Panas yang terjadi pada proses pengelasan sangat
mempengaruhi distribusi suhu, tegangan sisa (residual stress) dan distorsi.
Selain itu panas juga mempangaruhi transformasi fasa yang selanjutnya
berpengaruh pada struktur mikro dan sifat-sifat fisik dan mekanik las.
Sumber Energi / Panas
Pengelasan membutuhkan dua hal yang sangat penting yaitu
a Energi thermal (panas)
b Energi mekanik yang berupa tekanan.
Sumber energi panas didapatkan dari energi kimia (misalnya pembakaran gas dengan oksigen) dan energi listrik (misalnya busur listrik dan sinar intensitas tinggi).
Besarnya energi (Q) yang terkandung dalam sumber panas dinamakan tingkat energi (energy level) atau kapasitas energi (energy capacity).
Sumber Energi / Panas
Pengelasan membutuhkan dua hal yang sangat penting yaitu
a Energi thermal (panas)
b Energi mekanik yang berupa tekanan.
Sumber energi panas didapatkan dari energi kimia (misalnya pembakaran gas dengan oksigen) dan energi listrik (misalnya busur listrik dan sinar intensitas tinggi).
Besarnya energi (Q) yang terkandung dalam sumber panas dinamakan tingkat energi (energy level) atau kapasitas energi (energy capacity).
Las oxy acytelene
Q(Watt)= (48 KJ/lt
acetylene x V acetylene x (h/3600s)
Dimana
V acetylene = Debit aliran gas asetelin(l/h)
Panas pembakaran acetylene = 48 kJ/lt pada l atm dan 25oC
t = waktu dalam jam
Las busur listrik
Q (Watt) = E I
Dimana
E : Potensial listrik
I : Arus listrik
Kerapatan Energi dan Distribusi Energi
Kecepatan energi adalah besarnya energi yang berpindah/mengalir tiap satuan las permukaan kontak antara sumber panas dan logam induk. Kecepatan energi dinyatakan dalam satuan Watt/m2. Kecepatan energi sangat mempengaruhi kemampuan penetrasi seperti terlihat pada tabel dibawah ini
E : Potensial listrik
I : Arus listrik
Kerapatan Energi dan Distribusi Energi
Kecepatan energi adalah besarnya energi yang berpindah/mengalir tiap satuan las permukaan kontak antara sumber panas dan logam induk. Kecepatan energi dinyatakan dalam satuan Watt/m2. Kecepatan energi sangat mempengaruhi kemampuan penetrasi seperti terlihat pada tabel dibawah ini
Tabel ; Pengaruh kecepatan energi pada kemampuan penetrasi
Process
|
Heat
Source
Intensity
(Wm-2)
|
Condition
|
Flux shielded arc welding
Gas shielded arc welding
Plasma
Electron beam and laser
|
5 x 106 to
5 x 108
5 x 106 to
5 x 108
5 x 106 to
5 x 1010
1010 to
1012
|
Normal current
High current
Low current
High current
Defocused beam
Focused beam
|
Distribusi energi di dalam sumber panas (nyala api, busur listrik, plasma,
sinar electron dan laser) tidak merata, mencapai maksimum pada pusatnya dan
berkurang pada jarak yang semakin jauh dengan pusatnya sehingga mempunyai
distribusi Gauss (Gaussian distribution).
Heat Input
Masukan Panas
Masukan panas adalah besarnya energi panas tiap satuan panjang las ketika
sumber panas (yang berupa nyala api, busur listrik, plasma atau cahaya energi
tinggi bergerak).
Masukan Panas H = P/v = EI/vx
Dimana H = Masukan panas (J/mm)
P = Tenaga input (Watt)
v = Kecepatan pengelasan (mm/s)
E = Potensial listrik (volt)
I = Arus listrik (amper)
X = Faktor proses pengelasan
Proses las
|
Harga X
|
SAW
|
0.8
|
GMAW
|
1.0
|
MMAW
|
1.0
|
GTAW
|
1.2
|
Untuk las resistan H = I2R t
Dimana H = Masukan panas (J )
I = Arus listrik (Amper)
R = Tahanan listrik (ohm)
t = Waktu (detik)
Pada kenyataannya, perpindahan panas dari sumber panas ke benda kerja
berjalan tidak sempurna ditandai dengan adanya panas yang hilang kelingkungan.
Besarnya panas yang hilang ini menentukan effisiensi perpindahan panas :
H = hP/v
= hEI/v
h = Effisiensi perpindahan panas
Nilai h besarnya
antara 0 ÷ 1 (lihat table)
Tabel Effisiensi perpindahan panas
Process
|
Transfer efficiency
|
Oxy fuel gas
|
|
Low combustion intensity
fuel
|
0.25 ÷ 0.50
|
High combustion intensity
fuel
|
0.50 ÷ 0.80
|
Gas tungsten arc
|
|
Low current DCSP
|
0.40 ÷ 0.60
|
High current DCSP
|
0.60 ÷ 0.80
|
DCRP
|
0.20 ÷ 0.40
|
AC
|
0.20 ÷ 0.50
|
Plasma arc
|
0.70 ÷ 0.95
|
Gas metal arc
|
|
Globular or short transfer
|
0.60 ÷ 0.75
|
Spray transfer
|
0.65 ÷ 0.85
|
Shielded metal or flux
coated arc
|
0.65 ÷ 0.85
|
Submerged arc
|
0.85 ÷ 0.99
|
Electro slag
|
0.20 ÷ 0.50
|
Electron beam
|
0.70 ÷ 0.95
|
Laser beam
|
0.005 ÷0.75
|
Pengaruh Energi Panas pada Pengelasan
Fungsi utama sumber panas pada las cair (fusion welding) adalah untuk
mencairkan logam. Selanjutnya logam cair mempunyai dua fungsi, yaitu: (1)
sebagai bahan pengisi (filler) pada bagian yang disambung sehingga terbentuk
bahan yang kontinyu dan (2) membersihkan permukaan sambungan melalui reaksi
kimia.
Effisiensi cair (melting efficiency) adalah masukan panas yang digunakan
untuk mencairkan logam yang besarnya bias dihitung seperti gambar dibawah ini.
Jumlah total permukaan (AW )
Pakai filler (AW ) = Am + Ar
Tidak pakai filler (AW ) = Am
Panas yang dibutuhkan untuk mencairkan logam (Q)
Q = (TM + 273
)2 / 300 000
Tm = Titik cair logam
effisiensi cair adalah perbandingan antara energi teoritis yang diperlukan
untuk mencairkan logam dibagi dengan masukan panas.
f = QAw / H
Effisiensi cair tergantung pada proses pengelasan, logam yang dilas
(ketebalann , bentuk struktur )
Jenis-jenis Sambungan Las
Perpindahan panas tergantung pada ukuran dan bentuk konstruksi benda yang
dilas. Selanjutnya mempelajari perpindahan panas, perlu diketahui dulu berbagai
jenis sambungan yang biasa dipakai. Pemilihan sambungan las ditentukan oleh
bentuk struktur dan sifat beban yang bekerja pada struktur tersebut seperti
beban uniaxial, biaxial, statis, dinamis, tarik, tekan, geser atau torsi.
Selain itu faktor biaya, jenis proses pengelasan dan perawatan pelu juga
diperhatikan.
Pada prinsipnya ada 5 sambungan las yaitu ;
1. Butt joint (sambungan tumpul)
2. Corner joint (sambungan sudut)
1. Edge joint (sambungan sisi)
2. lap joint (sabungan tumpang)
3. Tee joint (sambungan T).
Pada sambungan tumpul, permukaan yang disambung berupa (a) sambungan persegi
(square) yang tidak membutuhkan elektrode pengumpan (filler) seperti GTAW dan
EBW dan (b) sambungan V yang membutuhkan lgam pengisi seperti MMAW, GAW, dan
SAW.
Logam las dapat juga diklasifikasikan berdasarkan type penetrasi dan bentuk
sambungan, yaitu :
- Penetrasi penuh (full
penetration) : ketebalan las sama dengan logam induk
- Penetrasi sebgaian
(partial penetration) ; ketebalan las lebih kecil logam induk
- Continous weld ( las
kontinyu) : jika las dilakukan secara kontinyu
- Internittent welds : pengelasan
diselingi dengan berhenti pada jarak tertentu dan terdapat gap / jarak
antara las satu dengan lainnya.
Perpindahan Panas
Aliran panas atau perpindahan panas ada proses pengelasan sangat menentukan
kualitas las karena aliran panas mempengaruhi struktur mikro, reaksi oksidasi /
reduksi, tegangan sisa dan distorsi.
Perpindahan panas pad alas terjadi secara konduksi, dan sebagian kecil
terjadi secara konveksi dan radiasi. Konveksi dan radiasi dapat diabaikan.
Luas daerah yang mengalami pemanasan tegantung pada beberapa hal,
diantaranya:
- Peningkatan kecepatan v pada
panas masukan qconstant menyebabkan daerah yang tepengaruh
panasmenjadi mengecil dimana garis-garis isothermis menyempit pada arah
tegak lurus arah las dan memendek pada arah pengelasan
- Kenaikan panas masukan q pada
kecepatan v constant memperluas daerah terpengaruh panas
dimana garis-garis isothermis melebar pada arah tegak lurus las dan
memanjang pada arah las.
- Kenaikan masukan panas q dan
kecepatan v pada harga masukan panas (q/v)
constant memperluas daerah terpengaruh panas sebanding dengan
panas masukan dan kecepatan.
4. Kenaikan suhu preheat T0 pada
masukan panas dan kecepatan constant memperluas daerah terpengaruh panas.
5. Konduktivitas themal (k ) sangat
mempengaruhi daerah terpengaruh panas. Jika nilai k kecil
panas masukan (q)yang diperlukan saat pengelasan kecil. Sebagai
akibatnya baja tahan karat austenit Cr-Ni (austhenitic stainless steel) dapat
dilas dengan masukan panas yang kecil sedangkan alumunium (Al) dan tembaga (Cu)
membutuhkan masukan panas yang besar.
Siklus Thermal
Pada proses pengelasan, kecepatan busur listrik (sumber panas) lebih besar
dari kecepatan perpindahan panas. Kecepatan aliran panas searah dengan gerakan
busur listrik. Dengan demikian daerah di sekitar las mengalami siklus thermal
berupa pemanasan sampai suhu maksimum tercapai kemudian diikuti dengan
pendinginan.
Besar suhu maksimum :
dimana :
Tp = Suhu
maksimum (K)
To = Suhu awal
las (K)
e = bilangan natural
r = massa jenis ( g/mm2+)
c = Panas jenis logam
induk ( J/gK)
h = Tebal logam induk
(mm)
y = batas las (Tp=To)
Tm= Suhu cair logam
induk (k)
Hnet= Masukan panas
Kecepatan pendinginan
Struktur micro pada logam las
dan HAZ dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan , hal in disebabkan kerana proses
pembekuan logam cair (solidification) dan tranformasi fasa sangat sensitive
terhadap kecepatan pendinginan.
CR = cooling rate
k = Konduktivitas thermal
Tp = temperature akhir
To = temperature awal
Hnet = hEI
Tidak ada komentar:
Posting Komentar