phase dengan frekwensi 50 sampai 60 hertz. Kebanyakan power sources yang digunakan untuk pengelasan FCAW menggunakan duty cycle 100%. Dengan demikian mesin las tersebut dapat digunakan secara terus menerus tanpa istirahat. Ada beberapa mesin las yang digunakan untuk proses ini ada yang mempunyai duty cycle 60%, yang berarti bahwa mesin las hanya dapat digunakan untuk mengelas selama 6 menit dari setiap 10 menit. Mesin las untuk FCAW biasanya telah direkomendasikan dengan tipe mesin arus listrik DC (Direct Current) dengan tegangan konstan (constant voltage). Kedua-duanya menggunakan generator berputar dan statis baik untuk yang satu phase maupun tiga phase transformator rectifiers. Power sources yang sama dapat digunakan untuk pengelasan GMAW maupun FCAW. Pada pengelasan FCAW biasanya menggunakan arus listrik yang lebih tinggi dari pada pengelasan GMAW sehingga kadang-kadang memerlukan power yang lebih besar. Penting untuk diketahui tentang kapasitas maksimum dari power source agar kemampuan dari mesin las dapat disesuaikan dengan kebutuhan pekerjaan pengelasan. Proses pengelasan FCAW menggunakan sumber arus listrik searah (DC). Sumber listrik DC ini dapat disesuaikan dengan kebutuhan yaitu DCSP (Direct Current Straight Polarity ) dan DCRP (Direct Current Reverse Polarity ). Kawat elektroda flux-core dirancang untuk beroperasi dengan baik pada DCEP (Direct Current Electrode Positive ) maupun DCEN (Direct Current Electrode Negative ). Kawat elektrode dirancang dengan menggunakan pelindung yang berasal dari luar, biasanya untuk pengelasan DCEP. Ada beberapa kawat elektrode flux-core untuk DCEP yang tidak memerlukan lagi perlindungan udara dari luar (self-shielding flux-cored ), akan tetapi elektrode jenis ini banyak digunakan pada pengelasan DCEN. Elektrode

Nur Yanu Nugroho

6



positif (DCEP) dapat memberikan penetrasi ke dalam yang lebih baik sehingga cocok untuk penyambungan pelat-pelat tebal. Elektrode negatif (DCEN) akan memberikan penetrasi yang kurang dalam dan cocok digunakan untuk mengelas bahan-bahan logam yang lemah dan pelat-pelat tipis. Kampuh las yang dihasilkan oleh DCEN adalah lebih lebar dan lebih dangkal jika dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh DCEP. Sumber arus listrik yang dihasilkan oleh mesin generator dapat digunakan untuk proses pengelasan FCAW. Arus listrik ini dibangkitkan oleh rotor elektrik yang digerakkan oleh mesin penggerak tipe motor bakar dalam yang sesuai dengan aplikasinya. Mesin penggerak tersebut bisa menggunakan mesin bensin maupun mesin diesel dengan sistem pendinginan air ataupun udara. Penggunaan motor generator sebagai pembangkit listrik dapat menghasilkan busur listrik yang sangat stabil, tetapi menimbulkan kebisingan, biaya lebih mahal, membutuhkan konsumsi tenaga lebih besar, dan memerlukan pemeliharaan yang lebih sulit jika dibandingkan dengan mesin las yang menggunakan transformer-rectifier . Motor penggerak kawat las (wire feed ) pada mesin las FCAW digunakan untuk mengendalikan jalannya elektrode agar dapat mempercepat proses pekerjaan. Ada beberapa tipe sistem penggerak kawat las (wire feed ) untuk mesin las FCAW yang tersedia, dan pemilihan sistem tersebut tergantung dari aplikasi yang digunakan. Kebanyakan dari sistem wire feed yang digunakan pada pengelasan FCAW adalah jenis wire feed dengan kecepatan tetap (constant speed ) dan digunakan pada mesin las dengan tegangan konstan ( constant voltage). Dengan adanya variasi kecepatan wire feeder, tegangan listrik dapat diatur untuk menjaga panjang busur las yang diinginkan dengan bermacam-macam kecepatan wire feed yang ada. Variasi panjang busur las dapat meningkatkan atau mengurangi kecepatan wire feed tersebut. Wire feeder terdiri dari rotor elektrik yang dihubungkan ke suatu pengarah yang berisi bak-engkol ( gear box ) penggulung kawat las. Skema dari gear box dan wire feeder ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 1.5. Wire Feed Assembly .

Nur Yanu Nugroho

7



Gear box dan wire feeder pada pengelasan FCAW kedua-duanya menggunakan sistem pendinginan dengan udara. Daerah busur las (torch guns) juga didinginkan dengan udara di sekitar pengelasan, dan jika menggunakan gas pelindung tambahan juga bisa menambah efek dari pendinginan pada proses las tersebut. Proses pendinginan ada juga dengan menggunakan air dengan cara mengalirkan air yang berada di dalam pipa khusus ke daerah di sekitar gear box dan wire feeder . Pendinginan dengan air direkomendasikan untuk pengelasan dengan pemakaian arus listrik lebih besar dari 600 ampere, dan lebih banyak digunakan untuk pengelasan dengan arus listrik 500 ampere. Pendinginan dengan air memungkinkan penggunaan arus listrik secara maksimal dan pengoperasian mesin las secara terus menerus. Pendinginan dengan udara lebih banyak disukai untuk aplikasi kurang dari 500 ampere, walaupun pendinginan dengan air juga boleh digunakan. Sistem pendinginan dengan udara lebih mudah dan ringan dalam pengoperasiannya. Kabel pengelasan dan connectors digunakan untuk menghubungkan arus listrik dari power supply kepada welding gun dan benda kerja. Kabel ini kebanyakan dibuat dari tembaga yang terdiri dari ratusan kawat serabut yang diselubungi oleh karet baik karet alam atau karet sintetis. Kabel yang menghubungkan power supply dengan welding gun harus mampu memberikan arus listrik yang cukup kepada elektrode. Di dalam pengelasan semi otomatis, kabel ini disamping untuk memenuhi kebutuhan elektrode untuk memanaskan logam las juga digunakan untuk menggerakkan jalannya elektrode selama pengelasan. Pada mesin las otomatis, kabel yang digunakan untuk pencairan logam dan jalannya elektrode dipasang secara terpisah. Ukuran kabel pengelasan yang digunakan tergantung pada kapasitas arus listrik dari mesin las, siklus tugas (duty cycle) mesin, dan jarak antara mesin las dengan benda kerja. Ukuran kabel yang terbentang paling kecil dengan ukuran nomor 8 pada kuat arus 75 ampere. Pemakaian kabel yang terlalu kecil dapat mengakibatkan terlalu panas selama pengelasan berlangsung.

Peralatan gas pelindung dan elektrode pada las FCAW Gas pelindung berfungsi untuk melindungi proses pencairan logam kawat las dan benda kerja. Peralatan yang digunakan terdiri dari tabung persediaan gas, pengontrol tekanan, katup pengendali, dan pipa karet untuk menyalurkan gas menuju welding gun. Pelindung udara dihasilkan dari cairan gas yang disimpan dalam tangki dan dilengkapi dengan alat penguapan yang dapat dikontrol. Cairan dalam tangki mempunyai tekanan tinggi dan ketika menguap keluar akan bereaksi dengan udara dan membentuk gas sebagai pelindung. Tujuan utama dari pemakaian gas pelindung pada pengelasan FCAW adalah untuk melindungi busur las pada saat terjadinya pencairan logam dari kontaminasi atmosfir. Adanya unsur nitrogen (zat lemas) dan oksigen (zat asam) di udara, jika terjadi kontak dan masuk ke dalam pencairan logam las dapat menyebabkan terjadinya porosity dan material sambungan las akan menjadi getas atau rapuh (martensite). Di dalam pengelasan FCAW, gas untuk melindungi busur las dapat terpenuhi oleh pembakaran elektrode yang berinti fluks atau ada tambahan gas dari luar. Gas pelindung akan berfungsi untuk memindahkan udara di sekitar area busur las, dan proses pengelasan

Nur Yanu Nugroho

8



akan berlangsung di bawah selimut gas pelindung tersebut. Inert gas (gas mulia) dan active gas (gas aktif) keduanya boleh digunakan untuk tambahan gas pelindung dari luar. Inert gas dan active gas tersebut diantaranya adalah gas asam-arang (CO2), campuran argon-oxygen (mixture), dan campuran argon-carbondioksida yang banyak digunakan untuk hampir semua aplikasi.

Penggunaan gas pelindung tambahan Penggunaan gas pelindung harus dipilih berdasarkan beberapa pertimbangan agar sesuai dengan aplikasi pengelasan yang digunakan. Pertimbangan tersebut antara lain : jenis material yang akan dilas, karakteristik perpindahan logam las (metal transfer ), ketersediaan di pasaran, harga dari gas pelindung yang digunakan, persyaratan sifat mekanis sambungan las, penembusan, dan bentuk manik-manik logam las. Berbagai gas pelindung yang sering digunakan dapat dijelaskan di bawah ini. 1. Gas asam-arang atau karbondioksida (CO 2) Gas asam-arang dihasilkan dari gas bahan bakar yang disemburkan oleh terbakarnya gas-alam atau minyak bakar. Karbondioksida ini juga sebagai hasil sampingan dari pabrik amoniak, fermentasi alkohol, yang mana hasilnya hampir 100 persen murni CO2. Gas asam-arang yang dibuat untuk pemakai tersedia dalam tabung maupun dalam kontainer curah, akan tetapi yang paling banyak tersedia adalah kemasan dalam tabung. Dengan sistem curah, gas asam-arang pada umumnya dibuat dalam bentuk cairan dan akan berubah menjadi gas ketika digunakan untuk memanaskan proses las. Sistem curah secara normal hanya digunakan ketika diperlukan persediaan dengan jumlah yang cukup besar pada bengkel pengelasan. Persediaan gas asam-arang di dalam tabung diperoleh dari campuran antara cairan dan uap air yang membentuk gas asam-arang, cairan menduduki kirakira duapertiga dari ruangan di dalam tabung silinder. Jika ditimbang, kirakira 90 persen berat dari isi tabung adalah gas yang berada di atas cairan. Ketika gas asam-arang keluar dari tabung silinder sudah dalam bentuk gas yang menguapkan cairan dalam tabung, untuk itu harus dilengkapi dengan alat pengukur tekanan agar dapat diketahui keseluruhan tekanan gas yang terbentuk. Jika tekanan di dalam tabung silinder mengalami penurunan hingga 200 psi (1379 kPa), maka tabung silinder harus digantikan dengan yang baru. Laju aliran pengeluaran normal CO2 dari tabung silinder adalah sekitar 10 50 cu ft per jam (4,7 24 liter per menit). Laju pengeluaran maksimum 25 cu ft per jam (12 liter per menit) direkomendasikan untuk pengelasan dengan menggunakan tabung silinder tunggal. Jika laju aliran gas dari tabung silinder terlalu rendah, dapat mengakibatkan penurunan pemanasan pada saat pengelasan. Dan jika laju aliran di-set terlalu tinggi, daya serap panas ini dapat mendorong kearah pembekuan pada pengatur tekanan dan pengukur aliran yang dapat menghalangi aliran gas pelindung dalam proses las. Apabila diperlukan laju aliran yang lebih tinggi dari 25 cu ft per jam (12 liter per menit) dengan menggunakan dua jenis tabung silinder CO2 yang dipasang secara paralel, maka dalam prakteknya harus dipasang alat pemanas di antara dua tabung tersebut dengan pengatur aliran gas ( gas ∼

∼

Nur Yanu Nugroho

9



regulator ), pengatur tekanan ( pressure regulator ), dan pengukur aliran ( flowmeter ). Penggunaan gas asam-arang secara luas banyak dipakai sebagai pelindung pada pengelasan FCAW. Pemakaian CO2 sebagai pelindung memberikan keuntungan di dalam pengelasan baja. Penetrasi yang dihasilkan lebih dalam sehingga cocok untuk pengelasan pelat-pelat tebal. Biaya yang dibutuhkan relatif rendah. Gas asam-arang cenderung menghasilkan perpindahan logam las berbentuk bulat ( globular transfer ). CO2 dapat mengeliminir unsur-unsur yang merugikan dalam pengelasan, seperti karbon monoksida dan oksigen. Gas asam-arang adalah suatu pengoksidasi gas, deoxidizing unsur-unsur yang ditambahkan pada kawat elektrode untuk memindahkan oksigen. Oksida yang dibentuk oleh deoxidizing pada unsur-unsur elektrode akan mengapung pada permukaan logam las dan menjadi bagian dari pelindung terhadap kontaminasi udara. Sebagian dari gas asam-arang dapat menjaga kandungan karbon dan oksigen pada logam las. Jika kandungan karbon dalam logam las di bawah sekitar 0.05 persen, dengan gas asam-arang dapat meningkatkan kandungan karbon didalam logam las tersebut. Karbon dalam logam las dapat mengurangi terjadinya korosi pada beberapa jenis baja tahan-karat, dan ini menjadi masalah penting dalam aplikasi pencegahan korosi. Penambahan karbon pada logam las dapat juga mengurangi ketangguhan (toughness) dan elastisitas (ductility ) pada beberapa jenis pengelasan baja paduan rendah (low alloy steel). Jika kandungan karbon di dalam logam las lebih besar dari 0.10 persen, maka penggunaan gas asamarang sebagai pelindung dapat mereduksi kandungan karbon tersebut dalam logam las. Berkurangnya karbon disebabkan karena dapat berubah bentuk menjadi karbon monoksida, akibat dari deoxidizing pemakaian CO2 pada pengelasan FCAW.

2. Campuran Argon-Carbon Dioksida Argon dan gas asam-arang kadang-kadang dicampur dan digunakan sebagai gas pelindung pada pengelasan FCAW. Persentase campuran gas argon yang lebih banyak dapat meningkatkan efisiensi pengisian logam las dan mengurangi terjadinya percikan las. Campuran gas yang paling umum digunakan di dalam pengelasan FCAW adalah 75 % argon dan 25 % gas asamarang. Campuran gas tersebut akan menghasilkan suatu perpindahan logam las yang berbentuk bulat bagus ( globular ) yang mendekati ke bentuk semprotan (spray ). Disamping itu juga dapat mengurangi jumlah oksidasi yang terjadi, jika dibandingkan dengan penggunaan gas asam-arang murni. Pada sambungan las, pemakaian argon-carbon sebagai pelindung dapat menghasilkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi. Campuran Argon-Carbon Dioksida sering digunakan untuk posisi pengelasan lapisan paling luar (capping) dan pengelasan menerus dengan sifat-sifat busur las yang lebih baik. Campuran ini sering digunakan pada baja tahankarat (stainless steel) dan baja paduan rendah ( low alloy steel). Penggunaan elektrode pada pengelasan dengan gas pelindung campuran Argon-CO2 dapat menyebabkan peningkatan manganese, silikon, dan deoxidizing dari unsur-unsur yang lain, dan persentase argon lebih tinggi dapat berpengaruh terhadap sifat mekanis logam las.

Nur Yanu Nugroho

10



3. Campuran Argon-Oksigen (O2). Campuran argon-oksigen berisi satu atau dua persen oksigen yang banyak digunakan untuk beberapa aplikasi pengelasan FCAW. Campuran argon-oksigen bertujuan untuk menghasilkan kualitas pengelasan yang lebih baik dengan mengurangi terjadinya percikan las (spatter ). Dalam aplikasinya campuran ini diprioritaskan untuk pengelasan baja tahan-karat, dimana jika menggunakan gas asam-arang (CO2) dapat menyebabkan permasalahan pengkaratan. Elektrode las FCAW Elektrode yang digunakan pada pengelasan FCAW sudah dilengkapi dengan fluks yang berfungsi sebagai pelindung dari udara di sekitar pengelasan. Perlindungan diperlukan untuk menjaga kualitas hasil las FCAW. Tujuan dari pemakaian gas pelindung adalah untuk menyediakan perlindungan logam las dari atmospir pada busur las. Komposisi kimia kawat elektrode dan fluks yang ada di dalamnya merupakan kombinasi dengan menghasilkan gas pelindung, ini akan menentukan sifat mekanis dan komposisi metal logam las yang dihasilkan. Fluks pada elektrode FCAW pada dasarnya mempunyai fungsi yang sama dengan fluks pada elektrode yang digunakan untuk pengelasan SMAW. Kegunaan dari fluks pada elektrode las FCAW adalah sebagai berikut : 1. Untuk membentuk suatu terak las (slag) yang mengapung pada permukaan logam las dan berfungsi untuk melindungi selama pembekuan logam las dari kontaminasi udara. 2. Untuk menyediakan deoxidizers yang berfungsi untuk membantu membersihkan logam las dari unsur-unsur pengotor hingga menghasilkan weld-metal padat. 3. Untuk menstabilkan busur las sehingga dapat menghasilkan pengelasan yang halus dan meminimalisasi terjadinya percikan las (spatter ). 4. Untuk menambahkan unsur-unsur paduan ke dalam logam las sehingga dapat meningkatkan kekuatan dan sifat-sifat yang lain pada logam las. 5. Untuk menghasilkan gas pelindung pada proses pencairan logam las yang didapatkan dari pembakaran inti fluks untuk mencegah terjadinya cacatcacat pada logam las. Tipe, diameter dan klasifikasi elektrode FCAW Sebagai pelindung terhadap kontaminasi udara pada pengelasan FCAW, berasal dari fluks yang terbakar secara terus menerus selama proses pengelasan berlangsung dan berada di dalam inti elektrode yang berbentuk tubular. Perlindungan ini dapat dikombinasikan antara fluks yang terletak di dalam inti elektrode dengan tambahan gas dari luar. Variasi komposisi fluks yang ada dapat memungkinkan untuk dilakukan penyesuaian variabel yang diinginkan pada pengelasan butt-joint untuk semua posisi. Terjadinya slag pada permukaan logam las mudah dibersihkan dengan cara manual (palu tetek, semprotan udara tekan, gerinda, sikat baja, dll). Klasifikasi elektrode yang digunakan untuk las FCAW adalah dengan menggunakan elektrode kawat yang berbentuk pipa dengan fluks sebagai intinya dan telah direkomendasikan oleh AWS ( American Welding Society ). Kandungan karbon dan logam paduannya digolongkan atas dasar persyaratan sebagai berikut:

Nur Yanu Nugroho

11



1. Sifat mekanis logam las. 2. Posisi pengelasan. 3. Komposisi kimia logam las. 4. Jenis arus pengelasan. 5. Perlu atau tidak penggunaan CO2 sebagai gas pelindung.

Gambar 1.6. Wire Feed Electrode.

Gambar 1.7. Bentuk Elektrode FCAW.

Nur Yanu Nugroho

12



Contoh penggolongan elekrode baja karbon untuk pengelasan FCAW :

E70T-4 Cara membaca kode elektrode tersebut adalah sebagai berikut : 1. "E" menandai suatu elektrode terbungkus. 2. Digit yang kedua atau "7" menandai kekuatan tarik minimum dikalikan dengan 10.000 psi (69 MPA), berarti 70.000 psi (483 MPA). 3. Digit yang ketiga atau "0" menandai posisi pengelasan. Angka "0" berarti untuk posisi las horisontal dan datar, sedangkan angka "1" untuk semua posisi pengelasan. 4. "T" mewakili elektrode las yang berbentuk pipa atau untuk penggolongan kawat las berinti fluks. 5. Digit terakhir "4" menunjukkan jenis fluks yang digunakan seperti pada elektrode las SMAW. Penggolongan elektrode untuk baja paduan rendah (low alloy steel) adalah serupa dengan penggolongan elektrode untuk baja karbon. Contoh penggolongan elektrode baja paduan rendah adalah E81T1-Ni2 dimana : 1. "E" menandai elektrode terbungkus. 2. Digit yang kedua atau "8" menandai kekuatan tarik minimum dikalikan dengan 10.000 psi (69 MPA), dalam hal ini adalah 80.000 psi (552 MPA). 3. Digit yang ketiga atau "1" menandai kemampuan posisi pengelasan dari elektrode. Angka "1" menandai untuk semua posisi las dan angka "0" untuk posisi horisontal dan datar saja. 4. "T" menandai suatu elektrode yang berbentuk pipa dan berinti fluks, yang digunakan untuk pengelasan FCAW. 5. Digit yang ke lima atau "1" menjelaskan tentang penggunaan fluks dan karakteristik yang dapat dicapai oleh elektrode. Digit ini adalah sama yang digunakan dalam penggolongan elektrode baja karbon, akan tetapi hanya EXXT1-X, EXXT4-X, EXXT5-X dan EXXT8-X digunakan untuk penggolongan fluks pada elektrode FCAW baja paduan rendah (low alloy steel). 6. Digit terakhir atau "Ni2" menjelaskan tentang komposisi kimia yang terkandung di dalam elektrode. Sistem klasifikasi untuk elektrode FCAW baja tahan-karat didasarkan pada komposisi kimia logam las ( filler metal) dan jenis pelindung yang digunakan untuk pengelasan. Contoh penggolongan elektrode baja tahankarat adalah E308T-1 dimana : 1. "E" menandai elektrode terbungkus. 2. Digit diantara "E" dan "T" menunjukkan adanya komposisi kimia logam las ( filler metal). 3. "T" menandai elektrode berbentuk pipa dengan inti fluks untuk las FCAW. 4. Akhiran "1" menandai adanya jenis fluks untuk pelindung yang digunakan. Salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas hasil las-lasan adalah dengan cara memperhatikan jenis elektroda yang digunakan. Sebagai contoh, banyak fabrikator yang melakukan pengelasan pelat dengan tebal 1/2-inch dengan menggunakan elektrode 0.045-in. E71T-1, karena

Nur Yanu Nugroho

13



penggunaan elektrode jenis ini sudah direkomendasikan. Demikian juga pada pemakaian elektrode 1/16-in. atau 3/32-in. untuk posisi pegelasan datar dapat meningkatkan deposition rate dan travel speed tanpa meningkatkan masukan panas yang terjadi. Penggolongan Elektroda juga dapat mempengaruhi produktivitas hasil pengelasan. Misalnya elektrode E71T-1 terkenal oleh karena kemampuannya untuk all-position. Akan tetapi jenis elektrode ini kurang bagus jika sering digunakan untuk pengelasan dengan posisi datar. Dalam hal ini penggunaan elektrode harus dipilihkan yang benar-benar sesuai untuk pengelasan posisi datar seperti elektrode E70T-1, agar diperoleh kualitas pengelasan yang baik.

Gambar 1.8. Perbandingan Elektrode FCAW.

Dual Electr ode Feeder s (Sistim Pengumpanan Elektrode Rangkap) Untuk meningkatkan efisiensi penggunaan pengelasan FCAW agar diperoleh kecepatan penyelesaian, maka dapat dilakukan penambahan elektrode dengan sistem elektrode rangkap (dual electrode). Sistim pengumpanan elektrode rangkap (dual electrode feeders ) ini akan mengendalikan dua gulungan kawat dan dilengkapi dengan pelindung gas tambahan dari luar (CO2). Beberapa dual electrode feeders dapat dikendalikan secara otomatis pada dua electrode rod secara bersamaan, ketika proses las FCAW mulai dijalankan. Dengan penambahan sistim pengumpanan elektrode rangkap (dual electrode feeders ) dapat digunakan untuk pengelasan all-position dan flat-position (diameter elektrode 0.045in. dan 1/16-in.). Pemakaian elektrode harus dipilih yang paling sesuai untuk aplikasinya. Penggunaan feeder dengan empat gulungan pengarah juga dapat meningkatkan deposit logam las. Tegangan kritis dapat terjadi pada gulungan pengarah, akan tetapi dapat dikendalikan dengan sistem tegangan rangkap yang dapat dikontrol dengan penyetelan pada tekanan elektrode ketika terjadi proses pencairan logam las. Dalam perkembangan teknologi yang lebih maju, untuk menyatukan sistem elektrode rangkap (dual electode) sudah dilengkapi dengan meter digital yang memberikan kemudahan dalam menentukan parameterparameter yang tepat. Selain itu juga dapat dilakukan pengaturan program ganda terhadap pekerjaan pengelasan yang akan dilakukan. Sebagai contoh, antara parameter panas yang lebih tinggi untuk mengelas posisi datar dan parameter lebih dingin untuk mengelas vertical-up. Beberapa model pengelasan rangkap juga memungkinkan untuk melakukan pemrograman untuk pengelasan dengan empat electrode feeder dengan menyimpan

Nur Yanu Nugroho

14



masing-masing program yang akan dijalankan sehingga bisa dilakukan pengelasan untuk masing-masing sisi pengelasan. Dalam peningkatan produktifitas, pekerjaan dengan menggunakan mesin las perlu dipertimbangkan peralatan keselamatan kerja yang digunakan. Pengelasan dengan elektrode berinti fluks ( flux-core) akan mengakibatkan terbakarnya fluks pada inti elektrode tersebut dan menghasilkan slag pada permukaan logam las. Dari hasil pembakaran fluks akan menyebabkan asap dan gas yang terjadi sangat banyak dan berbahaya, ini memerlukan peralatan khusus seperti masker udara agar tidak menganggu pernafasan, sehingga kesehatan dan keselamatan kerja bisa terjaga. Elektrode flux-core terdiri dari suatu lapisan pelindung yang terbuat dari metal dan inti berasal dari bahan campuran material logam dan oksida yang lain. Pengelasan dengan elektrode flux-core banyak digunakan dalam proses fabrikasi karena beberapa alasan, diantaranya terjadinya spatter las relatif kecil, sedikit slag yang terbentuk dan silikon. Elektrode flux-core dalam aplikasinya banyak digunakan dalam pekerjaan fabrikasi umum, otomotif, jalan kereta api, pembuatan kapal, konstruksi, agrikultur, bangunan lepas pantai, dan aplikasi robotic. Dalam pemilihan elektrode flux-core perlu dipertimbangkan keuntungan dan kerugiannya, serta persiapan peralatannya. Jika pengelasan dengan menggunakan elektrode metal-core harus dipikirkan bagian-bagian yang harus dibersihkan slag-nya untuk pekerjaan pengelasan berikutnya. Pada pengelasan FCAW dengan elektrode yang berbentuk wire-rod proses perpindahan logam las dari elektrode ke benda kerja dapat berlangsung lama sehingga menghasilkan alur las yang panjang. Dengan demikian tidak perlu lagi pembersihan terak pada kampuh las untuk tiap-tiap pengelasan seperti pada proses pengelasan dengan elektrode metal-core. Penggunaan elektrode flux-core lebih efisien karena tidak memerlukan pekerjaan tambahan untuk membersihkan slag hasil proses las seperti halnya pekerjaan penggerindaan untuk persiapan kampuh pengelasan berikutnya. Pengelasan dengan elektrode flux-core juga dapat membantu mengurangi pekerjaan las yang berulang-ulang sehingga dapat digunakan untuk pekerjaan yang lain. Elektroda flux-core dapat digunakan untuk penyambungan pelat dengan bermacam-macam ketebalan. Proses penyambungan pelat dengan cara pencairan logam las yang disebabkan karena adanya masukan panas yang berasal dari arus listrik. Panas yang digunakan dapat disesuaikan dengan kebutuhan, penggunaan arus listrik dapat menentukan besar kecilnya panas yang terjadi. Dengan elektrode flux-core meskipun digunakan dalam amper tinggi akan tetap menghasilkan semburan panas yang cukup stabil. Pada pengelasan dengan GMAW (Gas Metal Arc Welding ) untuk hasil las yang paling baik dengan menggunakan gas pelindung yang berasal dari campuran 75% argon dan 25% CO2. Akan tetapi pada pengelasan FCAW dengan hasil las yang sama cukup dengan menggunakan gas pelindung 100% CO2. Hal ini menunjukkan bahwa pemakaian las FCAW lebih efisien jika dibandingkan dengan pengelasan dengan GMAW.

Nur Yanu Nugroho

15



II. Pengelasan Gas Metal Ar c Weldi ng (GMAW) Pendahuluan  Inert gas (Ar, He, Mix)  MIG ( Metal Inert Gas)  Active Gas (CO2)  MAG (Metal Active Gas)  Elektrode terumpan (Solid Wire)  Solid wire rod sebagai logam pengisi & menyalurkan busur  Wire feeder menggerakkan wire rod  Semi otomatis atau otomatis  Pengelasan: carbon steel, high strength low alloy steel, stainless steel, aluminium, copper, titanium, & nickel alloy

Gambar 2.1. Peralatan Mesin Las GMAW.

Gambar 2.2. Wire Feeder & Solid Wire Rod Las GMAW.

Nur Yanu Nugroho

16



Prinsip Kerja Las GMAW :  Peralatan : torch (gun), di dalamnya terdapat solid wire yang didorong oleh wire feeder untuk pengumpanan logam las.  Gas pelindung dialirkan dari tabung gas yang tersedia (CO2, Argon, Helium, Mixture)  Pengumpanan solid wire secara terus menerus & otomatis.  Dengan penyetelan parameter las (ampere & voltase) yang sesuai  panjang busur & kecepatan pengumpanan solid wire secara atomatis menyesuaikan.  Juru las mengatur kecepatan dan arah pengelasan dan posisi gun  semi otomatis.

Gambar 2.3. Prinsip Kerja Las GMAW.

Nur Yanu Nugroho

17



Gambar 2.4. Skema Kerja Pengelasan GMAW.

Gambar 2.5. Perpindahan Logam Cair Pada Pengelasan GMAW.

Nur Yanu Nugroho

18



Keunggulan Las GMAW :  Deposition rate tinggi.  Kecepatan pengelasan tinggi.  Pengumpanan solid wire menerus  las panjang dapat dihasilkan tanpa banyak start & stop.  Penetrasi dalam bila dengan spray metal transfer  ukuran las fillet dapat lebih kecil dengan kekuatan yang sama.  Pembersihan slag minim. Kelemahan Las GMAW :  Peratalan lebih kompleks.  Sulit menjangkau posisi sempit dan sulit.  Busur las harus terlindung dari hembusan angin.  Penggunaan terbatas hanya pada indoor .  Outdoor , busur las harus dilindungi dgn protective shield . Tipe Metal Tr ansfer Pada Pengelasan GMAW

Short ci r cuit metal tr ansfer      

Diameter solid wire 0,8 – 1,1 mm Busur las pendek Volt rendah Amper rendah Short circuit hanya terjadi bila ujung wire rod menyentuh benda kerja Perpindahan metal transfer 20 – 200 kali per detik

Aplikasi  Plat tebal  Posisi overhead & vertical  Mengisi gap yang besar  Aspek distorsi penting  Gas pelindung

Gambar 2.6. Jenis Perpindahan Logam Cair “Short Circuiting Transfer ”.

Nur Yanu Nugroho

19



Globular metal tr ansf er     

Polarity DCEP & amper rendah (untuk semua gas) Gas CO2 & Helium Arus dan Voltase dinaikkan s/d diatas arus max short arc Cairan las berbentuk bola dengan diameter > diameter wire rod Axial transfer dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik ( pinch effect & anode reaction force

Aplikasi  Posisi flat  Mild steel

Gambar 2.7. Jenis Perpindahan Logam Cair “Globular Transfer ”.

Spray metal tr ansfer     

Gas pelindung Argon Polarity DCEP & arus di atas arus transisi Cairan las kecil Metal bergerak cepat dengan gaya busur yang dapat melawan gaya gravitasi Penetrasi dalam

Aplikasi  Tebal plat > 2,4 mm  Al & Cu posisi flat

Gambar 2.8. Jenis Perpindahan Logam Cair “Spray Transfer ”.

Nur Yanu Nugroho

20



Gambar 2.9. Hubungan Arus Listrik dengan Rata-rata Spray Metal Transfer .

Metal transfer ditentukan oleh :  Amper  Diameter solid wire  Komposisi solid wire  Panjang ekstensi  Gas pelindung Pemilihan Wir e Rod  Komposisi dari bahan dasar  Sifat mekanik  Gas pelindung  Spesifikasi pekerjaan  Tipe sambungan las

Nur Yanu Nugroho

21



Bahan non-ferro  Al & Al alloy (Mg, Mn, Sn, Si, & Cu) memperbaiki sifat mekanis.  Cu & Cu alloy (Si, Pb, Ni, & Al) untuk mendapatkan sifat mekanik yang diinginkan. Bahan ferr o  Si (0,4-1) %  deoxidiser , duktile, tangguh. Si >1,2 %  sensitif crack.  Mn (1-2) %  menambah kekuatan, mengurangi sensitif crack.  Al, Ti, Zr  deoxidiser , max. 0,2 %.  C (0,05-0,12) % menambah kkuatan  Ni, Cr, Mo  meningkatkan sifat mekanis & tahan korosi. Pengelasan  Dipilih spesifikasi solid wire yang sesuai dengan material yang disambung.  Mengatur arus, voltase, gas flow rate dan stick out wire.

Gambar 2.10. Pengaruh Posisi Elektrode dan Teknik Pengelasan Terhadap Bentuk Hasil Las.

Nur Yanu Nugroho

22



Gas pelindung (He, Ar, CO 2, Mix)  Melindungi weld pool dari kontaminasi udara  Sifat busur las  Tipe metal transfer  Penetrasi dan bentuk lasan  Kecepatan pengelasan  Sifat mekanis hasil lasan

Gambar 2.11. Variasi Gas Pelindung dan Bentuk Logam Las.

Nur Yanu Nugroho

23

FCAW & GMAW

Recommend Documents