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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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 dari refinery
piping hinggapipelines, 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 Heliarc yaitu 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-pipa heat 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.
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 disisipkan consumable 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
pada exhausting 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 torchsambil 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 atau dip 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
CO2 berarti 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 menjadiglobular 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.
Gambar 100-8 GMAW-Globular Transfer.
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 atautorch 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 CO2atau campuran argon-CO2 seperti
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 CO2 ataupun campuran argon-CO2.
Elektroda T-1 akan memiliki busur lebih halus dan percikan las lebih sedikit
bila menggunakan gas pelindung argon-CO2, 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 memperbesarimpact 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
tampilanbead 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 CO2 atau argon-CO2. 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 30oF
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 memasanginsulation pins dan refractory anchors. Proses
las SW menggunakan welding gun khusus dan pengatur waktu otomatis.
Panas pengelasan terbentuk karena tarikan busur antara welding
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,
dangun 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.
Aplikasi pada Pekerjaan
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
padafurnace 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 5600oF. 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.
Kelemahan
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 ataupun decarburizing dapat terjadi pada logam las dan
daerah-daerah yang berdekatan dengan base metal apabila 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 840oF (450oC). Soldering menggunakan filler
metal yang meleleh pada suhu di bawah 840oF (450oC). 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 untuk cathodic
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 wire pada 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 denganchipping 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 weld hanya
digunakan apabila beban pemakaian danstress 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
caradouble 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.
Gambar 100-20. Bentuk Sambungan pada Pipa Tebal
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 Permanen
Backing 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 menyesuaikan bore 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.
Gambar 100-25. Persiapan Sambungan Plat dengan Tebal Berbeda
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.