DEWI LESTARI NATALIA
1006704530
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 1 1. Jelaskan prinsip kerja las dingin (cold welding)! Sebutkan beberapa syarat utama agar
material dapat disambung dengan metoda ini!
Jawab:
Las dingin atau biasa disebut dengan cold welding adalah salh satu proses solid state welding dimana prinsip kerjanya berupa sambungan dihasilkan dari tekanan dua buah material pada temperatur ruang. Proses ini tidak memerlukan panas sama sekali baik itu dari luar ataupun ditimbulkan oleh proses pengelasannya.
Prinsip kerja las dingin pada dasarnya adalah dua buah benda kerja yang saling berhadapan kedua ujungnya (butt), dijepit oleh alat penjepit, selanjutnya tekanan diberikan dikedua ujung tersebut sehingga terjadi proses penyambungan. Proses ini memerlukan gaya yang cukup besar agar terjadi kontak antar muka yang baik.
Syarat utama agar material dapat disambung dengan metoda ini ialah: a. Minimal satu logam yang akan memiliki sifat ulet / sangat liat. b. Tidak mengalami pengerasan regang yang drastis.
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Threshold Deformation serta kegunaan nilai tersebut pada suatu material. Berilah contoh perhitunganuntuk material Aluminum & Paduannya!
Jawab:
Threshold deformation merupakan parameter yang sangat penting yang
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 2 welding. Kegunaan threshold deformation adalah untuk mengetahui batasan minimum agar material memiliki ikatan pada saat mengalami deformasi dingin.
Contoh perhitungan untuk material Aluminum dan Paduannya:
Ketebalan awal (to) = 18 mm
Ketebalan akhir (tf) = 5 mm
Maka,
3. Jelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi nilai threshod deformation! Serta jelaskan hubungan threshold deformation dengan pressure dan preparasi permukaan untuk proses cold welding!
Jawab:
Faktor yang mempengaruhi nilai threshold deformation ialah:
a. Jenis material
b. Struktur kristal material c. Persiapan permukaan
d. Tekanan (pressure) yang diberikan ke material
Hubungan antara threshold deformation dengan pressure dan preparasi permukaan untuk proses cold welding:
Pressure pada material maka, threshold deformation dan kekuatan sambungan . Semakin baik persiapan permukaan maka, threshold deformation .
4. Jelaskan prinsip kerja explosive welding dengan skematis gambar! Berilah contoh aplikasi dilapangan!
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 3 Explosion Welding adalah proses solid state welding dimana sambungan dihasilkan oleh tumbukan (impak) berkecepatan tinggi benda kerja akibat ledakan (detonasi).
Prinsip kerjanya menggunakan tiga komponen, yaitu base metal, prime metal, explosive. Secara rinci, prinsip kerjanya adalah:
a. Ketiga komponen disusun dimana prime component diletakan pada lapisan tengah dan detonator di bagian atasnya.
b. Dengan meledakan detonator maka prime component akan menumbuk base metal sehingga deformasi plastis terjadi dan kedua pelat tersambung.
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 4 Contoh aplikasi di lapangan seperti pada saat cladding material.
Selain itu, biasanya explosive welding dapat dilakukan pada material baja karbon dengan baja tahan karat, titanium pada low carbon steel, dan iron-nickel base alloy pada low carbon steel.
5. Jelaskan prinsip kerja ultrasonic welding dengan skematis gambar serta mekanisme penyambungan (bonding) dari metoda ini! Jelaskan hubungan energi panas yang dipakai dengan properties material yang disambung. Serta berilah contoh aplikasi dilapangan!
Jawab:
Ultrasonic Welding adalah proses solid state welding dimana sambungan dihasilkan oleh energi vibrasi ber-frekuensi tinggi dan tekanan pada benda kerja. Ikatan sambungan (bonding) terjadi tanpa adanya peleburan dari logam induk.
Prinsip Kerja:
Vibrasi ultrasonic yang dihasilkan oleh transduser di transmisikan ke ujung sonotrode sehingga dua lembaran logam yang disambung akan timbul panas dan pecahnya lapisan oksida selanjutnya dengan tekanan dari clamping akan mengakibatkan material tersambung.
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 5 Pada metode ultrasonic welding ini terdapat hubungan antara energi yang dibutuhkan dan weldability, yang dapat dilihat dari rumus di bawah ini:
Dimana:
E = Electrical Energy, W.s (J)
K = Konstanta dari sistem pengelasan
H = Vicker Hardness Number
T = Ketebalan benda kerja yang kontak dengan sonotrode (mm)
Dari rumus tersebut dapat hubungan bahwa semakin keras suatu material maka energi yang dibutuhkan pun akan semakin besar. Hal tersebut juga dibuktikan oleh gambar di bawah ini.
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 6 Contoh penggunaan aplikasi ultrasonic welding di lapangan ditunjukan seperti gambar di bawah ini:
6. Jelaskan prinsip kerja friction welding dengan skematis gambar! Serta keuntungan dan keterbatasan dari friction welding! Berilah contoh aplikasi dilapangan!
Jawab:
Friction welding adalah proses solid state welding dimana sambungan diperoleh akibat gaya tekan antara permukaan benda kerja yang saling kontak dan berputar relatif
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 7 teerhadap lainnya untuk menghasilkan panas dan deformasi plastis permukaan kedua ujungnya.
Prinsip kerjanya:
a. Dua buah benda kerja ditekan dan diputar sehingga akibat friksi keduanya akan timbul panas.
b. Selanjutnya dipakai untuk proses penyambungan.
Keuntungan Keterbatasan
Tanpa ada pencairan logam. Untuk logam yang sama jenis dan bentuk geometrinya.
Pemanasan friksi hanya lokal, sehingga pelunakan tidak menyebar.
Biasanya untuk benda yang berbentuk batangan bulat.
Dapat menyambung dua material yang berbeda.
Biaya tinggi.
Prosesnya cepat. Preparasi benda kerja sangat
menetukan hasil las.
Tahap-tahapnya dapat dijelaskan dari gambar di samping:
a) Benda diputar
b) Benda yang diam ditekan ke benda yang berputar
c) Terjadi gesekan
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 8 Contoh penggunaan aplikasi friction welding di lapangan adalah:
7. Jelaskan prinsip kerja Roll Bonding dengan skematis gambar. Serta keuntungan dan keterbatasan dari Roll Bonding. Berilah contoh aplikasi dilapangan.
Jawab:
Pengelasan rol termasuk proses pengelasan padat dimana proses penekanannya menggunakan peralatan rol, baik dengan pemanasan dari luar atau tidak. Bila tanpa menggunakan panas dari luar, prosesnya disebut pengelasan rol dingin, sedang bila menggunakan panas dari luar prosesnya disebut pengelasan rol panas. Pengelasan rol biasa digunakan untuk melapisi baja karbon atau baja paduan dengan baja tahan karat agar memiliki ketahanan terhadap korosi, atau untuk membuat dwimetal yang digunakan untuk pengukuran temperatur.
Prinsip Kerja Roll Bonding:
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 9
Keuntungan Keterbatasan
Dapat diaplikasikan pada suhu ruang dan suhu panas
Relatif jarang digunakan untuk produksi massal
Digunakan untuk mengombinasikan dua material yang berbeda untuk memperoleh logam dengan aplikasi yang berbeda
Pengembangan dari metode ini belum cukup luas
Aplikasi di lapangan: Untuk U.S. quarters, untuk membuat dua lapisan luar dari 75% Cu-25% Ni dengan bagian tengah dari Cu murni.
8. Jelaskan prinsip kerja friction stir-welding (FSW) dengan skematis gambar. Berilah contoh jenis material logam yang umumnya diaplikasikan untuk jenis pengelasan ini. Serta Sebutkan beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan metoda FSW!.
Jawab:
Prinsip kerja friction stir welding :
1) Pin yang berputar dengan kecepatan 3000-4000 rpm diletakkan pada material 2) Material dipanaskan karena adanya friksi
3) Material yang telah dipanaskan tersebut akan mencapai temperatur plastisasi (800F untuk aluminum)
4) Material yang telah terplastisasi tersampir kembali ke pin
5) Material tersebut mengalami pendinginan dengan terbentuknya butir – butir yang lebih halus dibandigkan dengan material induknya.
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 10 Material logam yang umumnya diaplikasikan pada metode ini:
Aluminum dan aluminum paduan, Magnesium,
Copper, Zinc, Lead, dll Keuntungan FSW:
Lebih kuat dan lebih bersih bila dibandingkan dengan fusion welds
Keuletan tinggi pada las
Energi efisiensi
Simpel dan bersih (no fume,arcs,spatter)
Perlakuan sesudah dan straightening tidak diperlukan
Low distrosi dan shrinkage
Tidak ada porosity, lack of fusion, perubahan komposisi pada material
9. Sebutkan beberapa parameter las untuk Friction Stir Welding (mis. jumlah rpm minimum) pada Aluminium paduan dan gambarkan & jelaskan skematis daerah lasannya!
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 11 Parameter las untuk FSW:
Jumlah rpm minimum: 3000-4000 rpm Pemanasan material hingga suhu 800 F
Skematis daerah pengelasan:
Pada daerah lasan yang dihasilkan oleh metode FSW ini struktur sambungan lebih halus dibandingkan base metal-nya. Hal tersebut disebabkan karena pada struktur sambugan tersebut dihasilkan butir yang lebih halus dibanding base metal-nya.
10. Berilah penjelasan mengenai material pengaduk (friction stirrer) yang dipakai untuk proses FSW. Jelaskan jenis material yang dipakai dan perlakuan apa saja yang diberikan di bagian permukaan material tsb.
Jawab:
Material yang cocok antara lain AISI H13, AISI H22 dll
Material tersebut harus memiliki melting point yang lebih tinggi dari benda kerja. Sebaiknya material pengaduk harus memiliki melting point setidaknya 100 fahrenheit lebih tinggi dari benda kerja atau 200 F untuk aluminium. Lebih lanjut material pengaduk tersebut juga harus memiliki kekuatan yang lebih baik dibandingkan benda kerja. Selain itu material pun harus memiliki ketahanan aus yang baik, dan
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 12 machinability yang baik. Jenis perlakuan permukaan yang dapat dilakukan antara heat treatment berupa hardening, tempering (menurunkan kekerasan menjadi 45-47 HRC), annealing (untuk remachining).
11. Bandingkan beberapa kemampuan spot resistance welding dan ultrasonic welding untuk penyambungan material.
Jawab:
Spot resistance welding Ultrasonic welding
Mempunyai daerah lebur Tidak terdapat daerah lebur Pada logam dengan konduktifitas tinggi
membutuhkan energi yang tinggi
Dapat untuk menyambung logam berbeda (dissimilar) bahkan logam berlapis (plating/coating)
Panas tidak sampai ke tengah Untuk logam yang mempunyai konduktivitas tinggi (Cu, Al) hanya memerlukan energi yang lebih rendah Terdapat bunga api yang dapat
menyebabkan kebakaran atau ledakan
Tekanan yang dibutuhkan kecil dan panas sampai ke tengah
Electrical shock rentan terjadi Umumnya digunakan untuk logam yang berukuran relatif kecil
Terdapat asap pada proses pengelasan Kualitas sambungan seragam karena transfer enerfi dan sisa panas yang dilepaskan konstan dan terbatas pada daerah sambungan.
Apabila menggunakan densitas arus yang terlalu tinggi maka dapat menyebabkan logam cair terlempar dan berdampak atas terbentuknya rongga, retak dan menurunkan sifat mekanik hasil lasan
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 13 12. Jelaskan Prinsip kerja EBW & LBW beserta gambar!
Jawab:
Electron Beam Welding (EBW)
proses pengelasan yang melibatkan pencairan karena adanya energi yang disuplai dari hasil tumbukan berkas sinar elektron yang terfokus. Sinar ini kemudian dipercepat dalam vakum hingga ~60% kecepatan cahaya sehingga sewaktu menumbuk ke benda kerja akan terbebaskan ~99% energi kintetiknya menjadi panas dan timbul pengelasan lokal.
Laser Beam Welding (LBW)
proses pengelasan yang menggunakan enersi radiasi elektromagnetik untuk mencairkan bagian logam yang akan disambung. Laser merupakan kepanjangan dari Light Amplification by Stimulated Emmision of Radiation. LBW memiliki 2 sistem yaitu system solid laser (YAG Laser) dan gas laser (CO2 Laser).
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 14 13. Jelaskan mekanisme tahapan penyambungan pada Thermit Welding dan gambarkan
grafik skematisnya?
Jawab:
Sejumlah oksida logam direduksi dengan misal, Aluminium yang membebaskan sejumlah panas yang dapat mencairkan logam yang akan disambung.
Reaksi kimia eksotermik :
Sebelum pengelasan, dibuat cetakan seperti pada gambar di bawah ini. Terdapat runer, riser, power gate,dan lain-lain. Pada lubang menggunakan preheating dengan burner.
14. Jelaskan persyaratan untuk personel underwater welding!
Jawab:
Ada beberapa syarat untuk personel underwater welding, diantaranya:
Mempunyai sertifikasi welder dan juga merupakan commercial diver (penyelam).
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 15
Mempunyai kemampuan untuk mengelas sesuai dengan AWS D3.6, Standard
Memenuhi spesifikasi untuk Underwater Welding (wet or dry).
Menguasai kemampuan untuk menjamin sesuainya prosedur pengelasan underwater dengan standar yang telah ada.
15. Jelaskan jenis dari underwater welding dan manakah metoda yang umum diaplikasikan!
Jawab:
Wet underwater welding, dimana las busur logam manual (MMAW) adalah yang
biasa dilakukan. Flux Cored Arc Welding juga banyak digunakan.
Coffer dam welding, dilakukan dalam keadaan kering, di udara, dimana sebuah rigid
steel structure digunakan sebagai tempat Welder tertutup terhadap bagian yang akan dilas dan terbuka terhadap atmosfer.
Hyperbaric welding, dimana sebuah Chamber tertutup di sekeliling struktur yang
akan dilas dan diisi dengan gas helium 0,5 bar O2.
Metode yang sering diaplikasikan adalah wet underwater welding, ini dikarenakan metode ini lebih mudah dan peralatannya sederhana. Selain itu menghasilkan hasil lasan yang cukup baik karena menggunakan flux sebagai pelindungnya.
16. Sebutkan keterbatasan dan resiko dalam under water welding?
Jawab: Keterbatasan :
Air menyebabkan terjadinya rapid cooling (pendinginan cepat) sehingga nantinya menyebabkan hasil lasan rawan crack.
Hasil lasan akan menjadi relatif getas (brittle) karena hidrogen dapat bereaksi dengan hasil lasan secara kimiawi. Selain itu karena berada dalam air, akan menyebabkan kecepatan pendinginan hasil lasan menjadi tinggi, akibatnya, akan terbentuk fasa brittle setelah dilas.
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 16 Resiko :
Rawan ledakan, karena adanya oksigen dan hidrogen yang dihasilkan oleh busur lisrik pada lasan basah.
Welder dapat tekena arus tegangan tinggi (electric shock).
Nitrogen dapat masuk ke dalam tubuh welder karena terlalu lama berada di dalam air, yang membuat tekanan darah menjadi tinggi. Hal ini dapat mengakibatkan kehilangan kesadaran.
17. Jelaskan keuntungan dan keterbatasan dari EBW dan LBW!
Jawab:
Electron Beam Welding
Keuntungan EBW Keterbatasan EBW
Penetrasinya dalam (rasio 1:20).
Bagian HAZ sempit.
Distorsi kecil.
Hasil las bersih.
Prosesnya cepat dan presisi.
Energi (HI) yang diberikan relatif
kecil.
Peralatan mahal karena memerlukan
ruang vakum.
Benda kerja tergantung pada ruang
vakum.
Rentan terhadap retak karena kecepatan
pembekuan terlalu cepat.
Laser Beam Welding
Keuntungan LBW Keterbatasan LBW
Masukan panasnya kecil.
HAZ sempit.
Distorsi kecil.
Tidak memerlukan elektroda.
Proses tanpa kontak dan ruang vakum.
Tidak dipengaruhi oleh medan magnet.
Sambungan harus diposisikan secara
akurat.
Perlu clamping yang baik.
Ketebalan lasan terbatas (maksimum 19
mm).
Rentan terhadap retak karena kecepatan
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 17 18. Apa yang disebut Hybrid Welding Process dan sebutkan beberapa contoh proses hybrid
welding process serta keuntungan dari proses tersebut!
Jawab:
Hybrid Welding Processn adalah Pengelasan yang menggabungkan laser welding dan arc welding sehingga dihasilkan daerah kampuh las yang lebih baik.
Contoh Hybrid Welding Process:
Keuntungan Hybrid Welding:
Distorsi kecil
Hasil lasan lebih bersih
Daerah HAZ (Heat Affected Zone) sempit
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 18
Mengurangi cost produksi.
Meningkatkan produktivitas
19. Sebutkan jenis nyala api pada proses OAW beserta rasio dari 2 gas yang dicampur dan jelaskan aplikasi dari masing2 nyala api tersebut.
Jawab:
Jenis nyala api proses OAW : Nyala Netral
Digunakan untuk pengelasan, perbandingan O2 dan acytelyne = 1:1 Cocok untuk mengelas kebanyakan logam.
Nyala Oksidasi
Untuk las Brazing, perbandingan O2 dan acytelyne = 2:1 Umumnya untuk mengelas Al dan Baja C tinggi.
Nyala Karburisasi
Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI Page 19 Rasio gas yang dicampur :
