2 BAB II DASAR TEORI
2.6 Pengaruh Lapisan Terhadap Kemampulasan dalam Proses Pengelasan
2.6.1 Pengaruh dari Sifat Fisik
Kemampulasan dari jenis lapisan tertentu sangat dipengaruhi oleh sifat fisiknya. Sifat penting yang dapat mempengaruhi kondisi pengelasan antara lain [5]: kalor jenis, konduktivitas panas, kalor lebur, resistivitas, panas pembentukan oksida serta titik leburnya. Nilai dari sifat - sifat di atas untuk jenis lapisan yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Untuk memberi jawaban atas kemampulasan dari suatu jenis lapisan tidak dapat didasarkan pada satu sifat saja dan harus merupakan gabungan antara banyak faktor, meskipun secara umum dapat dikatakan bahwa tahanan kontak adalah faktor yang paling berpengaruh.
Total jumlah panas yang dihasilkan dalam benda kerja selama pembentukan las titik adalah fungsi dari tahanan keseluruhan sambungan las yang terdiri dari: tahanan bagian - bagian yang dilas dan macam - macam tahanan kontak dalam rangkaian. Tahanan kontak terbentuk dari tahanan antar muka (interface) benda kerja dan tahanan permukaan elektroda dan dapat bervariasi dari harga paling rendah sampai tak terhingga tergantung dari jenis lapisannya.
Tabel 2.4 Sifat fisik dari jenis lapisan tertemtu [8]
Dalam pengelasan tahanan listrik dari lapisan yang memiliki tahanan antar muka yang relatif tinggi maka akan dihasilkan panas yang layak dalam daerah las, tetapi tahanan yang terlalu tinggi akan menghasilkan kondisi isolasi listrik dalam sirkuit las seperti yang terjadi pada lapisan cat organik.
Lapisan konversi tertentu seperti kromat atau fosfat dapat mencegah pengelasan karena lapisan tersebut bukanlah konduktor listrik. Lapisan jenis fosfat lebih sukar untuk pengelasan daripada pelapisan kromat, karena tahanan listriknya
20
Universitas Indonesia
yang lebih tinggi, tetapi tak ada masalah dalam pengelasan lapisan kromat karena tahanan totalnya rendah, yaitu sekitar 80 - 100 mikroOhm untuk berat lapisan 0,5 9/m2 [5]. Sedangkan pada pengelasan lapisan metalik diperlukan pertimbangan lain karena lapisan jenis ini memungkinkan arus mengalir antara elektroda las.
Penelitian telah menunjukkan bahwa baja lapis metalik memerlukan arus yang lebih besar untuk menghasilkan ukuran las tertentu daripada baja biasa tanpa lapisan. Hasil penelitian dari Jahnle [8] ada beberapa baja lapis elektrolitik yang dapat dijadikan suatu perbandingan untuk melihat arus las yang dibutuhkan untuk memberikan ukuran las yang sama dari beberapa lapisan metalik dapat dilihat pada Gambar 2.13 dibawah ini.
Gambar 2.13 Grafik diameter las vs arus las untuk berbagai jenis lapisan [8].
Pengamatan dari hasil ini dengan sifat-sifat fisik standar yang terdapat pada Tabel 2.6 menunjukkan bahwa ada suatu hubungan yang kompleks antara arus las dengan tahanan jenis (resistivitas). Suatu lapisan yang memiliki tahanan jenis listrik yang tinggi umumnya menurunkan arus las yang dibutuhkan, karena jumlah panas yang dihasilkan pada antar muka akan lebih besar. Hal itu umumnya
benar namun kekecualian terjadi pada baja lapis timah yang menurut hasil di atas membutuhkan arus las yang paling tinggi.
Hal tersebut dapat dimengerti jika diasumsikan bahwa tahanan kontak berubah selama proses pengelasan. Ketika pengelasan berlangsung, mula - mula tahanan total, kontak dan antar muka meningkat kemudian tahanan turun bersamaan dengan waktu dan mencapai minimum. Baik seng maupun timah memiliki tahanan awal yang lebih rendah dibandingkan dengan baja tanpa lapis dan tahanan tersebut tetap pada nilai minimum untuk jangka waktu yang cukup lama.
Sebaliknya baja lapis tembaga dan nikel memiliki tahanan awal yang rendah dan tahanan tersebut naik secara perlahan. Perbedaan ini dapat dikaitkan dengan titik lebur dari lapisan. Misalnya, timah memiliki tahanan jenis yang tinggi, namun timah melebur pada temperatur yang rendah sehingga tahanan kontak yang dimilikinya relatif rendah karena peleburan lapisan sudah terjadi pada siklus - siklus awal dari pengaliran arus. Seng juga memiliki titik lebur yang rendah dan memiliki kondisi seperti timah. Gambar 2.14 di bawah ini memperlihatkan kurva tahanan daerah las dinamik yang diperoleh dari jenis – jenis lapisan yang berbeda.
Dapat dilihat bahwa seng, timbal dan aluminium, semuanya memiliki titik lebur yang rendah, menghasilkan harga tahanan daerah las yang lebih rendah daripada baja tanpa lapis. Lapisan paduan Fe-Zn mendekati baja tanpa lapis biasa. Faktor lain yang mempengaruhi nilai tahanan yang dihasilkan pada daerah las adalah kecenderungan pembentukan oksida pada daerah ini. Oksida awal yang telah ada pada lapisan dapat meningkatkan tahanan daerah las. Hal ini terlihat pada Gambar 2.14, dimana lapisan aluminium yang telah mengandung aluminium oksida memperlihatkan nilai tahanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan aluminium yang relatif bebas oksida.
22
Universitas Indonesia
Gambar 2.14 Kurva tahanan dinamik berbagai jenis baja lapis [8]
2.6.2 Pengaruh dari Jenis Lapisan pada Struktur Nugget Las [8]
Mikrostruktur dasar dari nugget las pada baja lapis tidak berbeda dengan yang diperoleh dalam pengelasan baja tanpa lapisan. Timbulnya cacat – cacat dapat ditolerir dengan penyesuaian pada prosedur pengelasan. Akan tetapi hal - hal tersebut dapat terjadi jika prosedur pengelasan yang digunakan tidak tepat. Misalnya, timbulnya porositas yang banyak sekali terutama jika lapisannya mudah menguap. Uap seng yang terjebak pada daerah las dapat menyebabkan porositas.
Letak daerah terpengaruh panas (HAZ) dapat terlihat terutama pada lapisan seng dan timbal. jenis cacat ini lebih sering terjadi pada pengelasan SEAM. Cacat ini diakibatkan karena pembentukan paduan antara lapisan dan elektroda menghasilkan suatu paduan yang bertemperatur lebur rendah pada antar muka elektroda - benda kerja.
Prosedur pengelasan yang tepat dapat mengurangi terjadinya pembentukan retak hingga minimum. Oleh karenanya disarankan untuk menggunakan masukan panas yang rendah dan kerapkali melakukan pembersihan elektroda karena pembentukan paduan elektroda umumnya meningkat dengan seringnya pengelasan.
Hal lain yang dapat terlihat pada daerah las tergantung pada jenis lapisan yang dilas. Pengaruh yang mungkin dari suatu lapisan dalam proses pengelasan adalah kecenderungan lapisan tersebut untuk membentuk paduan dengan logam dasar dalam daerah fusi. Lapisan dengan titik lebur rendah seperti timah, cadmium dan timbal tidak dapat larut dalam nugget las karena sebagian besar dari lapisan ini terdesak keluar dari daerah las akibat melebur dan menguap sebelum temperatur naik hingga cukup tinggi untuk pembentukan nugget las, asalkan tekanan elektroda yang tersedia cukup memadai. Keadaan ini tidak memungkinkan terjadinya kecenderungan pembentukan paduan dalam nugget las antara lapisan dan logam dasar.
Jika lapisan tidak tersingkir dari antar muka oleh tekanan inklusi berpadu elektroda, ia akan tetap ada pada antar muka sebagai atau paduan dengan logam dasar. Aluminium dapat secara cepat dengan baja menghasilkan paduan intermetalik Fe-Al yang keras dan rapuh. Penggumpalan dari lapisan juga dapat terjadi jika ia terjebak dalam daerah las ini mengakibatkan pembentukan paduan juga. Dan hal dalam pengelasan titik baik baja tanpa lapis maupun baja berlapis harus diyakinkan bahwa pembentukan nugget las yang cukup telah terjadi. Hal ini dapat diperoleh dimana tidak ada fusi yang terjadi antara antar muka sehingga menghasilkan kekuatan geser yang rendah. Hasil las seperti ini disebut "Stuck
-Weld". Dalam pengelasan baja lapis, faktor lain mempengaruhi situasi ini,
misalnya peristiwa solder dapat terjadi pada antar muka lapisan seng dan timbal, sedangkan ikatan fasa padat dapat terjadi pada seng dan aluminium. Kedua situasi ini menghasilkan lapisan kekuatan ikatan relatif rendah dan karenanya harus dihindari. Tetapi solder atau ikatan fasa padat yang terjadi disekitar pinggir nugget las titik akan meningkatkan kekuatan las keseluruhan jika dibanding dengan baja tanpa lapis biasa.