2016
T
UGAS
1
T
UGAS
P
ENYAMBUNGAN
M
ATERIAL
-01
Penyambungan Material 02
Tugas 1
2016
1. Berilah penjelasan mengenai definisi pengelasan yang saudara ketahui. Point terpenting apa saja yang ditekankan dari definisi tersebut. Serta jelaskan perbedaan antara
pengelasan dengan brazing / soldering. Jawab :
Pengelasan merupakan penyambungan dari logam atau non-logam yang dilakukan dengan memanaskan material hingga temperatur las dengan atau tanpa menggunakan tekanan (preassure), atau hanya tekanan dan dengan atau tanpa menggunakan logam pengisi. (American Welding Society 1989 Welding Handbook Vol. I 8th ed.)
Poin-poin penting:
Pengelasan adalah penyambungan logam
Dua atau lebih material yang akan disambung dipanaskan terlebih dahulu sampai temperatur las
Dapat dilakukan dengan atau tanpa tekanan dan logam pengisi Perbedaan Brazing dan Welding :
Welding Brazing - Logam yang akan digunakan
untuk pengelasan harus sama dengan logam yang akan dilas
- Titih leleh logam induk dan logam pengisi hampir sama
- Kekuatan antara base metal dan logam pengisi hampir sama
- Ikatan sambungan tidak
membutuhkan aksi kapiler yang harus mengalir dan masuk ke celah
- Komposisi paduan brazing sangat berbeda dengan logam induk (base metal)
- Titik leleh logam induk lebih tinggi dari pada logam pengisi,
menyebabkan base metal tidak meleleh
- Kekuatan logam pengisi sedikit lebih rendah dari logam induk
- Ikatan sambungan membutuhkan aksi kapiler yg harus mengalir dan masuk ke celah
2. Dilihat secara sisi teknis (engineering) dan ekonomis, bagaimana saudara menentukan suatu pilihan proses pada suatu komponen mesin dengan menggunakan pilihan proses pengelasan dan proses permesinan (machining). Serta bandingkan kelebihan dan kekurangan masing-masing proses
Jawab :
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan proses, yaitu :
1. Faktor material seperti desain, sifat mekanis material yang diinginkan, serta jenis material yang digunakan
2. Faktor ekonomi, melihat perbandingan cost dari kedua proses.
Jika dilihat dari faktor material, bila yang diinginkan adalah kekuatan tarik yang seragam (terdistribusi ke satu arah yang sama), proses pengelasan yang dipilih. Sedangkan bila diinginkan suatu bentuk tertentu dari material sebaiknya memilih proses permesinan.
Pada Proses Pengelasan :
Kelebihan Kekurangan
Bentuk geometri yang sederhana dari bagian yang disambung memungkinkan penurunan biaya dan berat material, jam orang pelaksanaan, meningkatkan nilai ekonomis dan produktivitas.
Kualitas logam las berbeda dengan logam induk, dan kualitas dari logam induk pada daerah yang tidak terpengaruh panas ke bagian logam las berubah secara kontinyu.
Geometri sambungan lebih sederhana dengan tingkat kekedapan terhadap udara, air dan minyak lebih sempurna.
Terjadinya distorsi dan perubahan bentuk (deformasi) disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan cepat.
Efisiensi sambungan yang baik (kekuatan dari sambungan las dan logam induk) dapat digunakan pada temperatur tinggi dan tidak ada batas ketebalan logam induk.
Tegangan sisa termal dari pengelasan dapat menyebabkan retak pada bagian las.
Fasilitas produksi lebih murah, berat yang lebih ringan dan batas mulur (yield) yang lebih baik.
Kerusakan bagian dalam sambungan las sulit dideteksi, jadi kualitas sambungan las tergantung pada keterampilan tukang las
Pada proses Permesinan :
Kelebihan Kekurangan
Keragaman material kerja yang dapat diproses Bentuk yang tidak baik dapatmenimbulkan crack.
Keragaman geometri potong Kepresisian dari dimensimaterial sulit dikontrol
Keakuratan dimensi Toleransi hingga ± 0.025 mm
Banyaknya keragaman material yang dapat diproses sehingga membutuhkan tenaga kerja yang cukup banyak
Permukaan potong yang baik Kekasaran permukaan hingga 0.4 mm
3. Sebagai seorang metalurgist, bagaimana saudara menjelaskan dengan menggunakan ilmu metalurgi untuk mengontrol kualitas hasil lasan agar bebas dari cacat, dimana diketahui panas dari proses pengelasan mengakibatkan terjadinya perubahan struktur material.
Jawab :
Memperbaiki geometri lasan.
Mengontrol komposisi kimia agar mengurangi kemungkinan retak pembekuan, seperti mengurangi kandungan sulfur dan fosfor.
Melakukan penghalusan butir, mengurangi regangan dari sumber panas.
Melakukan preparasi permukaan agar tidak terdapat kontaminasi, misalkan berupa H2Oyang ion hidrogennya dapat menyebabkan hydrogen embrittlement atau hydrogen
induced cracking.
Melakukan proses perlakuan panas berupa pre-heating setelah proses pengelasan agar hidrogen berdifusi keluar sehingga mencegah adanya hydrogen embrittlement atau
hydrogen induced cracking.
Mengontrol laju pendinginan agar tidak membentuk martensit di HAZ dan tegangan sisa. Panas pada proses pengelasan dapat mengakibatkan perubahan struktur material, dan terjadi pada daerah Heat Affected Zone (HAZ)
Daerah pada HAZ
a. Daerah logam las (daerah fusi) : daerah logam filler yang cair bercampur dengan logam induk yang dipanaskan sampai temperature melting. Bentuk butirnya columnar dan widmanstatten yaitu memanjang karena logam cair mendapat pendinginan yang cepat b. Daerah penghalusan butir (daerah rekristalisasi)
4. Jelaskan keuntungan dan keterbatasan penyambungan dengan metoda mechanical fastening dengan welding. Serta Berilah beberapa contoh metoda penyambungan dengan cara Adhesive Bonding.
Jawab:
Pada Mechanical Fastening:
Memiliki keuntungan berupa kemudahan dalam penggunaannya dan tidak menyebabkan perubahan mikrostruktur. Memiliki kerugian bahwa dapat terjadi crevice corrosion pada celah sehingga harus dibutuhkan kepresisian pada pemasangannya.
Pada Welding:
Memiliki keuntungan berupa aliran tegangan yang seragam sehingga kekuatan tariknya akan baik. Namun memiliki kekurangan berupa material yang dilas akan mengalami perubahan bentuk mikrostuktur karena panas yang diberikan
Adhesive bonding
Digunakan untuk mengikat dua permukaan material yang berbeda biasanya menghasilkan ikatan yang halus. Teknik ini menggunakan glues, expovies, atau semacam plastic agent yang dibentuk akibat penguapan pelarut atau dengan melepaskan ikatan dengan panas, tekanan dan waktu. Contohnya:
Adhesive bonding pada pembuatan komposit jenis sandwich. Perekatan terjadi antara logam aluminium dengan polimer.
Penyambungan pada plastic, karet dan kertas. Adhesive bonding pada perekatan kertas.
Adhesive bonding pada Si-wafer untuk micro electro mechanical system (MEMS) menggunakan BCB (bicyclobuthane).
Adhesive bonding pada penyambungan polimer.
5. Jelaskan beberapa kondisi yang harus dipenuhi untuk proses pengelasan logam. Serta jelaskan kelebihan dan kekurangan bila saudara menggunakan metoda las SMAW untuk mengelas baja karbon rendah
Jawab :
Kondisi yang harus dipenuhi: A. Sumber Energi
- Energi listrik (resistansi, radiasi, induksi, konduksi dan busur listrik) - Kimiawi (nyala api, radiasi, eksplosif) dan reaksi (padatan/solid reaction) - Mekanis (tanpa dipanaskan tetapi ada friksi)
B. Mekanisme pembersihan kontaminasi pada permukaan sambungan C. Perlindungan terhadap kontaminasi Udara
D. Pengontrolan metalurgi las
SMAW sering digunakan untuk mengelas baja karbon karena didapatkan keseragaman yang cukup baik dan kecepatan pengerjaan. Kelebihan SMAW :
Proses dapat digunakan untuk beberapa macam posisi pengelasan.
Mesin umumnya murah.
Digunakan untuk repair di workshop, sambungan pipa saluran dan knstruksi bangunan.
Peralatan pengelasan sederhana dan bisa portable.
Dapat digunakan pada daerah yang anginnya kencang. Kekurangan :
Lasan tidak terproteksi dari atmosfer secara baik.
Kecepatan depositnya rendah karena keterbatasan panjang kawat las dan adanya terak.
Lasan lebih banyak terjadi inklusi/pengotor dibandingkan proses pengelasan lain.
6. Jelaskan perbedaan antara plasma arc welding (PAW) dan TIG. Serta jelaskan kelebihan dan keterbatasan pengelasan Flux core arc welding (FCAW).
Jawab :
TIG PAW
Konsentrasi energy lebih kecil Konsentrasi energy lebih besar Stabilitas busur lebih buruk dari PAW Memiliki stabilitas busur lebih baik Lebih mudah untuk manual Lebih sulit untuk manual
Lebih murah Lebih mahal
Kelebihan FCAW :
Dapat mengelas dengan berbagai posisi Lebih ekonomis dan efisien dibanding MIG
Kualitas logam las yang dihasilkan tinggi dengan penampakan yang halus dan seragam
Kecepatan deposisi lebih cepat dari SMAW dan GMAW. Kekurangan FCAW
Terak (slag ) harus dibersihkan antar pass
Banyak asap dan radiasi sinar UV,
7. Jelaskan faktor apa saja yang harus saudara lakukan bila saudara ingin mengelas material baja yang cukup tebal (lebih dari 1 inchi) dengan posisi mendatar. Serta gambarkan secara skematis proses pengelasan Elektro Slag (ESW) beserta kelebihan dan keterbatasannya.
Jawab :
Faktor yang harus diperhatikan bila ingin mengelas material baja yang cukup tebal (lebih dari 1 inchi) dengan posisi mendatar:
Posisi material baja harus diletakan secara mendatar.
Bentuk sambungan V.
Elektroda yang digunakan
Untuk mencegah grain growth disekitar batas butir, pada sisi sambungan dalam dipinning dengan zirconium.
Karena material cukup tebal, digunakan arus yang tinggi agar efisien.
Shielding gas yang digunakan
Dapat menggunakan Submerged Arc Welding (SAW) karena penetrasi cukup dalam dan menggunakan flux yang dapat menghasilkan kecepatan tinggi sehingga kualitas lasan baik
Besarnya arus
Logam penyambung yang digunakan
Metode yang digunakan Proses Pengelasan ESW :
Kelebihan:
Menghemat biaya untuk material yang cukup tebal
Penetrasi cukup dalam
Deposition rate cukup tinggi
Distorsi minimal
Konsumsi flux kecil
Kekurangan:
Hanya untuk posisi pengelasan vertical
Proses tidak dapat dihentikan sebelum selesai
Membutuhkan sepatu tembaga untuk menutupi celah
Terbatas hanya untuk pengelasan baja karbon, baja paduan, dan beberapa baja paduan tahan karat.
Ukuran butir sangat besar, struktur dan sifat lasan hamper mirip hasil cor (casting)
Tidak dapat mengelas pelat dengan ketebalan lebih kecil dari 19 mm.
8. Jelaskan tentang transfer logam pada pengelasan GMAW (MIG) dan jenis transfer mana yang saudara pilih bila digunakan untuk mengelas pelat tipis.
Jawab :
Transfer logam pada pengelasan GMAW (MIG):
Spray Transfer
Dapat digunakan untuk mengelas hampir semua logam dan paduannya karena karakteristik inert pelindung argon, tetapi arus yang besar yang diperlukan untuk menciptakan spray arc menyebabkan sulitnya mengelas pelat yang tipis.
Globular Transfer
Tercipta dengan menggunakan elektroda positif (DCEP) tanpa memperhatikan jenis gas pelindung yang digunakan, bila arus relatif rendah.
Tercipta dengan menggunakan rentang arus las yang paling rendah (masukan panas yang paling rendah) sehingga menghasilkan zona logam las yang kecil dan pembekuan yang cepat
Oleh karena itu Short Circuiting Transfer cocok untuk mengelas logam yang tipis.
9. Bila saudara diminta untuk mengelas material seperti aluminium dan paduannya dengan pengelasan TIG (GTAW), jelaskan jenis polaritas arus (DCRP, DCSP atau AC baik yang low frekwensi atau high frekuensi) yang harus saudara dipilih dan beri alasan hasil pilihan saudara.
Jawab :
Untuk mengelas aluminum dan paduannya dengan menggunakan proses TIG (GTAW-Gas Tungsten Arc Welding), harus memperhatikan ketebalannya dalam memilih jenis polaritas arus yang akan digunakan.
Secara umum untuk semua jenis ketebalan, digunakan polaritas AC (baik low maupun high
frequency) karena penetrasi yang dihasilkan medium dan kapasitas elektroda baik. Selain itu
polaritas AC dapat mengurangi efek magnetic arc blow.
10. Dalam memilih gas pelindung untuk mengelas baja karbon, mana yang saudara harus pilih gas argon, gas karbondioksida (CO2) atau campurannya. Jelaskan pilihan yang
saudara ambil.
Jawab :
Argon:
Inert gas
Densitas Ar = 1,4 kali densitas udara
Mudah untuk starting arc dan stabil
CO2
Gas Aktif (gas pengoksidasi)
Mode transfernya hanya short arc dan globular
Hanya dipakai untuk las karbon steel dan low alloy steel
Spattering (muncratan) lebih sering bila transfernya globular
Kecepatan las tinggi, penetrasi tinggi dan murah
Untuk mengelas baja karbon gas CO2 bisa dibilang paling efisien karena selain murah, kecepatan las juga tinggi disertai dengan penetrasi yang tinggi. Namun untuk mengurangi spattering dapat digunakan campuran antara argon dan karbondioksida.
