DASAR-DASAR PENGELASAN
Bab ini menjelaskan mengenai proses-proses pengelasan yang banyak dipakai oleh berbagai perusahaan, beserta keunggulan, kelemahan, dan masing-masing aplikasinya. Kemudian dijelaskan juga mengenai disain sambungan dan jenis-jenis sambungan. Komposisi logam las juga diterangkan, termasuk cara penyimpanan dan penanganan kawat las. Bab ini juga menjelaskan mengenai preheat, alasan melakukan preheat dan metode yang dipergunakan. Ada penjelasan khusus mengenai tujuan melakukan postweld heat treatment, pemotongan dengan oxyfuel gas serta pemotongan dengan mempergunakan busur logam.
1.1.0. PROSES-PROSES PENGELASAN
Las busur adalah suatu proses pengelasan dimana panas dihasilkan oleh busur listrik diantara elektroda dengan benda kerja. Pada pengelasan dengan arus DC, benda kerja dihubungkan dengan kutub negatif dan elektroda dengan kutub positif, sedangkan pada pengelasan dengan polaritas lurus, benda kerja dihubungkan dengan kutub positif dan elektroda dengan kutub negatif. Proses-proses pengelasan yang dibicarakan disini adalah:
1. Shielded metal arc welding (SMAW).
2. Gas tungsten arc welding (GTAW).
3. Gas metal arc welding (GMAW).
4. Flux cored arc welding (FCAW).
5. Submerged arc welding (SAW).
6. Electroslag welding (ESW) dan electrogas welding (EGW).
7. Stud welding (SW).
8. Oxyfuel gas welding (OFW), braze welding dan brazing.
9. Cadwelding.
1.1.1. Shielded Metal Arc Welding
SMAW adalah proses las busur manual dimana panas pengelasan dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda terumpan berpelindung flux dengan benda kerja. Gambar 100-1 memperlihatkan bentuk rangkaian pengelasan SMAW.
Gambar 100-1. Bentuk Rangkaian Pengelasan SMAW
Bagian ujung elektroda, busur, cairan logam las dan daerah-daerah yang berdekatan dengan benda kerja, dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh gas pelindung yang terbentuk dari hasil pembakaran lapisan
pembungkus elektroda. Perlindungan tambahan untuk cairan logam las diberikan oleh cairan flux atau slag yang terbentuk.Filler metal atau logam tambahan disuplai oleh inti kawat elektroda terumpan, atau pada elektroda-elektroda tertentu juga berasal dari serbuk besi yang dicampur dengan lapisan pembungkus elektroda. Gambar 100-2 memperlihatkan prinsip dasar proses SMAW.
Gambar 100-2. Proses Pengelasan SMAW
Keuntungan
SMAW adalah proses las busur paling sederhana dan paling serba guna. Karena sederhana dan mudah dalam mengangkut peralatan dan perlengkapannya, membuat proses SMAW ini mempunyai aplikasi luas mulai darirefinery piping hingga pipelines, dan bahkan untuk pengelasan di bawah laut guna memperbaiki struktur anjungan lepas pantai. SMAW bisa dilakukan pada berbagai posisi atau lokasi yang bisa dijangkau dengan sebatang elektroda. Sambungan-sambungan pada daerah dimana pandangan mata terbatas masih bisa di las dengan cara membengkokkan elektroda.
Proses SMAW digunakan untuk mengelas berbagai macam logam ferrous dan non ferrous, termasuk baja carbon dan baja paduan rendah, stainless steel, paduan-paduan nikel, cast iron, dan beberapa paduan tembaga.
Kelemahan
Meskipun SMAW adalah proses pengelasan dengan daya guna tinggi, proses ini mempunyai beberapa karakteristik dimana laju pengisiannya lebih rendah dibandingkan proses pengelasan semi-otomatis atau otomatis. Panjang elektroda tetap dan pengelasan mesti dihentikan setelah sebatang elektroda terbakar habis. Puntung elektroda yang tersisa terbuang, dan waktu juga terbuang untuk mengganti–ganti elektroda. Slag atau terak yang terbentuk harus dihilangkan dari lapisan las sebelum lapisan berikutnya didepositkan. Langkah-langkah ini mengurangi efisiensi pengelasan hingga sekitar 50 %.
Asap dan gas yang terbentuk merupakan masalah, sehingga diperlukan ventilasi memadai pada pengelasan di dalam ruang tertutup. Pandangan mata pada kawah las agak terhalang oleh slag pelindung dan asap yang menutupi endapan logam. Dibutuhkan juru las yang sangat terampil untuk dapat menghasilkan pengelasan berkualitas radiography apabila mengelas pipa atau plat hanya dari arah satu sisi.
1.1.2. Gas Tungsten Arc Welding
Pada pengelasan dengan proses GTAW, panas dihasilkan dari busur yang terbentuk dalam perlindungan inert gas (gas mulia) antara elektroda tidak terumpan dengan benda kerja. GTAW mencairkan daerah benda kerja di bawah busur tanpa elektroda tungsten itu sendiri ikut meleleh. Gambar 100-3 memperlihatkan peralatan untuk proses GTAW. Proses ini bisa dikerjakan secara manual atau otomatis. GTAW disebut juga dengan Heliarcyaitu istilah yang berasal dari merek dagang Linde Company
atau Tig (tungsten inert gas). Filler metal ditambahkan ke dalam daerah las dengan cara mengumpankan sebatang kawat polos. Teknik pengelasan sama dengan yang dipakai pada oxyfuel gas welding atau OAW, tetapi busur dan kawah las GTAW dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh selimut inert gas, biasanya argon, helium atau campuran keduanya. Inert gas disemburkan dari torch dan daerah-daerah disekitar elektroda tungsten. Hasil pengelasan dengan proses GTAW mempunyai permukaan halus, tanpa slag dan kandungan hydrogen rendah.
Gambar 100-3. Peralatan Pada Pengelasan GTAW
Jenis lain proses GTAW adalah pulsed GTAW, dengan menggunakan sumber listrik yang membuat arus pengelasan pulsasi. Hal ini membuat arus rata-rata menjadi lebih tinggi untuk mendapatkan penetrasi dan kontrol kawah las yang lebih baik, terutama untuk pengelasan root pass. Pulsed GTAW terutama bermanfaat untuk pengelasan pipa posisi-posisi sulit pada stainless steel dan non ferrous material seperti paduan nikel.
GTAW sudah diaplikasikan juga untuk pengelasan otomatis. Otomatisasi proses ini membutuhkan sumber listrik dan pengontrolan terprogram, sistim pengumpanan kawat dan mesin pemandu gerak. Proses ini sudah digunakan untuk membuat las sekat pada tube-to-tubesheet bermutu tinggi dan las tumpul pada pipa-pipaheat exchanger. Butt weld pada pipa tebal diameter besar pada pembangkit tenaga listrik, merupakan keberhasilan lain dari aplikasi GTAW otomatis. GTAW menggunakan pengumpanan kawat otomatis disebut juga dengan cold wire TIG. Jenis lain dari pengelasan GTAW otomatis disebut hot wire
TIG, yang dikembangkan untuk menyaingi yang lain dengan laju deposit lebih tinggi. Pada hot wire TIG,
kawat las mendapat tahanan panas yang berasal dari arus AC tegangan rendah untuk memperbesar laju pengisian.
Keuntungan.
Proses GTAW menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada bahan-bahan ferrous dan non ferrous. Dengan teknik pengelasan yang tepat, semua pengotor yang berasal dari atmosfir dapat dihilangkan. Keuntungan utama dari proses ini yaitu, bisa digunakan untuk membuat root pass bermutu tinggi dari arah satu sisi pada berbagai jenis bahan. Oleh karena itu GTAW digunakan secara luas pada pengelasan pipa, dengan batasan arus mulai dari 5 hingga 300 amp, menghasilkan kemampuan lebih besar untuk mengatasi masalah pada posisi sambungan yang berubah-ubah seperti celah akar. Sebagai contoh, pada pipa tipis (dibawah 0,20 inci) dan logam-logam lembaran, arus bisa diatur cukup rendah sehingga pengendalian penetrasi dan pencegahan terjadinya terbakar tembus (burnt through) lebih mudah dari pada pengerjaan dengan proses menggunakan elektroda terbungkus. Kecepatan gerak yang lebih rendah dibandingkan dengan SMAW akan memudahkan pengamatan sehingga lebih mudah dalam mengendalikan logam las selama pengisian dan penyatuan.
Kelemahan utama proses las GTAW yaitu laju pengisian lebih rendah dibandingkan dengan proses las lain umpamanya SMAW. Disamping itu, GTAW butuh kontrol kelurusan sambungan yang lebih ketat, untuk menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada pengelasan dari arah satu sisi. GTAW juga butuh kebersihan sambungan yang lebih baik untuk menghilangkan minyak, grease, karat, dan kotoran-kotoran lain agar terhindar dari porosity dan cacat-cacat las lain.
GTAW harus dilindungi secara berhati-hati dari kecepatan udara di atas 5 mph untuk mempertahankan perlindungan inert gas di atas kawah las.
Aplikasi pada pekerjaan.
GTAW mempunyai keunggulan pada pengelasan pipa–pipa tipis dan tubing stainless steel diameter kecil, paduan nikel, paduan tembaga dan aluminum. Pada pengelasan pipa dinding tebal, GTAW sering kali dipakai pada root pass untuk pengelasan yang membutuhkan kualitas tinggi, seperti pada pipa-pipa tekanan tinggi dan temperatur tinggi dan pipa-pipa belokan pada dapur pemanas. GTAW juga digunakan pada root pass apabila membutuhkan permukaan dalam yang licin, seperti pada pipa-pipa dalam acid service. Karena ada perlindungan inert gas terhadap pengelasan dan mudah dalam mengontrol proses las, membuat GTAW sering kali digunakan pada logam-logam reaktif seperti titanium dan magnesium.
Pada pipa-pipa tipis, 0,125 inci atau kurang, bisa digunakan sambungan berbentuk persegi dan rapat. Root pass dikerjakan tanpa menambahkan filler metal (disebut dengan autogenous weld). Pada pipa-pipa tebal, bagian ujung sambungan mesti dibevel, diluruskan dan diberi celah (disebut dengan bukaan akar), kemudian ditambahkan filler metal selama pengelasan root pass. Sebagai pengganti filler metal, bisa juga disisipkanconsumable insert (ring penahan) ke dalam sambungan, yang nantinya bersatu dengan root (sebagai filler metal tambahan). Pengelasan dengan consumable insert membutuhkan kontrol kelurusan sambungan yang teliti.
Backup Gas Purge.
Backup gas purge digunakan pada bahan-bahan yang sensitif terhadap kontaminasi udara pada sambungan-sambungan las tunggal yang tidak di backgouging. Backup gas perlu pada baja-baja chrome-moly tertentu (≥ 3 % chromium), stainless steel, paduan-paduan nikel tinggi, paduan tembaga dan titanium. Gas purge tidak diperlukan pada pengelasan carbon steel atau low alloy steels apabila kandungan chromium kurang dari 3 %. Baik argon atau helium bisa digunakan sebagai purge gas. Pilihan lain bisa juga menggunakan nitrogen sebagai gas purge, untuk pengelasan austenitic stainless steel, tembaga dan paduan-paduan tembaga. Nitrogen tidak cocok pada bahan-bahan lain karena beraksi sebagai pengotor.
Hasil terbaik pada stainless steel atau high nickel steel akan diperoleh apabila baja ini di purging sehingga kandungan oxygen kurang dari 1 %. Purging dengan empat hingga sepuluh kali volume yang diperlukan, dilakukan untuk mendapatkan secara relatif gas inert di udara. Apabila keberadaannya tidak tertentu berkaitan dengan kecukupan purge gas tersebut, bisa digunakan mine safety oxygen analyzer untuk memeriksa kandungan oxygen pada purge gas yang dikeluarkan dari daerah pengelasan.
Gas purging pertama kali dilakukan dengan kecepatan aliran tinggi, misalnya 30 hingga 90 CFH untuk membilas sistim, kemudian diturunkan hingga 5 sampai 8 CFH pada proses pengelasan. Harus ada perhatian khusus untuk memastikan bahwa tekanan backup gas tidak berlebihan ketika mengelas root pass, bila tidak logam las akan meleleh atau terbentuk cekungan pada akar las. Pembuangan yang memadai penting sekali untuk menghindarkan terbentuknya tekanan berlebihan selama proses pengelasan. Daerah pembuangan padaexhausting backup gas paling tidak harus sama dengan daerah terbuka yang dipakai untuk memuat backup gas ke system. Setelah selesai melakukan pengelasan pada root pass dan fill layer, backup gas purge bisa dihentikan. Jumlah fill layer yang dibutuhkan sebelum menghentikan gas purge tergantung dari tebal lapisan dan penetrasi.
1.1.3. Gas Metal Arc Welding
Proses las GMAW dikerjakan dengan mempergunakan elektroda solid atau tubular sesuai dengan komposisi diinginkan, yang diumpankan melalui suatu spool atau gulungan. Elektroda ini diumpankan secara kontinyu dari sebuah gun atau torch sambil mempertahankan busur yang terbentuk antara ujung elektroda dengan base metal.
Gambar 100-4 memperlihatkan peralatan las GMAW, dan Gambar 100-5 menjelaskan proses kerjanya.Pengelasan GMAW disebut juga dengan MIG (metal inert gas). Singkatan MIG ini tidak lagi menjelaskan proses las GMAW, karena tidak semua gas pelindung yang dipakai oleh proses ini adalah gas inert. Di dalam pengelasan GMAW, elektroda umumnya berbentuk solid dan semua gas pelindung berasal dari sumber luar.
Ada tiga jenis proses GMAW yang banyak dipakai yaitu:
1. Short-circuiting (GMAW-S).
2. Spray atau globular transfer GMAW.
3. Pulsed arc (GMAW-P).
Gambar 100-4. Peralatan Las GMAW
Gambar 100-5. Proses Kerja Pengelasan GMAW
Short Circuiting (GMAW-S)
Short-circuiting atau hubungan singkat adalah suatu jenis transfer busur (disebut juga dengan short
arc ataudip transfer). Pada GMAW jenis ini, cairan logam dari ujung kawat elektroda menyentuh
genangan kawah las, sehingga terbentuk hubungan singkat. Pada awal siklus hubungan singkat, ujung elektroda cair berbentuk bola kecil, yang bergerak menuju benda kerja. Ketika cairan logam ini menyentuh benda kerja, terjadi hubungan singkat. Bola cair ini kemudian terlepas dari kawat, memutuskan jembatan cair antara kawat elektroda dengan benda kerja. Busur kemudian menyala kembali dan siklus berulang
lagi. Logam ditransferkan hanya selama hubungan singkat, yang terjadi dalam frekwensi 20 hingga 200 kali per detik. Lihat Gambar 100-6 mengenai ilustrasi proses GMAWS-S. GMAW-S mempergunakan kawat-kawat elektroda solid diameter kecil (0,030; 0,035 atau 0,045 inci). Pengelasan bisa dilakukan secara otomatis atau semi otomatis.
Gambar 100-6. Short-Circuiting Transfer (GMAW-S)
Selama pengelasan dengan GMAW-S, busur dan kawah las dilindungi oleh suatu gas atau gas campuran. Pada carbon steel, gas pelindung umumnya adalah CO2 atau campuran argon dan CO2. Campuran 75 % argon dan 25 % CO2 sering dipakai karena karakteristik pengelasan lebih baik. Campuran gas lain yang banyak dipakai yaitu yang mengandung helium. Komposisi gas pelindung ditentukan untuk mendapatkan karakteristik pengelasan yang diinginkan, seperti bentuk bead, penetrasi dan percikan las. Semakin besar jumlah CO2berarti semakin ekonomis, tetapi akan menimbulkan penetrasi lebih dalam dan percikan las lebih banyak, serta memperbesar hilangnya unsur Mn dan Si.
Kemampuan pengelasan untuk semua posisi dan mudah dalam pengendalian membuat proses GMAW-S cocok untuk pengelasan root pass pada pipa, dan pengelasan gage strip lining tipis. GMAW-S dapat digunakan untuk berbagai macam bahan yaitu carbon steel, chrome-moly steel, stainless steel dan paduan-paduan nikel. Beberapa perusahaan ada yang membatasi pemakaian GMAW-S pada pengelasan pipa, karena terdapat resiko tidak adanya penyatuan dan cold lap pada fill pass. Dengan demikian fill pass pada pengelasan pipa dibatasi hanya pada posisi datar saja.
Spray Transfer atau Globular Transfer
Pada spray transfer GMAW, pemindahan logam melintasi busur, seperti aliran tetesan-tetesan kecil dengan diameter sama atau lebih kecil dari diameter kawat elektroda, lihat Gambar 100-7. Spray transfer hanya terjadi pada gas pelindung argon tinggi (80 % argon atau lebih). Transfer yang terjadi di atas arus minimum, disebut arus transisi, tergantung pada komposisi dan diameter filler metal. Misalnya arus transisisi untuk filler metal baja diameter 0,045 inci adalah 220 amper. Apabila arus di bawah arus transisi, ukuran tetesan menjadi lebih besar dari diameter kawat elektroda, dan menjadi globular transfer. Globular transfer GMAW selalu dilakukan dengan memakai gas pelindung CO2. Gambar 100-8 mengilustrasikan globular transfer GMAW.
Gambar100-7. GMAW-Spray Arc
GMAW Spray transfer menghasilkan percikan las paling sedikit dari berbagai jenis transfer logam. Panas masukan yang tinggi menghasilkan penetrasi yang bagus dan laju pengisian tinggi, tetapi aplikasi proses spray transfer ini hanya terbatas pada pengelasan posisi datar dan horizontal saja. GMAW globular transfer dengan tetesan besar, membuat pengelasan pada posisi-posisi sulit menjadi lebih sukar dan percikan las menjadi lebih banyak.
Pulsed Arc
Proses las pulsed arc atau GMAW-P dilakukan dengan sumber listrik tegangan tetap (constant
voltage). Dengan sumber listrik CV ini, arus listrik diatur secara otomatis untuk mencairkan
elektroda dengan kelajuan tertentu, bergerak menuju benda kerja. Apabila tinggi busur lebih
pendek atau lebih panjang, sumber listrik akan merubah arus output untuk memperbesar atau
memperkecil pembakaran elektroda sambil menjaga jarak busur dan tegangan tetap konstan.
Pulsed arc welding adalah sebuah proses las transfer sembur yang menggunakan sumber listrik
khusus (pulsed atau synergic MIG), yang dapat merubah arus las antara arus pulsa tinggi dan
tingkat arus back ground rendah, berulang-ulang kali setiap detik. Selama pulsasi ini, terjadi
transfer logam las melalui busur. Gambar 100-9 memperlihatkan spray transfer yang terjadi
dengan arus rata-rata di bawah arus transisi logam pengisi.
Gambar 100-9. Diagram Pulsed-Arc Welding
Arus back ground berfungsi untuk menjaga busur, ketika masing-masing pulsa arus mempunyai
cukup tenaga untuk melepaskan satu tetesan dari ujung kawat. Transfer logam terjadi selama
pulsa arus tinggi, ketika tetesan logam ( 1 diameter kawat) melewati busur dengan arus
rata-rata lebih rendah dari yang dibutuhkan pada spray transfer atau konvesional.
Shielding Gas yang Direkomendasikan
Shielding gas yang direkomendasikan untuk proses pengelasan GMAW dan FCAW-G diberikan
pada Appendix A Alloy Fabrication Data, untuk baja paduan yang akan dilas.
Keuntungan
Proses pengelasan GMAW dapat dikerjakan secara semi-otomatis atau otomatis. Asap dan
percikan las pada GMAW hubungan singkat lebih sedikit dibandingkan dengan SMAW, juga
tidak ada slag yang harus dibersihkan setelah pengelasan selesai. Kecepatan pengelasan dan laju
pengisian sama atau bisa lebih besar dari pada SMAW. Larutan logam las umumnya lebih
rendah karena penetrasi GMAW lebih dangkal. Dengan panas masukan rendah dan penetrasi
yang dangkal, logam-logam tipis lebih mudah disambung dan sambungan yang memiliki celah
root lebih lebar akan lebih mudah dilas. Pada fabrikasi pipa-pipa di bengkel, root pass bermutu
tinggi dapat dikerjakan lebih cepat pada berbagai posisi dan pada umumnya dengan biaya lebih
rendah.
GMAW spray transfer dan globular transfer mempunyai kawah las yang lebih mudah dilihat,
sama halnya dengan las busur teknik hubungan singkat (short circuiting arc) tetapi tanpa slag.
Karena tidak ada flux dan relatif sedikit jumlah deoxidizer yang diberikan pada kawat, lebih
sedikit pekerjaan membersihkan yang diperlukan setelah pengelasan selesai. Keseragaman
panjang busur dipertahankan dengan cara membuat sumber listrik memiliki tegangan konstan.
Proses las GMAW mempunyai laju pengisian lebih besar pada pengelasan paduan-paduan
ferrous dan non-ferrous. Proses ini cocok dipergunakan pada las kampuh dan pengelasan untuk
membuat lapisan anti karat pada stainless steel, nickel based alloys dan paduan-paduan tembaga
seperti aluminum bronze.
Kelemahan.
Peralatan las GMAW lebih mahal, dan lebih rumit dalam pemasangan dan perawatan,
dibandingkan dengan SMAW. Biaya kawat las dan shielding gas bisa menjadi lebih mahal
dibandingkan dengan elektroda terbungkus, tetapi hal ini bisa diimbangi karena produktivitas
yang tinggi dan sedikitnya pemborosan.
Shielding gas pada pengelasan GMAW dapat terganggu karena pengaruh tiupan angin, sehingga
harus diambil tindakan pencegahan apabila kecepatan angin lebih dari 5 mph. Pelindung angin
atau tirai khusus dapat dipakai untuk menahan atau mengurangi tiupan angina, sehingga
kecepatannya cukup rendah untuk menjaga shielding gas secara memadai. Memperbesar aliran
gas untuk mengimbangi pengaruh tiupan angin yang berlebihan, akan menimbulkan masalah
lain yang lebih buruk, karena akan timbul turbulensi disekitar busur yang akan menarik udara
disekitarnya.
GMAW memerlukan ruang gerak yang lebih besar terhadap benda kerja karena pengaruh ukuran
welding gun dan nozzle. Pada umumnya alat pengumpan kawat harus ditempatkan sedekat
mungkin dengan benda kerja.
Short-circuiting welding dapat dipakai untuk mengelas root pass dengan cara butt weld atau
sambungan bercabang tetapi harus dikontrol ketat saat melakukan fill pass, karena ada
resiko non-fusion atau cold lap. Ketika melakukan fill pass pada pengelasan pipa dengan cara
butt weld, pengelasan hanya dilakukan dengan cara las naik yaitu antara posisi jam 10 dan jam
2, dimana pipa bisa ditahan tetap oleh kuda-kuda penyangga (posisi 5G) atau diputar (1G).
Proses pengelasan ini tidak cocok dikerjakan pada fillet weld apabila tebal logam lebih dari 1/4
inch, dan pada umumnya tidak digunakan untuk fabrikasi pressure vessel, tangki atau
palang-palang struktur.
Lack of fusion yang terletak diantara lapisan-lapisan las sukar dideteksi dengan radiography dan
karena pengaruh kontrol yang buruk dari proses hubungan singkat ini, masalah LOF menjadi
cukup berat, sehingga membuat beberapa fabrikator meninggalkan proses pengelasan ini.
Dibandingkan dengan proses las SMAW, pengelasan short-circuiting butuh kebersihan, dan
kelurusan sambungan serta penggerindaan tack weld yang lebih baik guna mendapatkan hasil
pengelasan root pass bermutu tinggi.
LOF tidak akan menjadi masalah jika panas masukan dibuat lebih tinggi pada GMAW spray
transfer atau globular transfer. Pada GMAW spray transfer, terdapat radiasi busur yang banyak.
Hal ini tidak menyenangkan bagi juru las dan membuat proses ini lebih cocok untuk las otomatis
pada beberapa aplikasi. Pengelasan GMAW spray transfer terbatas pada pengelasan posisi datar
dan horizontal saja karena kawah las lebih besar.
Aplikasi pada Pekerjaan
Proses GMAW short-circuiting dapat menghemat waktu saat pengelasan root pass pada pipa dan
pemasangan alloy strip lining pada pressure vessel.
Baik GMAW spray transfer ataupun globular transfer dapat digunakan pada fabrikasi pipa dan
pressure vessel untuk selain dari root pass. Kedua proses ini dapat juga digunakan untuk
membuat lapisan tahan karat. Spray transfer digunakan dengan cara butt weld pada pengelasan
stainless steel, paduan nikel dan paduan tembaga. Pulsed arc welding dapat dipakai untuk
aplikasi yang sama, tetapi mempunyai keuntungan dapat mengelas dengan semua posisi. Spray
transfer tidak dianjurkan untuk mengelas carbon steel apabila masih dapat dikerjakan dengan
proses las SAW, tetapi bisa digunakan untuk mengelas tembaga dan paduan-paduan nickel.
1.1.4. Flux Cored Arc Welding
Flux cored arc welding atau las busur berinti flux mirip dengan proses las GMAW, yaitu
menggunakan elektroda solid dan tubular yang diumpankan secara kontinyu dari sebuah
gulungan. Elektroda diumpankan melalui gun atau torch sambil menjaga busur yang terbentuk
diantara ujung elektroda dengan base metal. FCAW menggunakan elektroda dimana terdapat
serbuk flux di dalam batangnya. Butiran-butiran dalam inti kawat ini menghasilkan sebagian
atau semua shielding gas yang diperlukan. Jadi berlawanan dengan GMAW, dimana seluruh gas
pelindung berasal dari sumber luar. FCAW bisa juga menggunakan gas pelindung tambahan,
tergantung dari jenis elektroda, logam yang dilas, dan sifat dari pengelasan yang dikerjakan.
Ada dua jenis variasi FCAW yang memiliki kegunaan berbeda-beda tergantung dari metode gas
pelindung.
- Gas Shielded (FCAW-G).
- Self-shielded (FCAW-SS).
Proses (FCAW-G) atau berpelindung gas memerlukan shielding gas yang berasal dari sumber
luar (biasanya CO
2atau campuran argon-CO
2seperti tampak pada Gambar 100-10.
Gambar 100-10. FCAW Pelindung Gas
Gambar 100-11 FCAW Berpelindung Diri
Proses (FCAW-SS) memiliki pelindung sendiri misalnya Lincoln Innershield, seperti tampak
dalam gambar 100-11. FCAW dapat dikerjakan secara otomatis atau semi-otomatis, tetapi yang
paling banyak dipakai adalah proses semi-otomatis.
Gas Shielded Flux Cored Arc Welding
Elektroda FCAW-G dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel dan stainless
steel. Berpedoman pada AWS, elektroda-elektroda yang digunakan pada pengelasan FCAW
dibicarakan pada pasal 1.3.3. Pada pengelasan carbon steel dan low alloy steel, elektroda berinti
flux yang banyak dipakai adalah dari jenis T-1 (acid slag), T-2 (single pass welding) dan T-5
(basic slag).
Elektroda T-1 memiliki sifat-sifat pengelasan bagus, tetapi acid slag tidak membantu menjaga
logam las menjadi rendah hydrogen kecuali bila dibuat secara khusus. Hanya sejumlah tertentu
elektroda berinti flux yang memenuhi syarat low hydrogen (kurang dari 10 ml/100 g logam las),
dan ini adalah yang paling banyak tersedia dari jenis T-1. Elektroda tipe T-1 bisa digunakan baik
dengan gas pelindung CO
2ataupun campuran argon-CO
2. Elektroda T-1 akan memiliki busur
lebih halus dan percikan las lebih sedikit bila menggunakan gas pelindung argon-CO
2, meskipun
logam las mempunyai unsur Mn dan Si sedikit lebih tinggi. Elektroda EX0T-1 didisain hanya
untuk mengelas pada posisi datar dan horizontal saja. Elektroda EX1T-1 dibuat untuk
pengelasan semua posisi dengan diameter hingga 1/16 inch. Pengelasan posisi vertikal umumnya
dikerjakan dengan arah las naik.
Elektroda tipe T-2 dirancang untuk pengelasan single pass pada logam-logam berkarat, dan
mempunyai deoxidizer Mn dan Si lebih tinggi. Elektroda T-2 ini jangan sekali-kali digunakan
untuk pengelasan multipass karena peningkatan unsur Mn dan Si menyebabkan tensile strength
logam las yang tidak terlarut akan bertambah besar (lebih dari 100 ksi), sehingga menimbulkan
masalah retak ketika sedang dilas atau pada kondisi pemakaian sour service.
Elektroda tipe T-5 mempunyai basic slag dengan kandungan hydrogen logam las lebih rendah
dan memperbesar impact properties dan daya tahan terhadap retak yang memuaskan. Meskipun
demikian, elektroda ini juga mempunyai sifat-sifat pengelasan lebih buruk dibandingkan dengan
elektroda T-1. Saat ini elektroda T-1 terbaru sudah dikembangkan yang menggabungkan dua
jenis elektroda yang paling baik, sehingga elektroda T-5 menjadi jarang dipakai lagi.
Self Shielded Flux Cored Arc Welding
Elektroda EX1T-8 adalah elektroda FCAW-SS (Lincoln Innershield) untuk pengelasan carbon
steel dan low alloy steel yang mendapat perhatian besar dari beberapa perusahaan. Elektroda ini
bisa dipakai untuk pengelasan semua posisi, notch toughness bagus dan pada umumnya
mempunyai kandungan hydrogen rendah (kurang dari 10 ml/100 logam las). Elektroda-elektroda
ini digunakan dengan berbagai diameter mulai dari 0,068 hingga 3/32 inch. Pengelasan semua
posisi dilakukan dengan elektroda diameter 5/64 inch atau lebih kecil, sementara elektroda
dengan ukuran lebih besar hanya digunakan untuk pengelasan posisi datar dan horizontal saja.
Las turun umumnya tidak dilakukan kecuali bila menggunakan elektroda khusus yang dirancang
untuk pengelasan pipe line. Elektroda self-shielded mempunyai denitrifiers guna menghindarkan
porosity karena tangkapan nitrogen selama proses pengelasan. Pada umumnya aluminum
dipakai sebagai denitrifyng las, karena deposit las dengan kandungan aluminum hingga 1%
dianggap tidak berbahaya.
Pengelasan dengan proses FCAW-SS pada pekerjaan-pekerjaan yang kritikal seperti sambungan
T-Y-K dan kombinasinya pada anjungan lepas pantai, membutuhkan juru las yang dilatih secara
khusus dan mematuhi prosedur las yang sudah dibuat dengan ketat, seperti elektroda, lebar
ayunan, tebal lapisan dan pemanasan awal.
Keuntungan
Proses FCAW-G mempunyai keunggulan yaitu penetrasinya lebih dalam dan laju pengisian
lebih tinggi dibandingkan dengan proses SMAW. Dengan demikian proses las ini menjadi lebih
ekonomis pada pekerjaan di bengkel-bengkel las. Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan pada
inti flux untuk membuat jenis komposisi menjadi lebih banyak, termasuk beberapa logam
paduan rendah dan stainless steel. Flux memberikan perlindungan bagus pada kawah las dengan
membentuk selubung gas pelindung dan lapisan slag. Meskipun demikian, proses ini tidak
mentolerir tiupan angin lebih dari 5 mph tanpa porosity berlebihan. FCAW-G cocok untuk
pengelasan semua posisi tanpa menimbulkan masalah lack of fusion seperti yang terdapat pada
GMAW hubungan singkat.
Filler metal FCAW-SS menghilangkan kebutuhan terhadap gas pelindung dari luar dan
mentoleransi kondisi angin yang lebih kuat tanpa menimbulkan porosity. Proses ini dianggap
sama dengan proses elektroda terbungkus terhadap toleransi angin. Dengan juru las yang dilatih
dengan baik dan pengawasan yang berhati-hati, FCAW-SS bisa digunakan untuk pengelasan
dari arah satu sisi, pada sambungan T-Y-K seperti struktur anjungan lepas pantai untuk
menggantikan elektroda terbungkus. FCAW-SS juga bisa digunakan untuk fill pass pengelasan
semua posisi pada butt weld atau fillet weld. Juru las perlu dilatih dengan prosedur khusus tetapi
proses tersebut mudah dipakai. Aplikasi proses FCAW-SS meliputi pengelasan benda-benda
tebal, pipelines dan pelapisan.
Kelemahan
FCAW-G dan FCAW-SS kedua-duanya membentuk lapisan slag yang harus dikikis diantara
lapisan-lapisan las. Baik FCAW-G ataupun FCAW-SS bukan merupakan proses low hydrogen;
filler metal harus dibeli dari pabrik elektroda yang dilengkapi dengan syarat-syarat low
hydrogen. Pengelasan yang dilakukan dengan proses ini dapat menimbulkan notch
toughness yang buruk. Filler metal yang digunakan harus memenuhi persyaratan uji impak
seperti elektroda T-1, T-5 dan T-8. Elektroda-elektroda ini umumnya memiliki kandungan
hydrogen lebih rendah dan mempunyai persyaratan kimia khusus untuk menghasilkan sifat yang
lebih konsisten. Proses pengelasan FCAW-G tidak boleh dilakukan apabila kecepatan angin
lebih dari 5 mph karena ada resiko porosity berlebihan. Menaikkan aliran gas untuk mengatasi
hembusan angin yang tinggi bukan menyelesaikan masalah, karena dapat menimbulkan kondisi
yang lebih buruk karena menghasilkan turbulensi yang akan menarik udara disekitarnya.
Proses FCAW-G menghasilkan lebih banyak asap dari pada kawat solid GMAW. Kawat
FCAW-SS bahkan menimbulkan lebih banyak asap, sehingga pada pekerjaan di
bengkel-bengkel las dibutuhkan ventilasi yang memadai dan kadang-kadang memerlukan alat khusus
pembuang asap di daerah welding gun. Tingkat asap pada FCAW-SS stainless steel atau pada
kawat-kawat FCAW-G hampir sama dengan elektroda stick, dan lebih kecil dari pada kawat
carbon steel berpelindung diri (self-shielded wires). Pengelasan yang dilakukan dengan kawat
FCAW-SS perlu kontrol yang ketat terhadap tebal dan lebar bead dan elektrode stickout guna
mendapatkan sifat-sifat ketangguhan yang tinggi.
Aplikasi pada Pekerjaan
Proses FCAW-G dapat dilakukan dengan semua posisi untuk pengelasan struktural, pipa atau
pressure vessel secara butt weld atau fillet weld. Proses FCAW-SS terutama mempunyai
keunggulan karena dapat digunakan untuk pengelasan struktur, seperti bangunan dan anjungan
lepas pantai dimana lokasi lapangan atau rumitnya struktur membuat pemakaian peralatan las
SAW menjadi tidak praktis dan penggunaan proses SMAW kurang kompetitif.
Elektroda-elektroda berpelindung diri (self-shielded wires) bisa digunakan untuk pengelasan root pass dan
fill pass dari arah satu sisi pada sambungan T-Y-K pada anjungan lepas pantai, apabila pihak
Kontraktor dapat mendemontrasikan bahwa mereka mempunyai pengalaman dengan proses
tersebut, welder dan inspektor yang terlatih, serta memiliki prosedur las yang sudah diakui.
1.1.5. Submerged Arc Welding
SAW atau las busur terbenam termasuk salah satu las busur listrik, dimana busur dan kawah las
ditutupi oleh lelehan flux dan lapisan butiran-butiran flux seperti tampak pada Gambar 100-12.
Gambar 100-12. Submerged Arc Welding (SAW)
Pada proses ini busur las tidak terlihat. Elektroda diumpankan secara kontinyu dari sebuah
gulungan dengan cara yang sama seperti pada proses GMAW. Panas busur melelehkan base
metal, elektroda dan flux sehingga menghasilkan kawah las yang ditutupi oleh lapisan slag cair.
Lapisan slag melindungi kawah las sampai membeku. Karena busur tidak terlihat, pengelasan
dapat dilakukan tanpa menimbulkan radiasi besar dimana hal ini sudah merupakan sifat dari
proses busur terbuka, dan juga menghasilkan sangat sedikit asap.
Pengelasan dengan proses SAW pada umumnya dilakukan di bengkel-bengkel, karena benda
kerja dapat diletakkan dengan posisi datar untuk memperoleh laju pengisian yang lebih tinggi.
Proses pengelasan SAW juga sudah digunakan dilapangan untuk mengelas dinding tangki
penyimpanan minyak secara horizontal dengan menggunakan alat khusus pengelasan posisi jam
3, dan juga untuk mengelas plat bola yang dirakit dilapangan dan diatur untuk pengelasan posisi
datar.
Karena penetrasi SAW dalam, proses ini tidak cocok untuk mengelas root pass tanpa terlebih
dahulu diberi penyangga las. Penyangga (back up) dapat bersifat sementara atau permanen.
Pengelasan dari arah satu sisi bisa dilakukan dengan memberi bahan penyangga sementara
seperti batangan tembaga, flux back up, atau pita back up khusus dari bahan flux atau keramik.
Bahan-bahan penyangga sementara yang lain adalah batangan baja, yang juga dapat digunakan
untuk meluruskan sambungan. Penyangga ini dilepaskan sebelum mengelas dari arah
sebaliknya.
Sambungan las untuk SAW pada umumnya dirancang dengan land lebih tebal dan tanpa celah
agar dapat menopang logam las selama pengelasan dari sisi pertama. Karena penetrasi lebih
dalam, sisi sebaliknya dapat dilas tanpa perlu diback gouging. Contohnya adalah double
SAW (disingkat dengan DSW), yang dilakukan oleh pabrik-pabrik pembuat pipa.
SAW bisa digunakan dengan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), tetapi arus DC lebih
banyak dipakai karena penyalaan busur lebih mudah dan penetrasinya lebih dalam. Jenis lain
SAW adalah tandem arc welding, yang menggunakan dua batang elektroda sekaligus, dan bisa
dikerjakan dengan arus DC-AC atau AC-AC. Proses las SAW biasanya dikerjakan secara
otomatis. Bisa juga dilakukan secara semi-otomatis dengan gun genggam tetapi laju pengisian
kurang memuaskan. Flux SAW harus disimpan ditempat yang hangat, kering dan harus
direkondisi apabila lembab (sesuai dengan petunjuk pabrik). Kawat untuk pengelasan SAW juga
mesti disimpan ditempat yang kering.
Keuntungan
Proses las SAW ini dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel, stainless steel
dan beberapa paduan nikel tinggi. Proses ini digunakan secara luas untuk membuat lapisan anti
karat dengan menggunakan elektroda berbentuk lembaran (tebal 0,5 mm dan lebar 60 mm).
Proses las ini dapat dikerjakan dengan arus lebih tinggi serta elektroda berganda, sehingga
diperoleh laju pengisian dua hingga sepuluh kali lebih cepat dari pada SMAW. Karakteristik
penetrasi yang dalam dari proses SAW ini menyebabkan kampuh las bisa dibuat lebih sempit,
sehingga dapat mengurangi jumlah lapisan yang diperlukan dan juga menghemat waktu
pengelasan. Lapisan slag yang menyelimuti logam las memberikan perlindungan yang handal
terhadap logam las cair, sehingga menghasilkan deposit las bermutu tinggi.
Sebagai sebuah proses las busur terbuka, SAW tidak menimbulkan radiasi tinggi dimana hal ini
memberikan kenyamanan kepada juru las. SAW adalah proses las rendah hydrogen, tetapi
kandungan hydrogennya tergantung dari tingkat kekeringan dan jenis flux yang dipakai.
Kekerasan di daerah HAZ cenderung lebih rendah karena panas masukan yang lebih tinggi
menyebabkan laju pendinginan menjadi lebih lambat. Pada umumnya tampilan bead yang halus
dari pengelasan SAW membuat inspeksi visual menjadi lebih mudah terhadap cacat-cacat las
karena kesalahan operator atau kesalahan fungsi peralatan.
Kelemahan
Di dalam prakteknya, proses las SAW membutuhkan penanganan dan waktu pemasangan lebih
banyak untuk meletakkan benda kerja sedemian rupa sehingga pengelasan dapat dilakukan
dengan posisi datar. Terbatasnya pandangan mata terhadap busur dan kawah las selama
pengelasan membuat proses ini menjadi lebih sulit dalam mempertahankan posisi las di atas
sambungan, meskipun pada umumnya hal ini tidak menjadi masalah. Waktu pemasangan untuk
pengelasan lebih lama dibandingkan dengan GMAW dan SMAW, sehingga proses ini tidak
ekonomis pada pekerjaan-pekerjaan kecil. Apabila menggunakan panas masukan lebih besar,
bisa terbentuk butiran-butiran kasar di daerah HAZ. Keadaan ini menyebabkan hilangnya
sifat impact, yang pada beberapa aplikasi tidak diperbolehkan. Pada pengelasan dengan lapisan
banyak, harus dipilih kombinasi kawat/flux yang sesuai sehingga dapat mencegah pembentukan
unsur Mn dan Si pada logam las, karena unsur-unsur ini akan menaikan kekerasan, menurunkan
ketangguhan, dan menimbulkan masalah retak pada sour service.
Cacat-cacat las yang umum terjadi pada SAW:
1. Porosity karena kontaminasi pada pengelasan. Hal ini terjadi karena pembersihan karat dan
kerak pada sambungan tidak sempurna.
2. Slag inclusion karena muka las terlalu cembung atau undercut. Hal ini terjadi karena slag
terkurung disepanjang sisi logam las dan tidak terbuang selama pembersihan.
3. Retak ditengah las-lasan karena bentuk bead tidak tepat. Hal ini terjadi pada pengelasan
dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan lebar.
Pertimbangan Dalam Memilih Kombinasi Kawat/Flux
Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan baik pada kawat elektroda ataupun flux, tetapi kontrol
kimia yang lebih baik akan diperoleh apabila suatu paduan tertentu ditambahkan pada kawat dan
menggunakan flux netral. Kelarutan logam induk pada SAW lebih besar dibandingkan dengan
proses pengelasan yang lain, karena penetrasinya lebih dalam. Kelarutan logam induk ini
mempunyai pengaruh signifikan pada sifat kimia logam las dan harus dipertimbangkan ketika
memilih kombinasi kawat/flux, terutama pada logam-logam tipis. PWHT akan mengurangi
kekerasan logam las tetapi juga menurunkan tensile strength. PWHT penting sekali dilakukan
apabila temperatur pengelasan lebih tinggi dan holding time lebih lama. Pengaruh PWHT
terhadap tensile strength harus dipertimbangkan dalam memilih kombinasi kawat/flux. Sehingga
perhatian yang seksama harus dilakukan di dalam memilih kombinasi kawat/flux yang akan
menghasilkan komposisi logam las dengan sifat kimia dan kekuatan yang sempurna.
Aplikasi pada Pekerjaan
Pada umumnya beberapa perusahaan tidak memakai proses las SAW otomatis ini apabila tidak
banyak permintaan yang bisa dijadikan alasan untuk menggunakan proses las ini. Walaupun
peralatan tersedia untuk pengelasan semi otomatis, proses las SAW kurang memuaskan dari
pada GMAW karena GMAW lebih serba guna.
Proses las SAW digunakan secara luas oleh suplier untuk mengelas struktur-struktur besar
seperti tangki, pressure vessel, kapal, anjungan lepas pantai termasuk alat pengeboran dibawah
laut. Proses las ini digunakan juga untuk membuat lapisan selubung baik dengan elektroda
lembaran ataupun berupa kawat.
1.1.6. Electroslag Welding dan Electrogas Welding
ESW adalah suatu proses las otomatis dengan laju deposit tinggi yang digunakan untuk
mengelas logam dengan tebal 2 inci atau lebih secara vertikal. Pemakaiannya yaitu pada
pengelasan pressure vessel, kapal, dan struktur. Ada dua jenis proses las ESW:
- Metode panduan tidak terumpan (konvensional).
- Metode panduan terumpan.
Kedua metode ini menggunakan alat-alat dan bentuk filler metal yang berbeda. Pada kedua jenis
proses pengelasan ESW ini, plat berbentuk persegi mula-mula diletakkan secara vertikal dengan
jarak kira-kira satu inch, kemudian dilas naik secara vertikal. Permulaan tab dimulai dari bagian
bawah sambungan dan runoff tab pada bagian atas.
Pada ESW konvensional, sepatu tembaga berpendingin air yang bisa dipindah-pindah
diletakkan pada sisi bagian depan dan belakang sambungan, untuk menahan logam cair tetap
berada pada tempatnya sampai membeku. Proses ini dimulai dengan menyalakan busur diantara
kawat elektroda dengan bottom starting tab pada cekungan yang terbentuk antara pinggiran alat
yang mempunyai celah dengan sepatu tembaga. Butiran flux diletakkan pada cekungan. Busur
listrik dinyalakan pada permulaan proses, dan berlangsung terus sehingga terbentuk slag
konduktif. Segera setelah slag menjadi konduktif, busur padam dan slag tetap cair karena
resistansi panas yang berasal dari arus yang lewat diantara elektroda dengan benda kerja. Selama
proses pengelasan berlangsung, flux ditambahkan secara teratur untuk menjaga ketepatan slag
yang menutupi genangan logam cair. Resistansi panas slag melelehkan filler wire dan pinggiran
plat membentuk genangan logam cair, yang ditahan oleh sepatu tembaga. Selama pembekuan,
sepatu secara otomatis bergerak naik kepermukaan plat. Satu atau lebih kawat dapat digunakan,
tergantung pada tebal plat. Gambar 100-13 menjelaskan sebuah sistim elektro slag plat tebal
yang menggunakan tiga batang kawat las dan cocok untuk mengelas pressure vessel.
Gambar 100-13. Electroslag Welding Konvensional dengan Tiga Batang Elektroda
ESW panduan terumpan menggunakan suatu tube panduan terumpan untuk menempatkan
kawat elektroda berada pada sambungan, dan sepatu tembaga berpendingin air permanen. Tube
pemandu tidak bergerak tetapi terbakar habis selama pengelasan. Hal ini membuat kawah las
muncul di dalam kampuh. Tube panduan terumpan menambahkan filler metal pada logam
las dan juga menyediakan flux pada slag konduktif dari bagian luar coating (seperti elektroda
terbungkus dengan lobang besar). Lebih dari satu tube panduan terumpan dapat dipakai untuk
pengelasan logam-logam tebal.
Electrogas Welding
EGW dilakukan dengan posisi vertikal dengan cara yang sama dengan ESW, tetapi berbeda
dalam mempertahankan busur diantara elektroda berinti flux dan kawah las. Kawah las ditutupi
oleh cairan slag tipis dan diselimuti oleh gas CO
2atau argon-CO
2. EGW terbatas pemakaiannya
pada benda-benda tipis, biasanya kurang dari 2 inch. Proses ini bisa dikerjakan dengan satu
sepatu dapat dilepas, yang membentuk permukaan logam las pada bagian sisi sebelah depan.
Bagian belakang logam las dibentuk oleh batangan penyangga dari tembaga permanen atau oleh
root pass yang dikerjakan dengan proses manual atau semi-otomatis. Sambungan las pada EGW
bisa berbentuk persegi dengan suatu celah atau pengelasan dengan bevel standar V dikerjakan
dengan proses las yang lain.
Keuntungan
Keuntungan utama dari proses las ESW dan EGW adalah kemampuannya untuk melakukan
pengelasan vertikal dari berbagai ketebalan dengan waktu lebih cepat dibandingkan dengan
proses-proses las yang lain. ESW terutama sekali dipakai untuk mengelas logam-logam tebal
dibengkel-bengkel, sementara EGW bisa dikerjakan baik di bengkel atau di lapangan. Persiapan
sambungan pada kedua proses ini sederhana dan lebih sedikit terjadinya distorsi pengelasan
dibandingkan dengan metode lain.
Kelemahan
Baik proses las ESW ataupun EGW hanya terbatas pada penyambungan carbon steel dan low
alloy steel dengan posisi vertikal. Waktu pemasangan pada proses ini sangat lama, tetapi dapat
diimbangi oleh laju pengisian yang lebih cepat. Pentingnya waktu pemasangan berkurang
dengan bertambah tebalnya logam las. ESW sensitif terhadap kontrol bentuk bead. Retak garis
tengah bisa terjadi apabila faktor bentuk (kedalaman kawah las dibagi dengan lebar kawah las)
rendah. Suatu contoh faktor bentuk rendah yaitu peka terhadap retak (adalah satu), karena kawah
las mempunyai ukuran sama dengan lebar. ESW dan EGW mempunyai panas masukan sangat
tinggi. ESW memiliki panas masukan paling tinggi, menghasilkan pengelasan dengan butiran
kasar berjumlah banyak dan daerah HAZ dengan notch toughness rendah. Pengelasan ESW
membutuhkan perlakuan panas untuk menghaluskan kembali butiran setelah pengelasan selesai
(misalnya normalizing) untuk memulihkan notch toughness. Perlunya normalizing setelah
pengelasan biasanya untuk menghindarkan pemakaian ESW untuk pengelasan dilapangan.
Panas masukan EGW tidak sebesar ESW, tetapi ada sedikit penurunan sifat logam di daerah
HAZ. Hal ini membatasi aplikasi EGW terhadap bahan-bahan yang mempunyai notch toughness
lebih buruk. Keterbatasan ini membuat beberapa kontraktor membatasi pemakaian EGW pada
tangki penyimpanan dilapangan yang memiliki suhu pemakaian minimum 30
oF atau lebih.
Aplikasi pada Pekerjaan
Aplikasi pengelasan ESW paling umum yaitu pada sambungan-sambungan longitudinal
pada shell ring untuk pressure vessel carbon steel dan low alloy steel berdinding tebal. EGW
digunakan untuk sambungan vertikal pada tanki penyimpan minyak.
1.1.7. Stud Welding
SW adalah proses pengelasan yang relatif mudah dikerjakan. Proses las jenis ini digunakan
untuk memasang insulation pins dan refractory anchors. Proses las SW menggunakan welding
gunkhusus dan pengatur waktu otomatis. Panas pengelasan terbentuk karena tarikan busur
antarawelding stud dengan base metal. Segera setelah ujung stud dan permukaan base metal di
bawah stud meleleh, stud dipaksa melawan base metal karena tekanan, dan terjadi pembekuan.
Dengan demikian dihasilkan penyatuan las berkekuatan penuh dengan hasil pengelasan dan
daerah HAZ yang sempit.
Stud welding bisa dilakukan dengan menggunakan mesin las drawn-arc atau capasitor
discharge. Drawn arc stud welding mempergunakan mesin las DC konvensional dengan
polaritas lurus, pengatur waktu otomatis, dan gun genggam. Capasitor discharge stud
welding menggunakan energi listrik lucutan cepat yang tersimpan di dalam kapasitor sebagai
sumber panas. Stud bisa dipasangkan dengan SMAW apabila mesin las stud otomatis tidak ada.
Persiapan permukaan sebelum pengelasan penting sekali untuk memperoleh mutu stud welding
yang konsisten. Kerak dan karat harus dibuang sebelum pengelasan. Hal ini diikuti dengan
penggerindaan atau abrasive blasting.
Pengelasan stud dengan cara drawn-arc atau capasitor discharge digunakan secara luas untuk
mengikat insulasi dan refractory anchor pada pipa, pressure vessel dan tangki, dan untuk
pemasangan konduktor panas pada furnace tube. Kualitas stud welding harus diperiksa pada
setiap awal perubahan, untuk menentukan apakah prosedur (gun pengatur waktu) dan persiapan
permukaan sudah memuaskan. Inspeksi visual terhadap stud weld (untuk memeriksa 360 derajat
cahaya disekitar base) dan kelengkungan stud dengan sudut kira-kira 15 derajat dari sumbu
merupakan suatu cara yang dapat diterima untuk memastikan apakah stud sudah terpasang
dengan baik. Stud yang tidak memperlihatkan cahaya 360 derajat atau terputus selama
pembengkokan dapat diperbaiki dengan menggunakan proses SMAW.
1.1.8. Oxyfuel Gas Welding, Braze Welding dan Brazing
Oxyfuel Gas Welding
Proses las OFW mempergubakan panas yang berasal dari nyala gas untuk melelehkan base
metal dan menghasilkan penyatuan, biasanya diikuti dengan menambahkan filler metal dalam
bentuk kawat dengan komposisi yang sesuai. Obor oxyacetelyne adalah metode yang paling
biasa dipakai, dengan temperatur nyala api sekitar 5600
oF. Propane, gas alam, dan alternatif lain
dari bahan bakar gas acetelyne tidak dipakai pada pengelasan gas karena laju pemanasannya
terlalu rendah. Akan tetapi gas-gas ini digunakan untuk memotong, preheating dan brazing,
apabila kebutuhan terhadap karakteristik nyala api tidak terlalu penting. Gas welding pada
umumnya sudah digantikan oleh SMAW dan proses-proses pengelasan yang terbaru. Meskipun
demikian, OFW masih dipakai untuk fillet weld dan butt weld pada pipa-pipa tipis diameter 2
inch ke bawah dimana GTAW adalah alternatif lain. Gas welding juga digunakan pada
pengecoran logam untuk memperbaiki casting iron. Gambar 100-14 memperlihatkan detail
peralatan OFW. Gambar 100-15 memperlihatkan nyala api oxyacetylene yang digunakan dalam
OFW.
Gambar 100-14. Peralatan Oxyfuel Gas Welding
Gambar 100-15. Karakteristik Nyala Api Oxyacetylene
Keuntungan.
OFW digunakan terutama sekali karena fleksibel, mudah diangkut dan tidak ada persyaratan
terhadap sumber tenaga listrik. Peralatan sederhana dan biayanya murah serta bisa digunakan
untuk pekerjaan yang berkaitan dengan pemotongan, pembengkokan, preheating dan
brazing.Efektifitasnya tergantung pada keterampilan juru las dalam mengendalikan komposisi
nyala api, panas masukan dan sudut dari obor (yang mempengaruhi ukuran kawah las). Gas
welding dengan nyala carburizing menghasilkan kekerasan paling tinggi pada deposit pelapisan.
OFW bersifat lambat dan menghasilkan panas setempat yang menimbulkan masalah perubahan
bentuk. Butiran kasar, struktur yang getas biasa dijumpai pada pengelasan carbon steel karena
faktor
panas
masukan
yang
tinggi
serta
kecepatan
las
yang
rendah.
Baik carburizing ataupundecarburizing dapat terjadi pada logam las dan daerah-daerah yang
berdekatan dengan base metalapabila nyala api diatur secara tidak benar. Kondisi ini bisa sangat
merusak daya tahan terhadap karat pada baja-baja chromium dan paduan-paduan yang lebih
tinggi.
Braze Welding dan Brazing
Proses penyambungan dengan metode ini mempergunakan obor gas seperti halnya pada OFW,
tetapi hanya untuk melelehkan filler metal saja, logam dasarnya tidak. Brazing dan braze
welding mempergunakan filler metal yang akan meleleh pada suhu di atas 840
oF (450
oC).
Soldering menggunakan filler metal yang meleleh pada suhu di bawah 840
oF (450
oC). Silver
brazing, dahulu disebut silver soldering, menggunakan paduan perak-tembaga untuk tujuan
aplikasi umum.
Pada braze welding, panas diberikan pada sambungan las untuk menaikan suhunya sehingga di
atas titik lebur filler rod, tetapi tidak melebihi titik lebur logam dasar. Filler metal kemudian
dialirkan kepermukaan yang panas, dimana terdapat flux yang sesuai, sehingga membentuk
suatu ikatan. Proses ini digunakan untuk memperbaiki casting iron dengan brass filler metal.
Brazing tidak dipakai pada wadah yang digunakan untuk menyimpan cairan yang mudah
terbakar karena bisa meleleh dalam api.
Brazing menggunakan prinsip kerja kapilaritas untuk menimbulkan pelelehan paduan brazing
yang mengalir diantara sambungan-sambungan yang berdekatan. Sambungan tumpul, tumpang
atau soket dengan celah antara bagian sekitar dua hingga enam mils, menghasilkan kekuatan
paling tinggi. Sambungan yang lebih lemah akan terbentuk apabila toleransi kelurusan tidak
dikontrol untuk menghindarkan celah yang berlebihan. Meskipun demikian, celah yang terlalu
sempit atau sama sekali tidak ada jarak akan menghalangi brazing alloy mengalir menuju
sambungan dan juga dapat menghasilkan sambungan yang lemah atau bocor.
1.1.9. Cadwelding
Cad welding adalah merek dagang dari proses las thermit yang digunakan untuk memasang
sambungan-sambungan listrik tembaga dan ground lead pada pipe lines dan struktur. Satu
aplikasi penting pada pipeline adalah pemasangan kawat-kawat sacrificial anode dan test
lead untukcathodic protection.
Penyambungan Cadweld diperlihatkan pada Gambar 100-16. Prinsip kerjanya terdiri dari
pelelehan serbuk paduan tembaga secara exothermal di dalam sebuah cetakan grafit yang dapat
dipakai lagi.Powder charge (mesiu) ditahan oleh sebuah piringan penahan dari logam tipis.
Ketika paduan tembaga meleleh melalui piringan logam, ia akan mengalir melalui tap
hole kerongga pengelasan dan membeku pada permukan material yang akan disambung.
Jenis-jenis cetakan berbeda-beda pada setiap aplikasi. Cetakan digunakan untuk mengikat timah kawat
diameter kecil (typically #4 atau kurang) pada pipelines seperti yang diilustrasikan pada gambar.
Gambar 100-16 Cadweld untuk Penyambungan Timah Kabel dengan Pipa
Serbuk Cadweld (F-33) yang dipergunakan untuk memasang cathodic protection lead dan test
wirepada pipeline adalah campuran tembaga oxida dan aluminum dengan sedikit vanadium.
Serbuk ini dilengkapi dengan 15 gram (CA15) dan cartdridges yang lebih besar. Meskipun
demikian, powder charge dibatasi hanya 15 gram menurut ANSI/ASME B31.4 dan B31.8 piping
systems. Sejumlah starting powder dipadatkan pada setiap cartridge sehingga starting powder
terbentang di atas campuran tersebut ketika isinya dialirkan ke dalam cetakan. Mesiu mulai
dinyalakan dengan menggunakan pemantik flint spark kemudian mesiu bereaksi sehingga
menghasilkan paduan tembaga cair yang mengandung aluminum dan vanadium. Paduan ini
meleleh melalui piringan logam dan membeku pada timah listrik dan base metal, kemudian
mengikatnya satu sama lain. Slag tipis aluminum-oksida terbentuk yang menyisakan gumpalan
dan kerak pada cetakan. Slag mudah dihilangkan dengan chipping hammer dan harus dibuang
dari cetakan sebelum digunakan lagi.
Penelitian telah memperlihatkan bahwa pengaruh metalurgi Cadwelding terhadap pipeline tidak
merusak pipa-pipa API 5L grade (X-65 dan di bawahnya) dengan ketebalan 0,2 inci dan lebih.
Aplikasi Cadweld pada ketebalan kurang dari 0,2 inci harus dievaluasi tersendiri. Evaluasi harus
meliputi fluida, suhu, tekanan dan flow rate pipeline tersebut. Perhatian utama adalah
berkurangnya kekuatan dinding selama pengelasan, bertambah dalamnya daerah HAZ, dan
meningkatnya penetrasi tembaga.
Proses Pengelasan Lain
Beberapa proses penyambungan lain tidak dibicarakan disini karena jarang dipakai.
Proses-proses ini adalah:
- Plasma arc welding.
- Electron beam welding.
- Laser welding.
- Resistance welding.
. Flash welding.
. Projection welding.
. Resistance seam welding.
. Resistance spot welding.
- Friction and inertia welding.
- Explosion welding.
1.2.0. DISAIN SAMBUNGAN LAS
1.2.1. Pertimbangan dalam Membuat Disain Sambungan
Disain sambungan yang tepat sangat penting sekali, karena akan mempengaruhi cara
mempersiapkan sambungan, urutan pengelasan, efisiensi sambungan, dan produktivitas. Setiap
pekerjaan harus dievaluasi berkaitan dengan proses pengelasan, posisi, kemudahan menjangkau
dan inspeksi, kontrol terhadap distorsi dan syarat-syarat disain untuk menentukan detail
sambungan yang tepat. Hasil paling baik hanya akan diperoleh apabila sambungan telah
dipersiapkan secara sempurna dan kelurusannya sudah tepat.
Pada umumnya benda-benda yang dilas adalah wadah tempat penyimpanan cairan berbahaya
(misalnya pressure vessel, tangki dan pipa) atau pengelasan sambungan-sambungan kritis pada
struktur anjungan lepas pantai. Pada aplikasi ini, penting diketahui bahwa logam las memiliki
kekuatan dan ketangguhan yang handal, dan juga bebas dari discontinuity dan crevices dimana
zat-zat korosif bisa berkumpul.
Diperlukan butt weld penetrasi penuh dengan komposisi kimia dan sifat-sifat mekanis yang
persis sama dengan base metal, karena akan menghasilkan kinerja pemakaian yang paling baik
dan tahan terhadap kelelahan, karat dan patah getas. Pengelasan dengan penetrasi sebagian
dan fillet weldhanya digunakan apabila beban pemakaian dan stress tidak terlalu berat.
Misalnya, fillet weld hanya dilakukan dengan sambungan tumpang (lap joint) pada plat bagian
bawah dan atas sebuah tangki, karena lebih ekonomis dari pada butt weld. Sebaliknya
sambungan-sambungan pada dinding tangki yang memiliki tegangan lebih tinggi, dilas dengan
cara butt weld penetrasi penuh.
Simbol-simbol standar untuk pengelasan, brazing dan inspeksi NDT dijelaskan pada
ANSI/AWS A2.4-86. Tabel simbol las AWS diberikan pada gambar 100-37 dan Appendix E.
1.2.2. Detail Sambungan
Sambungan Tumpul Persegi
Pada proses las SMAW, sambungan tumpul persegi seperti tampak pada Gambar 100-17
digunakan untuk menyambung pipa secara single weld dengan ketebalan hingga 1/8 inci, dan
menyambung plat dengan cara double weld dengan ketebalan hingga 5/16 inch. Sambungan
tumpul persegi adalah sambungan yang paling mudah dibikin karena tidak memerlukan
pembevelan. Sambungan ini bisa dibuat dengan menggunakan alat oxyfuel gas cutting, mesin
gerinda, atau gunting.
Gambar 100-17. Sambungan Tumpul Persegi
Sambungan single V
Pada proses las SMAW, disain sambungan berbentuk single V (Gambar 100-18) digunakan
untuk penyambungan pipa secara single weld dan penyambungan plat secara double weld untuk
ketebalan hingga 3/4 inch. Bentuk sambungan seperti ini bisa dibuat dengan menggunakan
lampu potong atau mesin gerinda.
Gambar 100-18. Sambungan Single V
Sambungan Double V
Sambungan double V (Gambar 100-19) lebih ekonomis untuk pengelasan plat tebal 3/4 hingga
2-1/2 inci dengan proses las SMAW, karena volume logam las yang akan diisikan lebih sedikit
dibandingkan dengan memakai sambungan single V.
Gambar 100-19. Sambungan Double V
Pada sambungan jenis ini perlu dilakukan back gouging pada root pass setelah pengelasan dari
sisi pertama selesai untuk mendapatkan penetrasi sempurna. Kontrol terhadap perubahan bentuk
bisa menjadi lebih baik, karena pengelasan dari sisi kedua akan mengimbangi pengelasan dari
sisi pertama. Pada sambungan double V dengan ketebalan tidak sama, pengelasan yang pertama
kali dilakukan adalah sisi yang paling dalam (misalnya 0,67T) karena backgouging cenderung
akan mengimbangi dalamnya pengelasan. Pada sambungan yang memiliki ketebalan sama,
kedua belah sisi bisa dilas pertama kali. Sambungan jenis ini bisa dibikin dengan menggunakan
lampu potong atau mesin gerinda.
Modifikasi Sambungan pada Pengelasan Pipa.
Apabila melakukan pengelasan pada pipa dengan tebal lebih dari ¾ inci dengan cara SMAW, bisa digunakan sambungan V yang dimodifikasi atau single U (lihat Gambar 100-20) sebagai menggantikan sambungan pipa single V standar. Karena persiapan untuk membuat sambungan yang dimodifikasi ini harus dilakukan dengan mesin, sambungan jenis ini bisa menjadi lebih mahal dari pada sambungan single V biasa. Meskipun demikian, volume logam las yang dibutuhkan menjadi lebih kecil dan pemakaiannya bisa menghemat waktu pengelasan.
Fillet Weld
Fillet weld (lihat Gambar 100-21) membutuhkan persiapan sambungan paling sedikit. Pelurusan terhadap lap joint atau T-joint harus teliti (umumnya dalam 1/16 inci) jika tidak maka efektifitas throat fillet weld tidak terbentuk. Celah yang lebih lebar membutuhkan ukuran fillet atau bentuk las-lasan yang lebih besar dari arah satu sisi untuk mengimbangi celah lebar tersebut.
Gambar 100-21. Fillet weld
Sambungan Las pada Fitting
Pengelasan pada fitting dapat dilakukan baik secara set-on (paste on) atau set-in (lihat Gambar 100-22). Set-on pada umumnya dipakai pada fitting yang memiliki diameter kecil (2 inci atau kurang) yang dilas dari arah satu sisi. Fitting ini bisa berupa coupling, weldolet, atau small forging yang dilobangi setelah pengelasan selesai.
Set-in digunakan pada fitting yang memiliki diameter lebih besar, dan pada umumnya untuk pengelasan penetrasi penuh yang membutuhkan pengelasan dari arah dua sisi. Penguat (reinforcement) pada bagian-bagian yang hilang sering kali diperlukan dan boleh jadi perlu pad plate atau penguat yang berasal dari fitting itu sendiri.
Gambar 100-22. Detail Pengelasan pada Fitting
1.2.3. Backing Ring dan Consumable Insert
Backing Ring PermanenBacking ring permanen digunakan untuk menahan cairan logam las (lihat Gambar 100-23). Ring ini pada umumnya tidak boleh dipergunakan pada pipa-pipa proses karena merupakan tempat berkumpulnya endapan-endapan korosif, foster crevice corrosion, dan menghalangi alat-alat pembersih internal. Ring ini juga dapat menimbulkan retak akar apabila kondisi pemakaian bergetar (cyclic) dan terdapat kondisi tegangan balik pada akar. Pada pekerjaan dimana faktor-faktor ini tidak merupakan problem, backing ring bisa memperbaiki kualitas root pass dengan juru las yang tidak begitu terampil.
Gambar 100-23. Backing Ring
Consummable Insert
Consummable insert, tidak sama halnya dengan backing ring, karena consumable insert ini ikut terbakar atau bersatu ke dalam root pass sambungan selama pengelasan. Ring jenis ini dipakai untuk membuat root pass pipa memiliki kualitas radiografi, yaitu butuh bentuk bead yang lebih baik serta lebih sedikit pekerjaan perbaikan dan penolakan. Consumable insert memiliki bermacam-macam bentuk disain. Hal ini sering disebut sesuai dengan nama disainnya mula-mula atau sesuai dengan bentuknya, seperti:
1. Grinnel inserts (berbentuk persegi datar).
2. “Y” ring inserts.
3. EB (electric boat) inserts (berbentuk ring).
4. Kellogg inserts (flattened round wire).
Sambungan las yang menggunakan consumable insert butuh kontrol toleransi yang lebih ketat selama mesinasi dan pelurusan, agar insert terhindar dari incomplete fusion. Salah satu toleransi untuk fit-up dan persiapan sambungannya adalah ± 0,010 inci. Consumbale insert pada umumnya dapat diterima karena ia terbakar habis selama pengelasan dan biasanya mempunyai komposisi kimia sama dengan filler metal. Juru las perlu pengalaman atau pelatihan pada pengelasan dengan consumable insert supaya diperoleh pelelehan dan penyatuan insert yang sempurna. Detail ukuran dan syarat-syarat terhadap consumable insert dapat dilihat pada AWS A5.30.
1.2.4. Perubahan Ketebalan
Adakalanya tebal dari bagian yang akan disambung berbeda-beda. Contoh umumnya adalah penyambungan pipa yang mempunyai schedule berbeda, seperti elbow schedule 80 dengan pipa schedule 40, dimana elbow yang lebih tebal harus dipotong miring (taper) supaya sesuai dengan pipa yang lebih tipis agar diperoleh mutu root yang dapat diterima. Taper bervariasi terhadap code yang berbeda. Gambar 100-24 mengilustrasikan dua cara untuk menyambung pipa yang lebih tebal dengan pipa yang lebih tipis.
Gambar 100-24. Persiapan Sambungan Pipa dengan Tebal Berbeda
Seamless pipe dapat memiliki perbedaan ketebalan yang signifikan apabila diameter dalam dan diameter luar tidak kosentrik. Pelurusan yang buruk akan ditemui apabila bagian yang lebih tebal dari dinding salah satu pipa disambung dengan bagian yang lebih tipis dari pipa lain. Dapat dilakukan counterboring untuk menyesuaikanbore sepanjang tebal minimum atau tingkat tegangan tidak dilanggar.
Code pada umumnya tidak memperbolehkan perubahan ketebalan secara tiba-tiba pada sambungan butt weld, karena akan memperbesar kosentrasi tegangan. Disamping itu sambungan-sambungan single V pada pipa atau plat secara esensial harus sama rata dengan bagian belakang untuk menghindarkan cacat-cacat las pada akar seperti incomplete penetration.
Pada pressure vessel yang mempunyai tebal dinding tidak sama, harus dilakukan taper apabila beda ketebalan lebih dari seperempat dari bagian yang lebih tipis, atau apabila beda ketebalan lebih dari 1/8 inci, yang mana yang lebih kecil, lihat Gambar 100-25. Transisi bisa dibuat dengan berbagai proses yang akan menghasilkan taper seragam, seperti weld buildup, pengerindaan, atau pembevelan dengan lampu potong. Panjang taper yang dibutuhkan meliputi lebar las-lasan.
1.2.5. Persyaratan Code
Code seperti di bawah berikut dijadikan acuan oleh perusahaan-perusahaan konstruksi.
1. ASME Code for Boilers and Pressure vessels.
2. ANSI/ASME B31.3 Code for Piping.
3. ANSI/ASME B31.4 Code, B31.8 Code dan API Std. 1104 for pipelines.
4. API Std. 12D, 620, 650 for storage tanks.
5. AWS D1.1 for structures.
Pressure Vessel.
Pengelasan pressure vessel dijelaskan dalam ASME Code Section VIII, Division 1. Disain sambungan harus memberikan akses, dimensi dan bentuk yang memenuhi fusi dan penetrasi yang dibutuhkan.
Lihat Gambar 100-25 mengenai persiapan sambungan terhadap logam yang memiliki tebal tidak sama. Vessel yang terbuat dari dua buah plat atau lebih harus dilas secara longitudinal pada bagian yang berdekatan, yang kemudian diatur secara bergantian oleh sebuah jarak sebesar paling tidak 5 kali ketebalan plat.
Nozzle atau reinforcement pada pressure vessel harus dipasang dengan pengelasan yang cukup untuk menghasilkan kekuatan penuh dari bagian-bagian penguat. Leher nozzle harus dipasang pada dinding vessel dengan las kampuh penetrasi penuh. Leher nozzle yang dimasukkan kedalam sebuah lobang pada dinding vessel bisa dipasang dengan las kampuh penetrasi penuh atau penetrasi sebagian; meskipun demikian pengelasan penetrasi penuh lebih diutamakan.
Piping.
Chemical plant dan petroleum refinery piping dibicarakan dalam ANSI/ASME B31.3.
Apabila ketidak lurusan internal pipa lebih dari 1/16 inci, bagian dinding yang lebih tebal harus di counterboredatau taper bored sehingga permukaan internal hampir rata. Ukuran perbandingan bevel yang direkomendasikan adalah 4:1, tetapi sudut bevel tidak boleh lebih dari 30 derajat. Hal ini akan mengurangi kosentrasi tegangan, mempermudah pengelasan root pass, dan meningkatkan inspeksi sambungan bila menggunakan radiografi. Counterboring atau tapering tidak boleh melanggar ketebalan minimum.
Kepingan transisi bisa digunakan diantara pipa yang memiliki ketebalan berbeda, terutama apabila yield strengthnya juga berbeda.
