dasar-dasar pengelasan

12. DASAR-DASAR PENGELASAN
Pengelasan adalah proses penyambungan material dengan menggunakan energi panas
sehingga menjadi satu dengan atau tanpa tekanan.
Pengelasan dapat dilakukan dengan :
- pemanasan tanpa tekanan,
- pemanasan dengan tekanan, dan
- tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam material
itu sendiri).
Disamping itu pengelasan dapat dilakukan :
- tanpa logam pengisi, dan
- dengan logam pengisi.
Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam, tetapi juga sering
digunakan untuk menyambung pelastik. Dalam pembahasan ini akan difokuskan pada
penyambungan logam.
Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun
teknologi, karena :
- Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen;
- Sambungan las dapat lebih kuat daripada logam induknya, bila digunakan logam
pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya;
- Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan
material dan biaya fabrikasi. Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan
pekerjaan tambahan (misalnya, penggurdian lubang) dan pengencang sambungan
(misalnya, rivet dan baut);
- Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan.
Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan :
- Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah tenaga
kerja yang mahal;
- Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi yang
besar;
- Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak dapat
dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk produk yang
memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan atau perawatan);
- Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit
dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.
Jenis Proses Pengelasan
Pengelasan dapat dibagi menjadi dua kelompok utama, yaitu :
- pengelasan lebur (fusion welding),
232
-
pengelasan padat (solid-state welding).
Pengelasan lebur
Proses pengelasan lebur menggunakan panas untuk mencairkan logam induk,
beberapa operasi menggunakan logam pengisi dan yang lain tanpa logam pengisi.
Pengelasan lebur dapat dikelompokkan sebagai berikut :
- Pengelasan busur (arc welding, AW); dalam proses pengelasan ini
penyambungan dilakukan dengan memanaskan logam pengisi dan bagian
sambungan dari logam induk sampai mencair dengan memakai sumber panas
busur listrik, seperti ditunjukkan dalam gambar 12.1. Beberapa operasi
pengelasan ini juga menggunakan tekanan selama proses;
Gambar 12.1 Pengelasan lebur
-
-
-
Pengelasan resistansi listrik (resistance welding, RW); dalam proses
pengelasan ini permukaan lembaran logam yang disambung ditekan satu sama lain
dan arus yang cukup besar dialirkan melalui sambungan tersebut. Pada saat arus
mengalir dalam logam, panas tertinggi timbul di daerah yang memiliki resistansi
listrik terbesar, yaitu pada permukaan kontak kedua logam (fayng surfaces);
Pengelasan gas (oxyfuel gas welding, OFW); dalam pengelasan ini sumber
panas diperoleh dari hasil pembakaran gas dengan oksigen sehingga menimbulkan
nyala api dengan suhu yang dapat mencairkan logam induk dan logam pengisi. Gas
yang lazim digunakan adalah gas alam, asetilen, dan hidrogen. Dari ketiga gas ini
yang paling sering dipakai adalah gas asetilen, sehingga las gas diartikan sebagai
las oksi-asetilen.
Proses pengelasan lebur yang lain; terdapat beberapa jenis pengelasan lebur
yang lain, untuk menghasilkan peleburan logam yang disambung, seperti misalnya
: - pengelasan berkas elektron (electron beam welding), dan
- pengelasan berkas laser (laser beam welding).
Pengelasan padat
Dalam pengelasan padat proses penyambungan logam dihasilkan dengan :
233
- tekanan tanpa memberikan panas dari luar, atau
- tekanan dan memberikan panas dari luar.
Bila digunakan panas, maka temperatur dalam proses di bawah titik lebur logam
yang dilas, sehingga logam tersebut tidak mengalami peleburan dan tetap dalam
keadaan padat. Dalam pengelasan ini tidak digunakan logam pengisi. Pengelasan
padat dapat dikelompokkan sebagai berikut :
- Pengelasan difusi (diffusion welding, DFW); dua pemukaan logam yang akan
disambung disatukan, kemudian dipanaskan dengan temperatur mendekati titik
lebur logam sehingga permukaan yang akan disambung menjadi plastis dan
dengan memberi tekanan tertentu maka terbentuk sambungan logam;
- Pengelasan gesek (friction welding, FW); penyambungan terjadi akibat panas
yang ditimbulkan oleh gesekan antara dua bagian logam yang disambung. Ke dua
bagian logam yang akan disambung disatukan dibawah pengaruh tekanan aksial,
kemudian salah satu diputar sehingga pada permukaan kontak akan timbul panas
(mendekati titik cair logam), maka setelah putaran dihentikan akan terbentuk
sambungan logam.
- Pengelasan ultrasonik (ultrasonic welding, UW); dilakukan dengan
menggunakan tekanan tertentu antara dua bagian logam yang akan disambung,
kemudian diberi getaran osilasi dengan frekuensi ultrasonik dalam arah yang
sejajar dengan permukaan kontak. Gaya getar tersebut akan melepas lapisan
tipis permukaan kontak sehingga dihasilkan ikatan atomik antara ke dua
permukaan tersebut.
Penggunaan Pengelasan
Proses pengelasan secara komersial banyak digunakan dalam operasi sebagai
berikut :
- konstruksi (misalnya, bangunan dan jembatan),
- pemipaan, tabung bertekanan, boiler, dan tangki penyimpanan,
- bangunan kapal,
- pesawat terbang dan pesawat luar angkasa,
- automotif dan rel kereta.
Catatan : operasi pengelasan memerlukan tenaga kerja yang terlatih dengan
ketrampilan yang tinggi.
Sambungan Las
Sambungan las adalah pertemuan dua tepi atau permukaan benda yang disambung
dengan proses pengelasan.
234
Jenis sambungan
Terdapat lima jenis sambungan yang biasa digunakan untuk menyatukan dua bagian
benda logam, seperti dapat dilihat dalam gambar 12.2.
Gambar 12.2 Lima jenis sambungan yang biasa digunakan dalam proses pengelasan
(a) Sambungan tumpu (butt joint); kedua bagian benda yang akan disambung
diletakkan pada bidang datar yang sama dan disambung pada kedua ujungnya;
(b) Sambungan sudut (corner joint); kedua bagian benda yang akan disambung
membentuk sudut siku-siku dan disambung pada ujung sudut tersebut;
(c) Sambungan tumpang (lap joint); bagian benda yang akan disambung saling
menumpang (overlapping) satu sama lainnya;
(d) Sambungan T (tee joint); satu bagian diletakkan tegak lurus pada bagian yang
lain dan membentuk huruf T yang terbalik;
(e) Sambungan tekuk (edge joint); sisi-sisi yang ditekuk dari ke dua bagian yang
akan disambung sejajar, dan sambungan dibuat pada kedua ujung bagian tekukan
yang sejajar tersebut.
Jenis las-an
Setiap jenis sambungan yang disebutkan di atas dapat dibuat dengan pengelasan.
Proses penyambungan yang lain dapat juga digunakan, tetapi pengelasan merupakan
metode penyambungan yang paling universal. Berdasarkan geometrinya, las-an dapat
dikelompokkan sebagai berikut :
- Las-an jalur (fillet weld); digunakan untuk mengisi tepi pelat pada sambungan
sudut, sambungan tumpang, dan sambungan T dalam gambar 12.3. Logam pengisi
digunakan untuk menyambung sisi melintang bagian yang membentuk segitiga
siku-siku;
Gambar 12.3 Beberapa bentuk las-an jalur
235
-
Las-an alur (groove welds); ujung bagian yang akan disambung dibuat alur
dalam bentuk persegi, serong (bevel), V, U, dan J pada sisi tunggal atau ganda,
seperti dapat dilihat dalam gambar 12.4. Logam pengisi digunakan untuk mengisi
sambungan, yang biasanya dilakukan dengan pengelasan busur dan pengelasan
gas;
Gambar 12.4 Beberapa bentuk las-an alur
-
Las-an sumbat dan las-an slot (plug and slot welds); digunakan untuk
menyambung pelat datar seperti dapat dilihat dalam gambar 12.5, dengan
membuat satu lubang atau lebih atau slot pada bagian pelat yang diletakkan
paling atas, dan kemudian mengisi lubang tersebut dengan logam pengisi
sehingga kedua bagian pelat melumer menjadi satu;
Gambar 12.5 (a) Las-an sumbat dan (b) las-an slot
-
Las-an titik dan las-an kampuh (spot and seam welds); digunakan untuk
sambungan tumpang seperti dapat dilihat dalam gambar 12.6. Las-an titik adalah
manik las yang kecil antara permukaan lembaran atau pelat. Las-an titik
diperoleh dari hasil pengelasan resistansi listrik. Las-an kampuh hampir sama
dengan las-an titik, tetapi las-an kampuh lebih kontinu dibandingkan dengan lasan titik.
236
Gambar 12.6 (a) Las-an titik dan (b) las-an kampuh
-
Las-an lekuk dan las-an rata (flange and surfacing welds); ditunjukkan
dalam gambar 12.7. Las-an lekuk dibuat pada ujung dua atau lebih bagian yang
akan disambung, biasanya merupakan lembaran logam atau pelat tipis, paling
sedikit satu bagian ditekuk (gambar 12.7a). Las-an datar tidak digunakan untuk
menyambung bagian benda, tetapi merupakan lapisan penyakang (ganjal) logam
pada permukaan bagian dasar.
Gambar 12.7 (a) Las-an lekuk dan (b) las-an rata
Ciri-ciri Penyambungan Pengelasan Lebur
Pada umumnya sambungan las diawali dengan meleburnya di daerah sekitar
pengelasan. Seperti ditunjukkan dalam gambar 12.8.a, sambungan las yang di
dalamnya telah ditambahkan logam pengisi terdiri dari beberapa daerah (zone) :
(1) daerah lebur (fusion zone),
(2) daerah antarmuka las (weld interface zone),
(3) daerah pengaruh panas (heat effective zone, HAZ),
(4) daerah logam dasar tanpa pengaruh panas (uneffective base metal zone).
Daerah lebur; terdiri dari campuran antara logam pengisi dengan logam dasar yang
telah melebur secara keseluruhan. Daerah ini memiliki derajat homogenitas yang
paling tinggi diantara daerah-daerah lainnya. Struktur yang dihasilkan pada daerah
ini berbentuk butir kolumnar yang kasar seperti ditunjukkan dalam gambar 12.8.b.
237
Gambar 12.8 Penampang melintang penyambungan pengelasan lebur
Daerah antarmuka las; merupakan daerah sempit berbentuk pita (band) yang
memisahkan antara daerah lebur dengan Haz . Daerah ini terdiri dari logam dasar
yang melebur secara keseluruhan atau sebagian, yang segera menjadi padat kembali
sebelum terjadi proses pencampuran.
Haz; logam pada daerah ini mendapat pengaruh panas dengan suhu di bawah titik
lebur, tetapi cukup tinggi untuk merubah mikrostruktur logam padat. Komposisi
kimia pada haz sama dengan logam dasar, tetapi akibat panas yang dialami telah
merubah mikrostrukturnya, sehingga sifat mekaniknya mengalami perubahan pula
dan pada umumnya merupakan pengaruh yang negatif karena pada daerah ini sering
terjadi kerusakan.
Daerah logam dasar tanpa pengaruh panas; daerah ini tidak menagalami
perubahan metalurgi, tetapi karena dikelilingi oleh Haz maka daerah ini memiliki
tegangan sisa yang besar akibat adanya penyusutan dalam daerah lebur, sehingga
mengurangi kekuatannya. Untuk menghilangkan tegangan sisa tersebut biasa
dilakukan perlakuan panas (heat treatment) yaitu memanaskan kembali daerah lasan tersebut hingga temperatur tertentu, kemudian temperatur dipertahankan
dalam beberapa waktu tertentu, selanjutnya didinginkan secara perlahan.
238