Pengelasan (las busur)

2.1 Pengertian Pengelasan
Pengelasan dan perpotongan merupakan pelaksanaan pengerjaan yang sangat penting dalam teknologi produksi dengan bahan baku logam dan perkembangannya yang pesat telah banyak teknologi baru yang ditemukan sehingga boleh dikatakan hampir tidak ada logam yang tidak dapat dipotong dan dilas dengan cara–cara saat ini. Di samping itu untuk proses las dapat juga dipergunakan untuk reparasi misalnya untuk mengisi lubang–lubang pada coran, membuat lapisan kertas pada perkakas, mempertebal bagian–bagian yang sudah aus dan macam–macam reparasi lainnya.
Berdasarkan definisi Duetche Indrustrie Normen (DIN) las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilakukan dalam keadaan cair (1). Dari definisi diatas Las juga memiliki arti sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Pada waktu ini telah digunakan labih dari 40 jenis pengelasan termasuk pengelasan yang dilaksanakan hanya dengan menekan dua logam yang disambung sehingga terjadi ikatan antar atom–atom atau molekul–molekul dari logam yang disambungkan. Las (weld) adalah suatu cara untuk menyambung benda padat dengan jalan mencairkannya melalui pemanasan(2).
Pengelasan dapat diklasifikasikan berdasarkan cara kerja dan energi atau sumber panas(3). Pengelasan yang berdasarkan cara kerja dibagi menjadi tiga kelas, yaitu :
1. Fusion Welding
Adalah cara pengelasan yang sambungan logamnya dipanaskan sampai mencair dengan menggunakan busur listrik atau semburan api gas.
Contohnya : Las gas, Thermit, Busur plasma, Elektron
2. Las Tekan
Adalah cara pengelasan yang sambungan logamnya dipanaskan kemudian ditekan.
Contoh : Resistansi Listrik, Tekan Gas, Ultrasonik, induksi
3. Pematrian
Adalah cara pengelasan dimana sambungan diikat dan disatukan dengan menggunakan paduan logam yang memiliki titik cair rendah dan dalam pengelasan ini logam induk tidak ikut mencair.
Sedangkan untuk pengelasan berdasarkan sumber energi atau sumber panas dapat dibagi menjadi beberapa bagian(4), yaitu:
1. Bahan bakar minyak, untuk menghasilkan panas beberapa ratus derajat celcius untuk pengelasan benda padat dengan titik lebur rendah, seperti timah, plastik dan lain-lain.
2. Campuran zat asam dengan gas pembakar seperti acetylene, propan, hydrogen. Proses ini disebut oxy acetylene, oxy hydrogen, atau oxy fuel. Secara popular di Indonesia disebut dengan las karbit atau autogen. Panas yang dihasilkan dapat mencapai titik leleh baja, yakni sekitar 1370 oC.
3. Gas pembakar bertekanan.
4. Busur nyala listrik (arc). Panas yang dihasilkan dari busur nyala listrik ini sangat tinggi (jauh diatas titik lebur baja) sehingga dapat mencairkan baja dalam sekejap. Sumber panas ini yang paling populer dipergunakan untuk pengelasan berbagai jenis baja, baja paduan serta jenis metal non ferrous.
5. Induksi listrik
6. Busur nyala listrik dan gas pelindung. Sumber panas ini dipakai dalam pengelasan paduan baja yang peka terhadap proses oksidasi. Karena fungsi dari gas pelindung ini adalah untuk melindungi benda kerja dari proses oksidasi, serta untuk mendapatkan pengelasan yang optimal, seperti TIG, MIG, plasma arc, dan lain-lain.
7. Sinar infra merah.
8. Ledakan bahan mesiu (cad, explosion). Menghasilkan suhu yang sangat tinggi sehingga dapat mencairkan baja dan bahan metal lainnya hanya dengan sekejap. Biasanya digunakan untuk penyambungan kabel kawat.
9. Getaran ultrasonik
10. Pemboman dengan elektron (electron bombardment)
11. Sinar laser.
12. Tahanan listrik atau resistansi listrik. Dapat menghasilkan panas yang cukup tinggi sehingga dengan mudah dapat mencairkan baja. Metode ini yang biasa digunakan oleh pabrik-pabrik yang menggunakan pelat sebagai benda kerjanya.
Bila dilihat dari cara kerja dan sumber energi maka pengelasan (welding) memiliki bermacam-macam variasi cara pengerjaan terhadap benda kerja, tergantung dari kebutuhan pengguna dan pemanfaat las ini.

2.2.1 Las Busur Listrik
Las busur adalah las yang menggunakan muatan listrik antara dua elektroda dimana pelepasan muatan listrik tersebut akan mengeluarkan panas dan panas tersebut yang disebut dengan busur.
Pada saat sekarang ini banyak sekali pengelasan yang mempergunakan SMAW (Shielded Metal Arc Welding), las busur nyala listrik terlindung, adalah pengelasan dengan mempergunakan busur nyala listrik sebagai sumber panas pencair logam. Jenis las ini yang paling lazim dipakai di mana-mana untuk hampir semua keperluan pengelasan1).

Keuntungan dari penggunaan las SMAW :
1. Peralatan relatif sederhana dan mudah dibawa
2. Peralatan relatif murah dibandingkan metoda pengelasan yang lain
3. Pemakaian yang relative luas
Kekurangan dari penggunaan las SMAW :
1. Gas pelindung kurang baik untuk logam- logam reaktif seperti aluminium dan titanium
2. Kecepatan deposit terbatas karena elektroda cendrung mengalami over heat bila menggunakan arus yang tinggi
3. Panjang elektroda terbatas sehingga dapat mengurangi kecepatan produksi
Faktor-faktor penting dalam proses pengelasan busur listrik antara lain :
1. Arus yang tepat
2. Panjang busur atau voltase yang benar
3. Kecepatan pengelasan yang tepat
4. Sudut elektroda yang benar
Faktor- faktor penentu elektroda yang akan digunakan pada proses pengelasan ini antara lain :
1. Kekuatan logam induk
2. Komposisi logam induk
3. Posisi pengelasan
4. Arus yang digunakan

2.2.2 Las ekektroda terbungkus
Las elektroda terbungkus adalah cara pengelasan yang banyak digunakan pada masa ini. Dalam cara pengelasan ini kawat elektroda logam yang dibungkus dengan fluks.
bahwa busur listrik terbentuk di antara logam induk dan ujung elektroda. Karena panas dari busur ini maka logam induk dan ujung elektroda tersebut mencair dan kemudian membeku bersama. (1)


Proses pemindahan logam elektroda terjadi pada saat ujung elektroda mencair dan membentuk butir-butir yang terbawa oleh arus busur listrik yang terjadi. Bila digunakan arus listrik yang besar maka butiran logam cair yang terbawa menjadi halus.

Di dalam pengelasan ini hal yang penting adalah bahan fluks dalam jenis listrik yang digunakan.
Di dalam las elektroda terbungkus fluks memegang peranan penting karena fluks dapat bertindak sebagai :
1. Pemantap busur dan penyebab kelancaran pemindahan butir-butir cairan logam.
2. Sumber terak atau gas yang dapat melindungi logam cair terhadap udara di sekitarnya.
3. Pengatur penggunaan.
4. Sumber unsur-unsur paduan.

Bahan-bahan yang digunakan dapat digolongkan dalam bahan pemantapan busur, pembuat terak, penghasil gas, deoksidator, unsur paduan dan bahan pengikat. Bahan-bahan tersebut antara lain oksida-oksida logam, karbonat, silikat, flourida, zat organik, baja paduan dan serbuk besi. Beberapa fluks sering yang digunakan dan sifat-sifat utamanya dapat dilihat dalam Tabel I
Walaupun jenis elektroda sangat banyak jumlahnya, tetapi secara garis besar dapat digolongkan dalam kelas-kelas berikut yang pembagiannya didasarkan atas fluks yang membungkusnya.



a) Jenis Oksida Titan: Jenis ini juga disebut rutil atau titania dan berisi banyak TiO2 di dalamnya. Busur yang dihasilkan oleh elektroda yang dibungkus dengan fluks jenis ini tidak terlalu kuat, penetrasi atau penembusan cairan logamnya dangkal dan menghasilkan manik las yang halus. Karena itu jenis ini baik sekali untuk pengelasan pelat-pelat baja tipis atau untuk pengelasan terakhir pada pengelasan pelat tebal.
b) Jenis Titania Kapur: Jenis ini di samping berisi rutil juga mengandung kapur. Di samping sifat-sifat seperti yang dimiliki oleh jenis oksida titan, jenis ini mempunyai keunggulan lain yaitu kemampuannya menghasilkan sifat mekanik yang baik.
c) Jenis Ilmenit: Jenis ini terletak di antara jenis oksidasi titan dan jenis oksidasi besi. Bahan fluksnya yang utama adalah Ilmenit atau FeTiO3¬. Busur yang dihasilkan agak kuat dan memberikan penetrasi yang cukup dalam. Derajat kecairan dari terak yang terbentuk cukup tinggi. Dengan sifat tersebut jenis ini dapat menghasilkan sambungan yang mempunyai sifat mekanik yang tinggi. Karena sifat-sifatnya yang dapat mencakup penggunaan yang luas, maka elektroda yang dibungkus dengan fluks jenis ini dianggap sebagai elektroda serba guna.
d) Jenis Hidrogen Rendah: Jenis ini kadang-kadang disebut juga dengan nama jenis kapur, karena bahan utama yang dipergunakan adalah kapur dan fluorat. Jenis ini menghasilkan sambungan dengan kadar hidrogen rendah, sehingga ketangguhannya sangat memuaskan. Hal-hal yang kurang menguntungkan adalah busur listriknya yang kurang mantap. Sehingga butiran-butiran cairan yang dihasilkan agak besar bila dibandingkan dengan jenis-jenis yang lain.
e) Jenis Selulosa: Jenis ini berisi kira-kira 30% zat organik yang dapat menghasilkan gas dengan volume besar yang kemudian melindungi logam cair. Busurnya kuat dan penembusannya dalam.
f) Jenis Oksida Besi: Bahan pokok untuk jenis ini adalah Oksida Besi. Busur yang dihasilkan terpusatkan dan penetrasinya dalam, karena itu jenis ini baik untuk pengelasan sudut horizontal.
g) Jenis Serbuk Besi-Oksida: Bahan utama dari fluks ini meliputi antara 15 sampai 50% adalah silikat dan serbuk besi.
h) Jenis Serbuk Besi-Titania: Jenis ini menimbulkan busur yang sedang dan menghasilkan manik las yang halus. Elektroda dengan fluks ini sangat baik untuk pengelasan sudut horizontal satu lapis(3).

2.2.3 Las busur gas
Las busur gas adalah cara pengelasan dimana gas dihembuskan ke dearah las untuk melindungi busur dan logam yang mencair terhadap atmosfir. Gas yang digunakan sebagai pelindung adalah gas helium (He), gas Argon (Ar), gas karbondioksida (CO2) atau campuran dari gas-gas tersebut. (1)
Las busur gas biasanya dibagi dalam dua kelompok besar yaitu kelompok elektroda yang terumpan dan kelompok elektroda tak terumpan. Kelompok elektroda yang tak terumpan mengunakan batang wolfram sebagai elektroda yang dapat menghasilkan busur listrik tanpa turut mencair, sedangkan kelompok elektroda terumpan sebagai elektrodanya digunakan kawat las.

2.2.4 Las busur pelindung bukan gas
Operasi pengelasan ini sama dengan operasi dalam busur gas. Dalam hal semiotomatik, kawat las digerakan secara otomatis sedang alat pembakar digerakkan dengan tangan, sedangkan dalam hal otomatik penuh kedua-dua nya di gerakan secara otomatik. Sesuai dengan namanya, pengelasan ini tidak menggunakan selubung gas apapun juga. Karena itu proses pengelasan menjadi lebih sederhana. Berikut ini adalah beberapa hal penting dalam las busur tanpa gas:
1. Tidak menggunakan gas pelindung sehingga pengelasan dapat dilakukan di lapangan yang berangin.
2. Efisiensi pengelasan lebih tinggi daripada pengelasan dengan busur terlindung.
3. Dapat menggunakan sumber listrik AC.
4. Dihasilkan gas yang banyak sekali.
5. Kwalitas pengelasan lebih rendah daripada pengelasan yang lain.

2.3 Parameter – Parameter Pengelasan
2.3.1 Besar arus las
Besarnya arus las yang diperlukan tergantung dari bahan dan ukuran dari lasan, geometri sambungan, posisi pengelasan macam elektroda dan diameter inti elektroda. Dalam hal daerah las mempunyai kapasitas panas yang tinggi maka dengan sendirinya diperlukan arus las yang besar dan mungkin juga diperlukan pemanasan tambahan. Dalam pengelasan logam paduan, untuk menghindari terbakarnya unsur-unsur paduan sebaiknya menggunakan arus las yang kecil. Bila ada kemungkinan terjadi retak panas seperti pada pengelasan baja tahan karat austenit maka dengan sendirinya harus diusahakan menggunakan arus kecil saja. Dalam hal mengelas baja paduan, di mana daerah HAZ dapat mengeras dengan mudah, maka harus diusahakan pendinginan ang pelan dan untuk ini diperlukan arus yang besar dan mungkin masih memerlukan pemanasan kemudian. (1)

2.3.2 Kecepatan pengelasan
Kecepatan pengelasan tergantung pada jenis elektroda, diameter inti elektroda, bahan ang dilas, geometri sambungan, ketelitian sambungan dan lain-lainnya. Dalam hal hubungannya dengan tegangan dan arus las, dapat dikatakan bahwa kecepatan las hampir tidak ada hubungannya dengan tegangan las tetapi berbanding lurus dengan arus las. Karena itu pengelasan yang cepat memerlukan arus las yang tinggi.Bila tegangan dan arus dibuat tetap, sedang kecepatan pengelasan dinaikan maka jumlah deposit per satuan panjang las jadi menurun. Tetapi di samping itu sampai pada suatu kecepatan tertentu, kenaikan kecepatan akan memperbesar penembusan. Bila kecepatan pengelasan dinaikan terus maka masukan panas persatuan panjang juga akan menjadi kecil, sehingga pendinginan akan berjalan terlalu cepat yang munkin dapat memperkeras daerah HAZ. Pengalaman juga menunjukkan bahwa makin tinggi kecepatan makin kecil perubahan bentuk yang terjadi.(1)

2.3.3 Tegangan busur las
Tingginya tegangan busur tergantung pada panjang busur yang dikehendaki dan jenis dari elektroda yang digunakan. Pada elektroda yang sejenis tingginya tegangan busur yang diperlukan berbanding lurus dengan panjang busur. Pada dasarnya busur listrik yang terlalu panjang tidak dikehendaki karena stabilitasnya mudah terganggu sehingga hasil pengelasan tidak rata. Di samping itu tingginya tegangan tidak banyak mempengaruhi kecepatan pencairan, sehingga tegangan yang terlalu tinggi hanya akan membuang-buang energi saja.
Panjang busur yang dianggap baik kira-kira sama dengan garis tegah elektroda. Tegangan yang diperlukan untuk mengelas dengan elektroda bergaris tengah 3 sampai 6 mm, kira-kira antara 20 sampai 30 volt untuk posisi datar. Sedangkan untuk posisi tegak atau atas kepala biasanya dikurangi lagi dengan 2 sampai 5 volt. Kestabilan busur juga didengar dari kesetabilan suaranya selama pengelasan. Untuk mereka yang telah berpengalaman ketepatan panjang busur pun dapat diduga atau diperkirakan dari suara pengelasan. Sehubungan dengan panjang busur, hal yang paling sukar dalam las busur listrik dengan tangan adalah mempertahankan panjang busur yang tetap. (1)

2.3.4 Pengaruh Panas Lasan
Akibat adanya pemanasan maka logam dalam pengelasan dapat dikelompokan:
1. Daerah lasan (Fusion Zone), merupakan daerah yabng mengalami pencairan, mengalami pemanasan yang paling tinggi hingga melebihi temperatur cair. Prinsip pembekuan akan sama dengan proses pengecoran dimana waktu pendinginan akan mempengaruhi kecepatan pembekuan. Semakin tinggi tempertur maka penyusutan yang terjadi akan semakin banyak. Karakteristik daerah ini akan dipengaruhi sifat dari elektroda dan logam induk.
2. Daerah cair sebagian (PMZ), adalah daerah dekat diluar logam lasan dimana pencairan dapat terjadi selama pengelasan berlangsung. Daerah ini merupakan daerah sempit antara WM dan HAZ, dan merupakan daerah temperatur tertingginya memiliki dua fasa cair dan padat sehingga sering kali terjadi retakan.
3. Daerah terpengaruh panas (HAZ), merupakan daerah yang tidak ikut mencair tetapi mengalami perubahan struktur akibat temperatur pemanasan, temperature tertinggi pada daerah ini lebih rendah dari daerah lasan dan daerah cair sebagian tetapi tetap mempengaruhi karakteristik material. Pada daerah HAZ logam akan mengalami penguatan.
4. Logam induk daerah yang tidak terpengaruh panas), adalah daerah yang juga mengalami panas tetapi tidak cukup untuk merubah struktur logam. Sifat daerah ini akan sama dengan logam induknya serta daerah yang mengalami pemanasan yang paling rendah dari keempat daerah lainnya.