HOT GAS PLASTICS WELDING : MATERIAL; TECHNIQUE; PROCESS AND ANALYSIS Grahamika Lt 3 Jl. Pinangsia III No. No. 26 A Telp : +62 21-68763986 (c/p. Hudi Leksono) /+62 21-6905084
TEKNIK LAS PLASTIK Ada beberapa metode teknik las plastik yaitu : hot gas hand welding, welding, hot gas extrusion welding, welding, butt fusion (heated element welding), welding), friction welding, welding, laser welding dan high frequency welding. welding. Pada kenyataannya yang paling dikenal luas dalam fabrikasi thermoplastik adalah hot gas hand welding. Welding berarti menaikkan temperature material sampai batas thermoplastik dengan memberikan tekanan sehingga molekul bergerak pada posisi yang baru, dan menciptakan daerah homogen yang baru saat temperature kembali turun/ dingin. Hot Gas Plastics welding Adalah proses manual untuk menyambung material thermoplastik, dengan menggunakan aliran tekanan udara panas yang diarahkan untuk memanaskan dan melelehkan material thermoplastics dan welding rodnya (batang/ kawat las plastik). Penyambungan terjadi karena fusi bersama antara substrat material thermoplastics (parent material) tadi dengan welding rodnya. Alat hot gas welding terdiri dari unit heater, nozzle untuk mengarahkan udara panas, dan compressor udara, baik yang terintegrasi ataupun terpisah. Temperature hot gas welder dapat diatur tergantung dari supply listrik ke heater dan biasanya dapat diatur sampai suhu 200-400 °C (dengan bantuan thermocouple), tergantung dari jenis plastik yang akan diwelding. Ukuran dan bentuk nozzle yang dipakai disesuaikan dengan tipe penyambungan yang disiapkan dan bentuk welding rod. Welding rod plastik atau filler rod biasanya berbentuk bundar ataupun segitiga (triangular). Welding Parameter Parameter variabel welding antara lain : tipe gas (udara bebas atau nitrogen), kecepatan tekanan udara (flow rate), temperature, kecepatan welding dan tekanan, posisi sudut antara filler rod dan bagian yang akan dilas (biasanya sudut sekitar 90° dengan flow flow rate antara 16-60 litre/minute. Selama proses proses welding dilakukan secara secara manual
sangat penting bagi welder untuk meyakinkan bahwa parameter-parameter tersebut sudah dilakukan dengan benar dan terkendali selama melakukan proses welding. Temperature adalah parameter terpenting yang tidak hanya dikontrol dengan setting suhu suhu pada hot gun namun juga kecepatan welding serta posisi hot gun yang dikenakan dikenakan pada substrat materialnya. Keuntungan penggunaan hot gas welding adalah alat ini mudah dibawa (portable), namun kualitas hasil welding tergantung dari kecakapan operatornya. Aplikasi hot gas welding tergantung dari kebutuhan fabrikasi seperti penyambungan las lembaran plastik untuk pembuatan tanki atau bak kimia, penyambungan untuk pipa-pipa plastik pada bidang pertambangan, pabrik, pertanian, bangunan, ducting ventilation bahkan reparasi pada moulding plastik seperti bumper mobil dan lain -lain. Welding Material Teknik hot gas welding hanya dapat diaplikasikan pada jenis material plastik yang bersifat thermoplastics yaitu meleleh jika dipanaskan pada suhu tertentu dan kembali solid pada saat pendinginan. Ketika material plastik dipanaskan maka ikatan molekul plastik akan bergerak dan berpindah membentuk ikatan baru. Meskipun banyak thermoplastics dapat dilas dengan teknik ini namun secara umum yang sering digunakan adalah plastik jenis polypropylene, polyethylene, PVC dan beberapa golongan fluoropolymer seperti PVDF, FEP, dan PFA. Extruded rod (welding rod plastik) dan sheet (lembaran plastik) adalah bahan yang dipakai untuk fabrikasi produk plastik (seperti tanki kimia, kimia, dll), yang perlu diperhatikan dan sangat penting adalah bahwa welding rod dan lembaran plastiknya (parent material) haruslah material yang identik sama secara kimia. Sebagai contoh meskipun mungkin saja me-las antara polypropylene homopolimer dengan polypropylene random block copolymer, namun kekuatan hasil lasnya secara signifikan berkurang. Hal penting lainnya adalah mengamati kualitas welding rod plastik sebelum digunakan. Welding rod plastik kualitas buruk (porous yang bisa terjadi disebabkan gas yang terjebak selama proses ekstrusi plastik) akan mengakibatkan void atau bahkan kebocoran pada hasil welding. Welding Equipment Hot gas welding umumnya terdiri dari supply udara, handle grip, heating chamber chamber dengan kontrol suhu untuk memproduksi udara panas dan nozzle untuk mengarahkan udara panas pada plastik rod dan material plastik yang akan diwelding.
Hot gas welding gun/ torch Sebuah kipas pada welding gun handle atau terpisah dan terkoneksi dengan gun, atau dimungkinkan dimungkinkan dengan tekanan udara berupa nitrogen atau udara bebas. Apapun asalnya yang terpenting adalah udara yang bersih dan kering, karena kotoran/ debu dan kelembaban dapat mengkontaminasi mengkontaminasi hasil welding. Suhu hot gun dapat diatur melalui tombol dial pada handle, beberapa jenis hot gun welding telah dilengkapi pembacaan suhu secara digital. Pada ujung welding gun terdapat nozzle welding yang dapat dilepas-pasang tergantung pada kebutuhan nozzle yang menyesuaikan dengan tipe welding. Tiga tipe nozzle yang biasa sering dipakai adalah tacking nozzle, round nozzle, dan high speed nozzle.
Plastik welding nozzle (kiri – tac king nozzle, round nozzle, high speed nozzle) –kanan : tacking Tacking nozzle dipakai untuk men‟ men‟tack‟ tack‟ material (assembling) sebelum dilakukan welding, tack welding bersifat temporer welding dimana tensile strength yang dihasilkan dari weldingnya hanya cukup untuk memegang material yang akan dijoint, pada pelaksanaannya tack welding tidak memerlukan welding rod. Round nozzle untuk melelehkan welding rod dan substratnya tanpa kontak satu dengan lainnya ini berguna untuk welding pada area yang sulit dijangkau, tekanan diaplikasikan pada welding rod secara manual. High speed nozzle dipakai dengan dengan menyentuhkan menyentuhkan „toe‟ ujung nozzle dan memberi tekanan pada welding rod dan substrat material secara bersama-sama selama welding berlangsung sehingga memastikan telah cukup fusi antara welding rod dan substrat material. Beberapa peralatan penunjang lainnya disamping hot gun adalah : router, hand grinder untuk persiapan dan perapian tepi material substrat, scraper untuk membuang dan menghaluskan permukaan hasil welding, wire brush untuk membersihkan nozzle, wire cutter untuk memotong welding rod, jig saw untuk memotong material plastik. Welding techniques Pengoperasian welding terdiri dari tahapan : persiapan substrat substrat dan welding rod, welding, weld weld finishing. Persiapan material : pemilihan material antara welding rod dan substratnya harus polymer plastik yang setipe/ sama. Penting untuk memastikan keduanya bersih dan kering, dan pastikan protective film pada substratnya telah dilepas.
Bilamana tebal substrat material kurang dari 6 mm, cukup dengan membuat sudut 60° V-chamfer satu sisi, bila tebal yang dipakai lebih dari 6 mm gunakan 60° double V-chamfer. Bilamana weldingnya welding nya berbentuk „T‟ tidak perlu di chamfer, meskipun begitu kedua permukaannya perlu diamplas. Setelah persiapan ma terial, kedua permukaan yang akan diwelding didekatkan satu sama lainnya pada posisi seharusnya, selanjutnya di „tack‟ menggunakan tacking nozzle dengan maksud agar kedua substrat yang hendak disatukan dapat „berpegangan‟ , sesaat setelah substrat saling memegang, kedua materialpun dapat diwelding dengan menggunakan round nozzle ataupun high speed nozzle. Tack welding membantu mengurangi pemakaian clamps, jigs, atau tambahan bantuan tenaga manusia.
Tack welding Round nozzle welding (Low speed welding) Pada welding plastik, material difusikan dengan cara kombinasi yang tepat antara panas dan tekanan. Pada hot gas dengan menggunakan round nozzle welding, welding rod diumpankan pada alur welding dengan tekanan tangan sementara pada saat yang sama dengan tangan satunya lagi memegang welding torch menggerakkan dan mengarahkan nozzle mengikuti alur welding (welding torch bergerak seperti gerakan pendulum) sampai selesai. Mulailah dengan memegang welding torch dan berikan jarak welding tip dari material yang akan diwelding antara 620 mm, panaskan area yang diwelding dan welding rod sampai terlihat agak „shiny‟ (terang/cerah) dan „tacky‟ (menempel), pegang welding rod pada sudut 90° untuk plastic PVC, (untuk plastik polyethylene, polypropylene, fluorocarbon dll sebaiknya 45°) dari dasar material plastic. Gerakan welding torch secara vertical keatas dan kebawah (kira-kira dua kali gerakan atas-bawah per-detiknya) seperti gerakan pendulum dengan maksud supaya panas menyebar merata antara rod dan material plastiknya. Pada saat yang sama tekan rod ke material dengan tekanan ringan (kurang lebih 3lb – 3lb – 1.5kg). Karena welding rod mempunyai kepadatan yang lebih rendah dari material
dasarnya maka dipastikan welding rod akan lebih cepat panas dibanding material dasarnya, untuk itu sebagai kompensasinya konsentrasikan 60% dari waktu gerakan kepada material dasarnya. Kecepatan rata-rata welding antara 150-200 mm per menit.
Pada pilihan dengan menggunakan metode ini, penting untuk menjaga agar tekanan dan kecepatan pengumpanan pada welding rod konstan mengikuti substratnya substratnya (terlalu kuatnya tekanan tekanan pada rod berakibat pada meregangnya meregangnya bead menyebabkan hasil welding yang kurang baik), Terlalu panaspun akan mengakibatkan substrat gosong, meleleh, dan rusak. Untuk itu setelan panas hot gun, kecepatan pengumpanan dan tekanan welding rod harus dikombinasikan dengan tepat, untuk itu usahakan agar posisi kita senyaman mungkin pada saat welding. Round nozzle hot gas welding umumnya dipakai ketika kita sulit mendapatkan akses untuk me-welding, sebagai contoh welding pada posisi di sudut.
Speed welding Las plastik kecepatan tinggi (speed welding) menggabungkan metode-metode dasar yang digunakan dalam pengelasan kecepatan lambat (low speed welding). Perbedaan utamanya terletak pada penggunaan ujung (tip nozzle) kecepatan tinggi yang dirancang khusus yang memungkinkan tukang las untuk menghasilkan lasan yang lebih seragam dan bekerja di tingkat yang lebih cepat. Seperti juga pada low speed welding, panas yang konstan
dan tekanan harus dipertahankan. Laju peningkatan las di las kecepatan tinggi dimungkinkan melalui pemanasan baik dari batang las (welding rod) dan bahan dasar (parent material) sebelum mencapai titik fusi. Batang las ini dipanaskan saat melewati tabung di ujung nozzle yang mirip kaki (toe). Parent material dipanaskan oleh aliran gas panas yang melewati lubang di ujung nozzle disebelah belakang toe. Toe nozzle memberikan tekanan pada batang sekaligus menghilangkan kesulitan bagi operator untuk menerapkan tekanan yang konstan sebagaimana menggunakan cara low speed welding. Bentuk ujung nozzle aeperti ini memungkinkan operasi pengelasan yang lebih cepat dan seragam, kecepatan pengelasan rata-rata dengan nozzle ini sekitar 1000 mm per menit.
Hot gas speed welding
Untuk memulai las dengan metode ini, mula-mula pegang welding torch seperti memegang belati, angkat di atas material parent sekitar 75 mm sehingga udara panas tidak mengenai material parent terlebih dulu, selanjutnya masukkan batang las ke tabung pemanasan awal, dan letakkan ujung runcing toe pada parent material pada titik awal las, selanjutnya dorong batang las tegak lurus terhadap parent material sampai berhenti pada titik awal las, angkat sedikit sehingga memungkinkan batang las lewat di bawah toe dan berikan tekanan ringan pada batang las dengan tangan kiri selanjutnya tarik perlahan welding torch. Selanjutnya welding torch dibawa tarik ke sudut 45° dan batang las akan mengumpan secara otomatis tanpa tambahan bantuan tekanan pada batang las. Welding torch diarahkan bergerak sepanjang alur las yang telah disiapkan pada tahap tacking welding sebelumnya. Perhatikan hasil las selama pengelasan berlangsung secara visual. Sebagai contoh hasil las dengan tepi coklat atau hangus (seperti pada pvc) dapat disebabkan laju pengelasan terlalu lambat. Pada polyethylene maupun polypropylene terlalu lambatnya pengelasan ditandai dengan „bead‟ welding rod yang terlalu mendatar dan dan garis welding yang transparan. Terputusnya garis las dapat disebabkan batang las terlalu panas; kurangnya tekanan ataupun laju welding terlalu cepat. Sudut antara welder dan parent material akan menentukan tingkat kecepatan pengelasan. Karena lubang preheater di ujung sepatu mendahului kecepatan. Maka sudut antara welder dengan material yang akan dilas menentukan seberapa dekat antara antara lubang nozzle dengan material dasar dan berapa besar „preheating‟ yang sebelumnya terjadi. Inilah alasan mengapa welding torch pada awal pengelasan dipegang pada sudut 90° dan selanjutnya 45°. Ketika berlangsung inspeksi visual selama pengelasan yang mengindikasikan laju welding terlalu cepat, maka welding torch seharusnya dibawa pada posisi semula sudut 90° dengan maksud memperlambat laju pengelasan, selanjutnya sudut kembali disesuaikan untuk mendapatkan kecepatan pengelasan yang tepat.. Yang penting untuk selalu diperhatikan adalah sekali memulai pengelasan, kecepatan welding harus dijaga konstan. Untuk menghentikan pengelasan sebelum batang las diisi kembali bawa posisi torch kesudut 90° dan potong batang las dengan ujung toe nozzle. Setelah itu batang rod yang tertinggal tertinggal dalam preheater tube harus segera disingkirkan. Batang rod tersisa yang tidak segera dibuang dalam preheating tube akan menyebabkan gosong atau meleleh didalam dan menyebabkan sumbatan pada pipa nozzle. Laju kecepatan las yang tepat pada „V‟ join akan terlihat seperti „mahkota „mahkota bead‟ yang rapi, halus, mengkilap mengkilap (pada tiap sisi) serta seragam. seragam. Untuk menjaga hasil hasil yang baik, ujung nozzle nozzle seharusnya dibersihkan sewaktu-waktu dengan wire brush untuk membuang sisa kotoran (lelehan) batang rod . Weld Design Ada beberapa design las (bead form), beberapa contohnya dapat dilihat pada skema di bawah ini. Beberapa aspek harus dipertimbangkan sebelum memulai mengelas. Diameter welding rod yang kecil lebih disukai dibanding diameter welding rod yang lebar karena lebih mudah dan lebih cepat dalam kontrol plastisasi. Namun Namun kesulitannya bila material yang digunakan cukup tebal maka harus digunakan welding rod yang berlapis (multiple bead), hal ini dapat berakibat „heat stress‟ yang berlebihan karena siklus pemanasan dan pendinginan yang berulang.Faktor Heat stress juga menjadi perhatian saat memilih bead form, sebagai contoh butt joint berbentuk double V akan berdampak
lebih sedikit stress dibanding single V, untuk itu perlu meluangkan waktu memilih design yang tepat agar terhindar dari dampak lanjutan yang merugikan.
Recommendation for bead design
Dressing and and repairing welds Berbeda dengan prosedur pada metal welding, proses dressing pada plastik welding tidak diperlukan terkecuali memang dibutuhkan permukaan yang rata, karena kekuatan weld akan berkurang lebih dari 25% jika permukaan bead weld di amplas atau digerinda karena akan mengakibatkan notch bilamana dilakukan dengan tidak hati-hati terutama pada material yang sensitive terhadap notch seperti PVC, namun bila-pun terpaksa dapat menggunakan rotary sander. Hasil pengelasan yang terlihat secara visual gosong, ataupun kohesi yang lemah dengan materialnya haruslah dibuang dan diganti ulang dengan welding yang baru, Karena welding yang dilakukan di atas welding yang gagal tidak akan menghilangkan kelemahan kohesi las yang sudah terjadi. Failure of plastics welding joints Tiga parameter yang harus selalu menjadi perhatian untuk mendapatkan hasil welding yang baik : 1) Waktu : material membutuhkan waktu untuk mencapai suhu welding sebagaimana waktu untuk pendinginan 2) Temperature : semua thermoplastics mempunyai range temperature welding yang berbeda ikutilah petunjuk suhu welding tiap jenis plastik 3) Tekanan : jika tekanan pada plastik selama proses welding welding terlalu kuat atau terlalu lemah, ikatan molekul molekul antara kedua substrat kemungkinan sulit terjadi. Welding yang baik dilihat dari mixing yang sempurna antar molekul material plastik, jika salah satu dari parameter tadi tidak tepat dilakukan maka dapat terjadi fusi antar molekul lemah. Kontaminasi seperti debu dapat mengganggu proses mixing, oleh karena itu persiapan permukaan material dan welding rod harus dikerjakan dengan benar. Oksidasi, debu, minyak/lemak, dan serpihan material harus dibersihkan sebelum proses welding dimulai. Sangat baik jika alat las menggunakan heated tip untuk pre heating dan penetrasi ke dalam material yang hendak di joint, heated tip akan melelehkan dan menekan permukaan ke sisi-sisinya, dengan tekanan yang tepat welding rod akan masuk mengisi welding area, sehingga mixing molekul dan ikatan welding berlangsung sempurna. Persiapan pengerjaan permukaan material sangat penting untuk menghindari terjadi kesalahan welding mulai sedari awal. Alat yang ideal untuk ini adalah scraping blade. Sanding paper ataupun solven tidak direkomendasikan karena seringkali terjadi kontaminasi dari partikel debu dan juga solven yang masuk ke celah welding. Sudut pada area welding juga patut diperhatikan, bila kita salah memilih sudut maka filler rod tidak akan sempurna mengisi area welding. Void dan cracking lines bisa saja terjadi dan kekuatan sambungan welding lemah. Sistem ataupun cara welding yang akan diaplikasikan apapun itu harus diingat tiga parameter tadi yaitu : temperature, tekanan, dan waktu. Ketika menggunakan hot gun welding, oksidasi otomatis terjadi, dan ini bukan kondisi ideal untuk mendapatkan kualitas welding yang baik. Menggunakan gas nitrogen akan meminimalisir hal ini, tetapi juga tidak dapat menghindari masalah oksidasi tadi, masalah lainnya dapat terjadi karena supply udara tidak bersih, bersih, tidak kering dan tidak bebas minyak.
Untuk mendapatkan hasil welding yang baik; material harus dipersiapkan terlebih dahulu. Beberapa plastik seperti ABS, Polycarbonate, Polyamida, adalah material yang higroskopis ( menyerap kelembaban dari lingkungan sekitarnya), Untuk material semacam ini perlu pengeringan terlebih dulu sebelum dilas. Karakter lain dari plastik adalah ketika dipanaskan akan mengembang ketika kembali kembali dingin akan menyusut, jika material tidak dipasang kuat pada tempatnya selama pengkondisian dengan suhu kamar, maka dapat terjadi dimana material yang diwelding bengkok mengarah pada satu sisi yang diwelding. Welding pada kedua sisi akan mencegah cracking area dan menjaga bentuk yang diinginkan., jika hal ini tidak dimungkinkan siapkan sudut welding sehingga welding rod dapat menjangkau sisi disebelahnya, untuk menjaga bentuk yang siku perlu fixture, dan dipertahankan posisinya sampai pendinginan welding stabil.
Operator welding yang telah berpengalaman biasanya akan melakukan “pre“pre-bend” sebelum melakukan welding, sehingga mencegah kemungkinan „warpage‟ yang disebabkan susut pendinginan. Faktor lain yang perlu mendapat perhatian adalah service operating temperature (suhu pengoperasian terutama pada tangki) dimana menggunakan struktur penguat dari besi, pada pengoperasian suhu tinggi dinding tangki plastik akan mengembang/memuai, jika ikatan struktur besi rangka yang mengelilingi tangki terlalu kencang/rapat terjadi kemungkinan tanki akan retak/pecah, untuk itu service temperature harus dihitung pada design untuk memberikan toleransi yang cukup saat plastik mengembang.
Kesalahan welding Kesalahan welding yang seringkali terjadi disebabkan antara lain karena : 1. Overheating 2. Underheating 3. Penetrasi welding rod yang kurang 4. Terjebaknya udara pada area welding 5. Welding terlalu cepat sehingga filler rod tertarik atau kurangnya tekanan pada filler r od
6. Posisi memegang alat welding yang tidak tepat : sudut yang salah, terlalu cepat atau terlalu lambat, kurangnya gerakan pendulum (fanning motion) pada metode round nozzle welding 7. Bevel/groove/chamfer Bevel/groove/chamfer yang kurang tepat atau bahkan tidak dipersiapkan Berdasarkan hal tersebut tadi maka keberhasilan welding plastik harus memenuhi tuntutan : 1. Cukupnya filler masuk/ penetrasi ke area celah welding yang dipersiapkan 2. Tepat dan seimbangnya antara suhu yang diaplikasikan dengan tekanan pada welding rod 3. Benarnya cara memegang welder 4. Benarnya persiapan material yang hendak diwelding (parent material) 5. Keterampilan pelaksana (welder) Berikut adalah enam pengelompokan pengelompokan kesalahan plastik welding welding yang harus dihindari, bagan ini dapat membantu mengenali kesalahan-kesalahan tersebut : 1.Cracks
Name
Description
Crack
Limited material separation with mostly two-dimensional expansion. The material can be separated over the entire thickness
Craze
Tear, in opaque material only in an enlargement over 6 times, in transparent material often without optical remedies
Longitudinal crack
Tear, toward the weld seam passing
Transverse crack
Tear, diagonally to the weld seam passing
Group of disconnected cracks
Tear groups not connected together
Branching cracks
Tears with ramifications
2. Cavities
Name
Description
Gas pore or shrinkage cavity
Ball shaped cavity or cavity as a result of declining while cooling down
Uniformly distributed porosity
Numerous scattered pores
Clustered porosity
Located clustered pores
Linear porosity
Pores arranged in a line
Worm-hole
Long pores in various directions
Surface pore
To the surface open pore, individually or clustered appearing
Large pore
Cavity at the surface with thin skin, closed or open
3. Solid Inclusion
Name
Description
Solid inclusion
Solid enclosures inside the weld seam
Oxide inclusion
Thin, out of dismantled material existing enclosure inside the weld seam
Inclusion of decomposition products
Enclosures of decomposition particles in the weld seam
4. Joint Failures
Name
Description
Lack of side wall fusion
Mixing error between weld seam and parent material
Lack of inter-run fusion
Mixing error between welding rod seams
Lack of fusion at the root of the weld
Root bead is not filled properly
Lack of penetration
Not sufficiently melted
5. Shape/Form Failures
Name
Description
Shrinkage groove
Groove on the root bead
Under fill
Weld area is not filled completely
Under cut
Groove between weld seam and parent material
Bulge notch
Groove inside the weld seam
Excessive penetration
Root bead is too large
Incorrect weld profile
Weld bead is too wide (mostly happens with large extrusion welder)
Misalignment
Pieces are transferred
6. Miscellaneous Failures
Name
Description
Miscellaneous failures
Failures not incorporate in Groups 1 to 5
Wrong dimension
Deviation of the prescribed measures of the weld seam (seam thickness, weld bead length)
Thermal damage
Heat impact damaged material
PLASTIKS WELDING : TEST DAN PENGAWASAN Hasil welding yang terlihat rapi tidak berarti menunjukkan hasil welding yang kuat, banyak faktor yang secara bersama-sama berperan dalam hasil welding yang berkualitas baik. Berikut adalah metode testing yang umum dilakukan untuk mengetahui baik atau buruknya hasil welding. Metode testing tergantung dari beberapa faktor seperti : ? Untuk bagian apa welding dilakukan : tank, pipeline, apparatus dll ? Untuk maksud apa welding dilakukan : water tight, pressure resistant, r esistant, display, dll ? Material plastik apa yang akan dipakai ? Berapa lama waktu yang tersedia untuk melakukan testing Non Destructive Test Methods Dilakukan dengan cara inspeksi visual (penglihatan) pada weld bead dengan mencek dimensi dan penampilan (undercut – cleanliness dll), hasil hasil welding yang baik akan terlihat seperti garis (flow line) yang rapi, kontinu dan seragam serta tidak tampak tanda-tanda dekomposisi. dekomposisi. Kontinuitas flow lines lines mengindikasikan bahwa cukup panas (tidak overheating ataupun underheating) dan cukup pula tekanan pada filler rod. Cara non destructive lainnya antara lain menggunakan test kebocoran dan tekanan (pressure test), ataupun ultrasonic testing.
Destructive Test Methods Dilakukan dengan bending test, tensile tensile strength test, tensile tensile impact test. Untuk Untuk test ini diperlukan diperlukan peralatan pengetesan atau dapat dilakukan di laboratorium mechanical testing yang menyewakan jasa pengetesan. Penting diketahui metode pengetesan dapat dilakukan setelah 24 jam dari selesainya welding, untuk memberi kesempatan ikatan sempurna pada struktur molecular pada area yang diwelding.
Leak/ Pressure Test (Non Destructive Destructive Test Methods) Ketika kita hendak membuat tanki atau pipa yang dimaksudkan untuk menahan cairan dalam waktu lama, kita dapat menguji kekuatan welding dengan pressure/ tekanan. Untuk melakukannya, harus dengan men-seal tanki atau pipa. Sebuah hose dihubungkan dengan dengan compressor, selanjutnya selanjutnya diberikan level level tekanan tertentu yang disesuaikan dengan kebutuhan saat aplikasinya selama waktu tertentu. Jika tanki dapat bertahan pada tekanan yang diinginkan dapat dipastikan kekuatan welding memenuhi harapan, jika tidak kita harus menemukan kebocoran dan segera memperbaikinya, dan hal ini tidak mudah karena sulit melihat pada area mana terjadi kebocoran, kita dapat mengetahuinya dengan mengamati pada tempat dimana air dalam tanki tersebut keluar, tetapi inipun tidak berarti otomatis bahwa disitu letak kebocorannya. Air dapat merembes/ mengalir kemanapun jika terjadi kebocoran. Berikut skema gambar bagaimana non destructive test dilakukan pada tanki.
Spark-Coil Testing Salah satu metode non destructive yang paling baik adalah menggunakan high frequency, high voltage spark tester yang dapat memperlihatkan letak pori atau retakan pada area las (root bead) yang tidak akan terlihat dengan visual inspeksi. Sebuah electrode tegangan tinggi diarahkan ke salah satu sisi weld dengan conductive material pada sisi lainnya. Bila terdapat lubang ataupun retakan pada area weld, maka terjadi loncatan bunga api yang melewati lubang ini dan ini adalah sebuah indikasi kesalahan welding.
Destructive Test Methods
Yield point / Break Test Metode test lainnya dengan destructive destructive test, dimana yang dilihat adalah adalah „yield point‟ dan „break‟. Yield point adalah moment pada saat internal molecular structure pada las atau materialnya melemah mulai saat tertentu, hal ini biasanya tidak akan terlihat kasat mata, tetapi mesin test dapat mengukurnya. Beberapa material sangat flexible atau sangat rigid dan tidak menunjukkan „yield point‟ sama sekali, pada material ini kita sebut test „break‟.
Impact Resistance Test Potongan yang di test dipegang pada alat clamp, hammer seperti pendulum memukul area yang di welding dengan sejumlah gaya tertentu yang dapat dilihat pada impact measuring gauge, system alat ini dihubungkan dengan program computer yang akan membaca dan menentukan hasil test.
Tensile Strength Test Tensile strength test menggunakan dua clamp untuk memegang testing strip (sample welding yang telah dipersiapkan), yang selanjutnya akan ditarik berlawanan arah dengan gaya tertentu, hasilnya „yield point‟ dan atau breaking point akan terukur.
Bend Test Cara bend test dengan menggunakan tiga titik, terdiri dari dua roller dan satu ram atau stamp untuk melakukan test ini, jarak antara dua roller dan ketebalan ram tergantung dari ketebalan material yang hendak di uji. Dengan uji ini kita dapat melihat „yield point‟ dan atau „breaking point‟.
FAKTOR PENYEBAB KEGAGALAN MATERIAL BERBAHAN PLASTIK Analisa kerusakan merupakan salah satu teknik analisa yang saat ini berkembang. Tujuan analisa ini adalah untuk mengetahui penyebab terjadinya kerusakan yang spesifik dari peralatan, perlengkapan, proses dan material baku yang digunakan serta untuk menentukan tindakan pencegahan agar kerusakan tidak terulang. Untuk jangka pendek diharapkan dapat memperbaiki design dan memperbaiki proses serta metoda fabrikasi, sedangkan untuk jangka panjangnya dapat dipakai pengembangan material dan sebagai metoda mutakhir untuk evaluasi dan memprediksi performance material serta untuk memperbaiki sistem pemeliharaan. Kegagalan pembuatan part plastik pada umumnya disebabkan oleh 4 faktor berikut : 1. Seleksi Material 2. Disain 3. Proses 4. Kondisi service 1. SELEKSI MATERIAL Kegagalan yang terjadi karena seleksi material yang terburu-buru, merupakan hal yang sering terjadi pada plastik atau industri lainnya. Pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan impak yang tinggi, diperlukan material dengan ketahanan impak tinggi. Jika material yang digunakan untuk aplikasi di luar ruang dalam jangka waktu yang lama, diperlukan material dengan ketahanan UV. Untuk mendapatkan seleksi material yang tepat memerlukan perencanaan yang baik, pemahaman material plastik yang cermat dan pengujian prototipe sesuai persyaratan.
Pemilihan material sebaiknya tidak hanya berdasarkan biaya. Dalam proses pemilihan material ini diperlukan pendekatan yang sistematik untuk aplikasi yang berbeda. Teknik pemilihan material yang tepat termasuk menentukan persyaratan aplikasi, seperti: sifat mekanik, termal, lingkungan, elektrik dan kimia. Pada kebanyakan industri, termasuk supplier material sudah mengembangkan software untuk membantu melakukan seleksi material dengan mudah melalui seleksi persyaratan aplikasi sebagai hal utama. 2. DISAIN Hanya melakukan pemilihan material yang tepat tidak cukup untuk mencegah kegagalan produk. Pada saat mendisain produk, disainer harus menggunakan aturan dasar dan pedoman yang diberikan supplier material untuk disain part khusus. Pada saat disain part plastik perlu diingat beberapa aturan dasar, dengan pengecualian bahwa kriteria disain berubah pada setiap material dan setiap aplikasi. Pada saat ini, kegagalan karena disain merupakan hal yang sering terjadi. 3. PROSES Setelah dilakukan pemilihan material dan disain yang tepat, permasalahan selanjutnya ada pada pemrosesan plastik. Disain yang inovatif dan pemilihan material yang selektif tidak cukup untuk menghasilkan produk yang baik dengan proses yang jelek. Stress, void, weld weld lines dan kelembaban pada hasil hasil molding merupakan penyebab kegagalan prematur yang sering terjadi. Pencatatan parameter proses merupakan hal yang penting untuk melakukan analisa pada kegagalan produk. Proses lanjutan dan perakitan part juga harus dievaluasi untuk mencegah kegagalan prematur. Kegagalan pada produk sering kali disebabkan oleh stress cracking, drilled holes dan welded joints. 4. KONDISI SERVICE Meskipun sudah ada label peringatan mengenai keamanan dan instruksi penggunaan, kegagalan karena kondisi service seringkali terjadi pada produk plastik. plastik. Lima kategori kondisi service service yang tidak disengaja antara lain : a) Pemakaian produk yang tidak tepat. b) Penggunaan produk melebihi masa penggunaan (life time). c) Kegagalan produk karena karena kondisi kondisi service yang tidak tidak stabil. stabil. d) Kegagalan karena kondisi service melebihi penggunaan yang sesuai. e) Aplikasi simultan dari stress yang sinergi. Stress pada produk merupakan faktor dominan yang sangat menentukan kualitas produk tersebut, yang dibagi dalam kategori : termal, kimia fisik, biologi mekanik dan elektrik.
MENGENAL TIPE KEGAGALAN PADA PRODUK PLASTIK KEGAGALAN MEKANIK Kegagalan mekanik disebabkan disebabkan adanya gaya eksternal pada material. Jika gaya tersebut melebihi yield strength strength material, maka dapat menjadi penyebab kerusakan kerusakan (berubah bentuk, retak atau patah patah menjadi beberapa bagian). Gaya yang terjadi dapat berupa gaya tarik, kompresi atau impak untuk jangka waktu pendek atau lama pada temperatur dan humiditi yang berbeda. KEGAGALAN TERMAL Kegagalan termal terjadi karena produk terkena panas atau dingin yang berlebihan dari lingkungan. Pada temperatur tinggi yang abnormal, produk akan mengalami pengkerutan, twist, melt bahkan bisa sampai terbakar. Pada umumnya plastik menjadi getas pada temperatur rendah. Jika produk dalam kondisi ini mendapat gaya yang kecil sekalipun, akan dengan mudah mengalami retak bahkan patah. KEGAGALAN KIMIA Hanya beberapa plastik yang total tahan terhadap semua bahan kimia. Kegagalan yang terjadi karena produk terkena bahan kimia tertentu seringkali terjadi. Residu atau molded stress, temperatur yang tinggi dan beban eksternal cenderung untuk mempercepat kerusakan. KEGAGALAN LINGKUNGAN Plastik yang digunakan untuk aplikasi di luar ruang akan terkena banyak faktor penyebab kerusakan. Sinar Ultra violet, kelembaban, mikro organisme, ozone, panas dan polusi merupakan faktor lingkungan yang banyak berpengaruh pada plastik. Efek dari hal tersebut dapat berupa warna yang pudar, slight crazing dan retak kecil hingga terjadinya kerusakan pada struktur polimer. LANGKAH ANALISA KERUSAKAN (FAILURE ANALYSIS) Langkah pertama dalam melakukan analisa pada setiap kegagalan adalah menentukan penyebabnya. Sebelum melakukan uji keseluruhan, beberapa informasi dasar mengenai produk harus sudah didapat. Jika produk berasal dari fabrikasi, harus didapat informasi dasar seperti, tanggal pemesanan, tanggal instalasi, tanggal pertama kali kegagalan diketahui, kondisi geografis dari lokasi, bahan kimia yang digunakan untuk, atau di sekitar produk. Tak kalah penting adalah informasi apakah produk digunakan untuk aplikasi di dalam atau di luar ruang. Semua informasi ini sangat penting untuk menganalisa penyebab kerusakan pada produk. Sebagai contoh, jika catatan dari fabrikasi dan produk gagal mengindikasikan digunakannya bahan kimia tertentu pada produk, maka dengan mudah dapat dilakukan uji kompatibilitas bahan kimia terhadap produk atau lebih lanjut lagi lakukan simulasi kompatibilitas bahan
kimia dengan produk sesuai kondisi di lapangan menggunakan bahan kimia yang sama. Catatan mengenai produk juga akan
mempermudah analisa kegagalan kegagalan produk. Kode tanggal tanggal atau identifikasi nomor cavity akan
mempermudah penelusuran. Banyak tipe dan bentuk check list yang sudah dikembangkan untuk dapat membantu melakukan analisa kegagalan produk. Tujuh metoda dasar untuk melakukan analisa kerusakan adalah : 1. Pengamatan visual 2. Analisa Identifikasi 3. Analisa stress 4. Microtoming 5. Uji Mekanik 6. Analisa Termal 7. Teknik Nondestructive Testing (NDT) Dengan mengetahui secara akurat tipe kegagalan, akan mempermudah memilih metoda analisa kegagalan yang tepat. Berikut ini diuraikan poin-poin dari metode dasar analisa kerusakan yang sering terjadi. Pengamatan Visual Pengamatan visual yang teliti terhadap produk gagal akan mendapatkan informasi yang banyak. Banyaknya splay marks menunjukan bahwa proses pengeringan material tidak cukup sebelum dilakukan pemrosesan. Kesalahan pada saat proses pengeringan pada material yang higroskopik dapat menurunkan sifat fisik produk dan pada beberapa kasus dapat menyebabkan menjadi getas. Adanya material lain dan kontaminan juga merusak dan produk menjadi gagal. Burn mark pada produk hasil Injection Molding mudah diketahui, biasanya berupa bercak (spot) coklat atau hitam. Tanda ini menunjukan kemungkinan material terdegradasi yang disebabkan struktur molekul rusak dan dapat mengakibatkan penurunan sifat fisik. fisik. Sink mark dan weld lines, dapat dapat langsung terlihat pada pada produk hasil Injection Molding, disebabkan oleh pemrosesan yang tidak baik dan dapat mengakibatkan kegagalan produk. Pengamatan visual yang teliti juga dapat mengetahui kesalahan pada penanganan produk. Adanya bahan kimia yang tidak lazim seperti grease, pipe dope dan material lain dapat dijadikan petunjuk. Goresan, tanda cekungan merupakan tanda terjadinya gaya eksternal yang berlebihan. Produk gagal juga harus dibelah menggunakan alat pemotong yang tajam, untuk melihat void yang disebabkan gas yang terjebak dan shrinkage (kerutan) yang berlebihan, terutama pada produk yang tebal pada proses Injection Molding. Pengurangan ketebalan produk yang terdapat void dapat menyebabkan produk tidak cukup kuat terhadap gaya kompresi atau tarik, atau terhadap beban impak dan dapat menyebabkan kegagalan produk. Terakhir, jika kegagalan produk disebabkan oleh akibat terkena paparan sinar UV dan faktor lingkungan lainnya, akan menimbulkan efek sebagai berikut: chalking, retak mikroskopik, retak yang dapat terlihat atau warna yang memudar.
Analisa Identifikasi Salah satu alasan utama kegagalan produk biasanya adalah penggunaan material yang tidak tepat. Jika ada produk gagal yang dikembalikan, pengujian identifikasi material harus dilakukan untuk memastikan jenis material yang digunakan, meskipun spesifikasi material sudah tertera pada product drawing. Akan tetapi, identifikasi jenis material tidaklah cukup. Sementara itu, material plastik diproduksi dalam beragam grade dengan rentang sifat yang cukup lebar, sehingga grade dari material tersebut juga harus diketahui. Teknik sederhana seperti uji Melt Index (MFR) dapat menentukan grade dari materialyang digunakan. Persentase material regrind yang dicampur dengan material virgin mempunyai efek yang signifikan terhadap sifat fisik. Umumnya semakin banyak material regrind yang digunakan, akan semakin rendah sifat fisik fisik produk tersebut. Jika pada saat pemrosesan pemrosesan dilakukan pada temperatur lebih tinggi dan waktu tinggal lebih lama dari yang direkomendasikan, kemungkinan material akan terdegradasi. Material yang terdegradasi jika di-regrind dan dicampur dengan material virgin akan menyebabkan penurunan yang cukup signifikan pada keseluruhan sifatnya. Kegagalan produk karena pengotor dan kontaminan pada material virgin seringkali terjadi. Kontaminan pada material biasanya terjadi selama pemrosesan. Beragam material untuk purging digunakan untuk menghilangkan material sebelumnya dari barrel ekstruder, sebelum menggunakan material baru. Tidak semua material untuk purging compatible. Incompatibility dapat menyebabkan penurunan sifat, kegetasan (brittleness), dan delaminasi. Pada pembuatan kompon vinil, kegagalan terjadi pada penambahan aditif, seperti impak modifier yang dapat menyebabkan kegagalan prematur pada part.Teknik uji sederhana tidak dapat mengidentifikasi impuritis, komtaminan atau adanya aditif. Untuk itu dapat digunakan teknik yang lebih expand, seperti Fourier Transform infrared (FT-IR), Gas Chromatography (GC) dan High Performance Liquid Chromathography (HPLC). Metoda ini digunakan dengan perlakuan awal, yaitu pemisahan aditif dengan material dasar. Analisa Stress Jika kegagalan produk disebabkan proses molding yang tidak bagus atau menggunakan material yang tidak tepat berdasarkan pengamatan visual, dan mengenyampingkan identifikasi material, langkah selanjutnya adalah melakukan percobaan analisa stress. Percobaan analisa stress merupakan metoda yang mudah dilakukan untuk analisa kegalan produk karena hal tersebut diatas. Pada part bisa terdapat stress eksternal atau stress residu atau molded-in stress. Stress eksternal atau molded-in stress atau kombinasi keduanya dapat menyebabkan kegagalan prematur pada part. Analisa stress merupakan hal yang penting dalam identifikasi kegagalan produk. Mengetahui residu stress mempunyai arti yang berbeda dengan mengevaluasi stress karena adanya gaya. Kegagalan produk dimungkinkan karena disain yang kurang baik, atau mengabaikan gaya. Kesalahan ini biasanya diketahui dari uji ketahanan atau pada awal produksi. Residual stresses adalah hal yang berbeda : proses molding dapat menimbulkan residual stress pada bagian mana saja dan kapan saja. Lima metoda dasar yang digunakan untuk menentukan analisa stress :
1. Photoelastic 2. Brittle coatings 3. Strain gauge 4. Chemical 5. Heat reversion Microtoming Microtoming adalah teknik pemotong produk yang sangat tipis untuk melakukan pengujian mikroskopik. Ilmuwan biologi dan metalurgi telah menggunakan teknik ini selama bertahun-tahun, tetapi hanya baru beberapa dekade. Teknik ini juga digunakan sebagai tools yang sangat membantu untuk analisa kegagalan. Proses analisa: mula-mula mula-mula dilakukan pemotongan pemotongan bagian part sepanjang ± 8 – 8 – 10 mm, kemudian potongan tersebut diletakan pada kaca preparat. Potongan ini kemudian diamati menggunakan light transmission microscope polarizer untuk analisa photoelastic. Dengan perbesaran 1000 x dapat diamati struktur sampel berwarna. Dengan melakukan pengamatan mikrostruktur material, akan didapat banyak informasi. Sebagai contoh: pengamatan mikrostruktur material dari part yang terlalu getas dapat mengindikasikan temperatur temperatur leleh yang tidak uniform atau terlalu rendah. Adanya partikel yang tidak leleh merupakan tanda yang biasa terdapat untuk kasus seperti ini. Hal-lain yang sering terjadi pada injection molding part adalah karena waktu tinggal dan tekanan yang berlebih, sehingga terjadi pendinginan material pada gate. Pada bagian tengah part akan terbentuk void wall shrinkage. Void cenderung akan menurunkan kemampuan load bearing dan toughness pada part karena stress yang terkonsentrasi pada area tersebut. Kontaminan diindikasikan dengan ketidak normalan pada mikrostruktur. Kontaminan yang disebabkan karena tercampur dengan polimer yang berbeda dapat diketahui dengan analisa mikrostruktur. Seringkali, pendispersian warna yang tidak bagus dapat menyebabkan part menjadi getas. Hal ini dapat terlihat dengan teknik microtoming. Untuk mendapatkan produk dengan sifat-sifat yang optimum, aditif dan filler seperti serat gelas harus terdispersi dengan baik. Teknik microtoming pada part plastik dengan penguat serat gelas dapat memperlihatkan ikatan yang terbentuk antara matrik resin dengan serat gelas, pendipersian dan orientasi dari serat gelas tersebut. Molded in stress dan juga stress yang disebabkan beban eksternal dapat diamati dengan cross-polarized light dengan adanya perubahan pada birefringence bire fringence jika struktur molekul mengalami kerusakan. kerusakan. Mechanical Testing Produk yang dikembalikan seringkali dilakukan uji mekanik untuk melihat kualitas produk secara keseluruhan. Ada dua metoda dasar yang digunakan, pertama adalah uji mekanik seperti uji tarik, impak atau kompresi pada part aktual atau sampel yang diambil dari produk jadi. Hasil uji kemudian dibandingkan dengan hasil uji yang didapat dari produk yang dikembalikan. Metoda kedua adalah dengan melakukan grinding pada produk gagal dan membuat standard spesimen uji baik dengan kompresi maupun injection molding, lalu dilakukan uji mekanik. Hasil tes dibandingkan dengan data dari material virgin. Jumlah material yang ada seringkali tidak cukup untuk pembuatan
spesimen uji dengan injection molding, molding, maka data uji diperoleh dengan spesimen yang dipesiapkan dipesiapkan dari compression-mold, Hasil ini umumnya lebih rendah dibandingkan specimen menggunakan injection molding. Uji fatique seperti flexural fatique atau tensile fatique dapat digunakan untuk mengetahui kagagalan prematur dari cycling loading. Thermal Analysis Teknik analisa termal yang biasa digunakan antara lain : Differential Scanning Calorimetri (DSC) digunakan untuk menentukan Temperatur glas transisi (Tg) dan Melting Melting Point (Tm). Sebagai contoh, untuk menentukan menentukan kopolimer polipropilen dengan polietilen dari hasil termogram DSC akan terlihat apakah material tersebut adalah kopolimer, yaitu ditunjukkan dengan adanya dua puncak pada temperatur leleh dari PP dan PE. Thermo Mechanical Analysis (TMA) digunakan untuk menentukan ekspansi ekspansi termal dan kesusutan kesusutan dari sampel yang disertai dengan perubahan perubahan dimensi. Sedangkan Thermo Gravimetry Ananlysis (TGA) untuk melihat komposisi matriks dan filler dari sampel secara kuantitatif. [CLH]
Source : Principles Of Plastic Welding -GOODBURNPreparation and Welding of High Density D ensity (HDPE) –Daniel Miller Welding and Testing of Thermoplastics Thermoplastics Tanks and Pipes -Mike Troughton Guidelines for Welding Thermoplastic Materials (www.wegenerwelding.com) Handbook Of Plastics Testing Technology 3rd Edition By Vishu Shah.
HOT GUN WELDING TORCH by wegener availabe at :
Model Airtherm 1600
The Economic Hand Welding Device with Integrated Blower Compact, reliable and sturdy – proven worldwide Very handy, compact and slim design High volume, self contained air supply Integrated output controls Heating element protection Automatic low air protection Temperature range up to 600° C, continuously adjustable adjustable Airtherm 1600: 1.600 W heating element, weight approx. 1,3 kg Technical Data
Airtherm 1600
Input supply voltage
230V 50/60 Hz
Airflow
Temperature*
Air supply (24°C)
Emission level LpA Weight
Self contained 20 – 600 °C 20 – approx. 200 l/min / 400 l/min < 70 dB 1,3 kg / 1,5 kg
*) max. temperature deviates depending from the welding tip used.
PLASTIC WELDING RODS
by GEHR available at :
