Setelah membaca artikel ini, Anda akan belajar tentang:- 1. Dasar Pembentukan Lasan pada Pengelasan Tekanan Dingin 2. Desain Sambungan dan Persiapan Permukaan untuk Pengelasan Tekanan Dingin 3. Peralatan, Pengaturan dan Teknik 4. Aplikasi 5. Varian.
Dasar Formasi Las dalam Pengelasan Tekanan Dingin:
Pengelasan tekanan dingin atau pengelasan dingin adalah proses pengelasan keadaan padat di mana sambungan las diproduksi hanya dengan penerapan tekanan pada suhu kamar. Tidak ada panas yang terlibat dalam proses ini. Persyaratan utama dari proses ini adalah bahwa setidaknya salah satu komponen yang dilas harus dari logam ulet tanpa banyak kecenderungan pengerasan kerja.
Dengan demikian, logam dengan struktur kisi FCC (face centered cubic) paling cocok untuk tujuan ini. Alu minium dan tembaga adalah logam utama yang digabungkan melalui proses ini.
Ikatan dalam lasan tekanan dingin dicapai dengan menumbuk permukaan logam yang bersih sehingga lapisan yang berdekatan satu sama lain diregangkan dan diremas bersama menjadi kontak yang erat yang menghasilkan hubungan atomik pada antarmuka. Tindakan peregangan dan pengadukan ini memecah film oksida atau lapisan yang terserap yang mungkin menghambat ikatan. Hampir tidak ada antar-difusi dan ikatan dikembangkan dengan menghubungkan gaya antar-atom ketika atom-atom dalam lapisan permukaan yang bersentuhan saling berhadapan.
Faktor utama dalam pengelasan dingin adalah jumlah deformasi plastis yang dialami logam pada sambungan. Pada gilirannya, faktor ini tidak hanya bergantung pada sifat fisik logam, seperti yang ditunjukkan pada tabel 15.1, tetapi juga pada ketebalan kerja, jenis sambungan, dan persiapan permukaan.
Film oksida tidak selalu merupakan penghalang untuk pengelasan dingin, ini bahkan berguna dalam pengelasan aluminium dan tembaga. Permukaan oksida di setiap sisi antarmuka saling berdekatan untuk saling mengunci secara mekanis sehingga berperilaku sebagai satu kesatuan.
Lapisan ini pecah ketika berubah bentuk dan dengan demikian memaparkan logam segar yang mudah berikatan. Mirip dengan perilaku permukaan yang disikat. Perawatan sikat gores menghilangkan kontaminan permukaan termasuk tuang va air, tetapi menghasilkan lapisan yang bekerja keras dan diresapi oksida yang mendorong pengelasan dengan pecah dengan cara yang rapuh.
Kekuatan sambungan optimal diperoleh pada tingkat yang dikenal sebagai ambang deformasi, yang besarnya bervariasi dari logam ke logam, seperti yang ditunjukkan pada tabel 15.2. Uap air atau film yang mencemari dapat menyebar dari oksida bahkan tanpa pecah sehingga menghambat ikatan yang mengakibatkan melemahnya sambungan las, oleh karena itu, mungkin penting dalam menetapkan ambang deformasi .
Jika logam diberi lapisan keras melalui proses elektrolitik, katakanlah film nikel keras pada tembaga, atau jika kontaminan dihindari dan sambungan las dibuat segera setelah penyikatan kawat, mungkin diperlukan jumlah deformasi yang jauh lebih kecil.
Antarmuka yang dilas, oleh karena itu, terdiri dari jaringan ikatan logam dengan area diskrit di antaranya di mana adhesi dicegah oleh film oksida.
Jika dua film oksida diasumsikan sebagai satu dengan keuletan nol maka luas maksimum ikatan logam untuk logam dengan struktur kisi FCC dapat diperkirakan dari deformasi selama pengelasan dengan hubungan berikut:
di mana, R adalah persentase pengurangan.
Sambungan las dingin antara logam yang berbeda mungkin memiliki deformasi yang berbeda pada sisi yang berlawanan dari antarmuka yang mengakibatkan pergerakan relatif dari antarmuka yang menghasilkan peningkatan dalam pengelasan dan mengurangi deformasi ambang. Perlakuan panas pasca las pada sambungan las di antara logam-logam yang tidak bercampur secara metalurgi melembutkan komponen tetapi sambungan tetap tidak terpengaruh.
Namun, jika difusi dapat terjadi, hal itu dapat menyebabkan porositas jika laju difusi berbeda dalam dua arah. Jika senyawa intermetalik terbentuk pada antarmuka, hal itu dapat menyebabkan pembentukan lapisan rapuh yang bertambah tebal seiring waktu dan suhu. Lapisan intermetalik rapuh yang tebal dapat menghancurkan sambungan las sepenuhnya.
Desain Sambungan dan Persiapan Permukaan untuk Pengelasan Tekanan Dingin:
Pengelasan tekanan dingin dapat digunakan untuk membuat sambungan tipe pangkuan dan butt. Konfigurasi sambungan las tipikal ditunjukkan pada Gambar 15.6.
Persiapan permukaan mungkin merupakan variabel proses yang paling penting karena pengelasan dingin membutuhkan kontak yang erat antara logam bersih untuk menghasilkan sambungan las yang kuat. Oleh karena itu, untuk menghasilkan las dengan kekuatan maksimum, sangat penting untuk menghilangkan semua film kotoran, minyak atau oksida dari permukaan yang membentuk antarmuka las.
Menyikat kawat dengan kecepatan sekitar 900 m/menit adalah metode persiapan permukaan yang terbaik untuk las putaran. Untuk tujuan ini sikat rotor yang digerakkan motor dari kawat baja tahan karat berdiameter 0,1 mm biasanya digunakan. Sikat yang lebih lembut dapat memoles permukaan sementara sikat yang lebih keras atau coaser dapat menghilangkan logam berlebih yang menyebabkan permukaan kasar. Setelah dibersihkan, permukaan tidak boleh disentuh bahkan dengan tangan dan pengelasan diselesaikan sesegera mungkin untuk menghindari oksidasi baru; untuk aluminium las dingin, misalnya, waktu maksimum yang diberikan setelah pembersihan dan sebelum pengelasan adalah 30 menit.
Permukaan yang dipanggang pada suhu tinggi juga cocok tanpa perawatan lebih lanjut. Juga, aluminium anodisa dapat dilas tanpa persiapan permukaan apa pun.
Untuk butt-welding bar stock atau tube, menyikat kawat biasanya tidak praktis, oleh karena itu, biasanya untuk mengikir atau memotong tepi persegi sebelum pengelasan.
Pembersihan kimiawi dan abrasif tidak berguna untuk persiapan permukaan untuk pengelasan dingin karena residu dari pembersihan kimiawi atau partikel abrasif yang tertanam di dalam atau tertinggal di permukaan dapat menghalangi pengikatan yang tepat.
Peralatan, Pengaturan dan Teknik Pengelasan Tekanan Dingin:
Tekanan untuk pengelasan dingin dapat diterapkan, ke komponen yang disejajarkan dengan benar , dengan pengepres hidrolik atau mekanis, rol, atau alat manual atau yang dioperasikan secara pneumatik yang dirancang khusus.
Peralatan dan pengaturan, bagaimanapun, tergantung pada jenis sambungan yang akan dibuat; sementara indentor dan rol digunakan untuk pengelasan pangkuan; split die biasanya digunakan untuk membuat butt weld.
Uraian singkat tentang kedua jenis sambungan ini adalah sebagai berikut:
- Pengelasan Putaran:
Lembaran 0,2 sampai 15 mm dilas pangkuan dengan mendorong indentor atau cetakan ke dalam logam dari satu atau kedua sisi, seperti ditunjukkan pada Gambar 15.7. Sambungan pangkuan dapat terdiri dari bintik-bintik terpisah atau jahitan yang terus menerus. Dengan demikian, tergantung pada penampilan yang diinginkan dan karakteristik kinerja lekukan dapat berupa strip sempit, cincin, atau jahitan.
Gbr. 15.7 Berbagai teknik untuk sambungan lap las dingin
Konfigurasi indentor las lap tipikal yang digunakan untuk pengelasan dingin ditunjukkan pada Gambar 15.8.
Diameter indentor atau lebar die tergantung pada ketebalan material (t) dan biasanya diberikan oleh hubungan berikut:
r = (1 sampai 3) t… (15.13)
Panjang indentor biasanya 6 kali ketebalan lembaran tunggal.
Untuk las lap dalam lembaran, indentor dengan permukaan rata memberikan hasil pabrik yang paling memuaskan.
Indentor tunggal dapat digunakan untuk lembaran logam las dingin tetapi peningkatan kekuatan las yang cukup besar dapat dicapai dengan menggunakan indentor kerja ganda seperti ditunjukkan pada Gambar 15.9. Namun, dalam kedua kasus ini, lembaran cenderung sedikit terpisah karena indentor dipaksa masuk ke dalamnya. Untuk menghindari kecenderungan ini, indentor dapat dikelilingi oleh kerah yang mencengkeram lembaran sebelum las dilakukan; skema untuk sistem seperti itu ditunjukkan pada Gambar. 15.10.
Indentor atau die biasanya mengalami tekanan tinggi dan karenanya terbuat dari baja perkakas yang memiliki kekerasan 60 R (kekerasan Rockwell pada skala-C). Pada akhir deformasi, tekanan cetakan harus 300-600 N/mm 2 untuk aluminium anil dan sekitar 2000 N/mm 2 untuk tembaga.
Draw welding adalah bentuk las lap yang digunakan untuk pengalengan atau penyegelan wadah. Tutup dan kalengnya dikobar sebelum pengelasan. Komponen yang akan dilas ditempatkan dalam cetakan yang pas. Punch memaksa komponen ke dalam cetakan yang menghasilkan pengelasan dingin dari logam yang menyala saat ditarik ke bawah di atas punch. Gambar 15.11 menunjukkan langkah-langkah operasi yang berbeda dan rincian sambungan las.
Pada las dingin titik lap dengan indentor berbentuk sederhana, kekuatan las dapat ditingkatkan dengan menambah luas permukaan indentor karena hal ini mengakibatkan bertambahnya luas ikatan. Dengan ukuran tertentu dari indentor las titik kekuatan sambungan meningkat dengan kedalaman indentasi sampai maksimum tercapai dan setiap peningkatan lebih lanjut dalam indentasi menghasilkan penurunan kekuatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 15.12. Untuk setiap material terdapat lekukan karakteristik versus kurva kekuatan geser dan deformasi minimum diambil sebagai ukuran kemampuan las.
Bentuk kurva deformasi versus kekuatan las dipengaruhi oleh lebar indentor. Peningkatan lebar memberikan kekuatan yang lebih tinggi pada lekukan yang lebih rendah tetapi kurva dikompresi dan menjadi runcing yang menunjukkan kondisi pengelasan yang lebih kritis.
Cara di mana kekuatan las titik tergantung pada jumlah deformasi untuk logam yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 15.13. Turunnya kekuatan las melebihi nilai maksimum disebabkan oleh berkurangnya ketebalan logam pada las yang menghasilkan robekan daripada geseran pada las titik seperti yang ditandai pada Gambar 15.12.
Saat area sambungan meningkat, beban putus juga meningkat tetapi kekuatannya turun. Kekuatan las spot multi-baris biasanya tidak lebih dari 80% dari total kekuatan masing-masing titik.
Pengelasan dingin yang rapat dapat dilakukan dengan memaksa cetakan di sepanjang jahitan atau dengan menggunakan roller, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.14. Untuk mengelas las aluminium , geometri rol berikut dapat digunakan.
Diameter, d = 50 t
Lebar bibir, w = (1 — 1,5) t
Tinggi bibir, h = (0,8 — 0,9) t
Lebar bahu, s = (2 — 4,5) t
Dimana t adalah ketebalan lembaran tunggal yang dilas.
- Pengelasan Butt:
Sambungan butt dengan pengelasan dingin dibuat dengan menjepit dua bagian yang akan dilas dalam cetakan terpisah. Namun, sebelum menjepit, bagian pendek biasanya dipotong dari ujung bagian untuk memperlihatkan permukaan yang segar dan bersih dengan ujung persegi. Bilah geser harus dibersihkan setiap kali logam baru akan dicukur untuk menghindari kemungkinan menempelnya residu logam pertama ke permukaan logam kedua.
Setiap bagian yang dijepit diproyeksikan melampaui permukaan cetakan sehingga ketika cetakan dipaksa bersama-sama, material diekstrusi secara lateral untuk memberikan deformasi yang diperlukan pada antarmuka untuk mempengaruhi las. Dies mungkin berbentuk datar atau berbentuk kerucut, yang terakhir memiliki keuntungan dari gaya las yang berkurang dan memotong logam yang diekstrusi saat cetakan ditutup. Sudut optimal untuk cetakan berwajah kerucut adalah sekitar 120°.
Kekuatan sambungan bergantung pada jumlah deformasi plastis pada permukaan; yang pada gilirannya tergantung pada panjang komponen yang diproyeksikan keluar dari cetakan dan sepenuhnya dipaksa keluar dari urea sambungan selama operasi pengelasan. Tonjolan optimal untuk komponen bulat adalah (1-1,2) d untuk aluminium dan (1,25-1,50) d untuk tembaga, dengan d adalah diameter komponen. Dengan bagian persegi panjang, proyeksi didasarkan pada dimensi yang lebih kecil dan 40% untuk batang persegi, tetapi meningkat jika perbedaan antara kedua dimensi meningkat.
Selama pengelasan dingin logam yang berbeda, yang lebih lunak dari dua logam berubah bentuk terlebih dahulu dan ketika deformasi meningkat, logam yang lebih keras juga mulai mengalir. Penonjolan logam yang lebih lunak harus sedikit lebih besar daripada jika bagian dari logam yang sama disatukan dan jauh lebih besar untuk logam yang lebih keras. Misalnya, untuk mengelas aluminium ke tembaga, tonjolan batang tembaga harus 30 sampai 40 % lebih panjang dari pada batang aluminium.
Tekanan pada pengelasan dingin pada butt joint harus 685 sampai 785 N/mm 2 untuk aluminium, 1960 sampai 2450 N/mm 2 untuk tembaga, dan 1470 sampai 1960 N/mm 2 untuk mengelas aluminium ke tembaga. Gaya yang dibutuhkan untuk menahan komponen dalam klem bergerigi harus melebihi gaya yang mengganggu lebih dari 50% untuk aluminium dan lebih dari 80% untuk tembaga.
Sambungan tumpul biasanya memiliki kekuatan yang lebih besar daripada logam induk karena logam pada antarmuka bekerja keras. Sifat mekanik sambungan las dingin dapat diubah dengan perlakuan panas. Setelah perlakuan panas, sambungan butt las dingin dapat mencapai kekuatan yang sama dengan logam yang dianil.
Tingkat penerapan tekanan dalam pengelasan dingin praktis tidak berpengaruh pada kekuatan sambungan. Oleh karena itu, las tekanan dingin dapat dibuat dengan kecepatan tinggi.
Beberapa Las Butt Kesal :
Pengelasan tumpul tunggal biasanya tidak cukup untuk kawat las butt yang diameternya lebih kecil dari 5 mm. Juga, dalam beberapa logam pengelasan tekanan dingin tunggal tidak menghasilkan sambungan dengan kekuatan penuh. Dalam kasus seperti itu, beberapa lasan yang rusak dihasilkan dengan memposisikan ulang lasan dalam cetakan. Pengelasan gangguan ganda sepenuhnya menggantikan kontaminan dari antarmuka oleh karena itu persiapan permukaan kurang penting dibandingkan dengan pengelasan gangguan tunggal. Gambar 15.15 menunjukkan lasan putus tunggal dan banyak lasan pada kabel aluminium yang dilas dingin.
Pengelasan Butt Off-set:
Gambar 15.16. menunjukkan pengelasan tekanan dingin sambungan butt dengan lampu kilat yang tidak terpasang. Teknik ini menghasilkan sambungan las pada sudut sumbu kawat, dengan flash terputus-putus yang mudah dilepas. Sambungan las berada pada sudut sumbu kawat sehingga kurang dipengaruhi oleh diskontinuitas pada las.
Karakteristik Butt Weld:
dihasilkan oleh pengelasan tekanan dingin memiliki struktur berbutir silang yang berdekatan dengan antarmuka sambungan. Kehadiran penampang melintang sempit berbutir silang hampir tidak penting dalam bahan isotropik seperti aluminium dan beberapa paduan aluminium. Namun, pada logam non-isotropik, kelelahan atau ketahanan korosi mungkin jauh lebih rendah pada sambungan las.
Karena pengelasan tekanan dingin diperoleh pada suhu sekitar, tidak ada difusi yang signifikan antara logam yang berbeda selama pengelasan. Oleh karena itu, interdifusi pada suhu tinggi dapat mempengaruhi perlakuan panas pasca las dan kinerja las dalam pelayanan.
Lasan tekanan dingin antara logam yang berbeda, yang tidak dapat larut satu sama lain, biasanya stabil tetapi difusi pada suhu tinggi dapat menghasilkan pembentukan lapisan senyawa intermetalik yang mungkin rapuh dan menyebabkan penurunan daktilitas las yang nyata; las semacam itu sangat sensitif terhadap beban lentur atau benturan.
Laju pembentukan senyawa intermetalik tergantung pada konstanta difusi spesifik untuk logam yang bersangkutan serta pada waktu dan suhu pemaparan seperti ditunjukkan pada Gambar 15.17. Struktur berlapis terbentuk pada antarmuka antara tembaga dan aluminium saat terkena suhu tinggi.
Kekuatan dan keuletan dari las tersebut berkurang ketika ketebalan lapisan antarmuka melebihi 0,05 mm. Oleh karena itu, sangat penting untuk menggunakan las aluminium-tembaga yang dibuat dengan pengelasan tekanan dingin, pada suhu layanan rendah dengan suhu puncak jarang melebihi 65°C.
Gambar 15.17 Pengaruh waktu dan suhu terhadap ketebalan lapisan difusi pada las tekanan dingin antara aluminium dan tembaga
Aplikasi Pengelasan Tekanan Dingin:
Pengelasan butt tekanan dingin digunakan dalam penyambungan kabel, dengan diameter 0,06 hingga 12,5 mm, dari aluminium tembaga, emas perak dan platina; penggunaan yang paling umum adalah penyambungan gulungan kabel yang berurutan untuk penarikan terus menerus ke diameter yang lebih kecil. Lap las digunakan untuk penyegelan kaleng, sambungan tabung longitudinal, dan sambungan listrik. Logam yang paling umum digunakan adalah tembaga dan aluminium. Karena proses ini membutuhkan penggunaan cetakan, maka dipilih hanya ketika sejumlah besar sambungan serupa harus dibuat.
Penggunaan komersial pengelasan tekanan dingin juga mencakup penutupan selubung dan peralatan kabel aluminium, penyambungan busbar untuk sel elektrolisis, jalur komunikasi, dan kabel troli.
Penggunaan khusus pengelasan tekanan dingin adalah dalam pembuatan penukar panas untuk lemari es. Prosesnya melibatkan pengecatan lembaran aluminium dengan lapisan cat khusus di area di mana tidak ada sambungan yang dibuat. Lembaran tersebut kemudian dikeringkan dan digulung menjadi satu. Karena deformasi lembaran terikat kecuali di tempat yang telah dicat. Lembaran berikat kemudian dianil dan catnya diuapkan.
Lembaran-lembaran tersebut kemudian dimasukkan ke dalam mesin press dengan cetakan yang memiliki potongan yang sesuai di mana pelumas penukar panas akan ditempatkan. Cairan bertekanan tinggi dibuat untuk melewati zona yang tidak dilas (sebelumnya dilapisi dengan cat) yang mengembang membentuk tabung penukar panas. Proses ini dapat digunakan untuk membuat tabung penukar panas dalam bentuk lembaran dengan ukuran panjang 2540 mm dan lebar hingga 380 mm.
Varian Pengelasan Tekanan Dingin:
Pengelasan dingin perpindahan adalah varian dari pengelasan tekanan dingin di mana las diproduksi dengan menekan benda kerja secara bersamaan sementara pada saat yang sama menyebabkannya meluncur secara tangensial terhadap satu sama lain. Mekanisme pembentukan las berbeda dalam dua proses.
Dalam pengelasan tekanan dingin hanya beban aksial yang diterapkan; di bawah kondisi pembebanan seperti itu hanya kekasaran permukaan yang terdeformasi dan area yang bebas dari film oksida dan kontaminan relatif kecil. Namun, dalam penempatan Cold Welding Dis , beban yang diterapkan tidak hanya aksial tetapi juga longitudinal pada antarmuka.
Ketika beban tangensial diterapkan, itu menyebabkan gerakan relatif antara benda kerja yang menghasilkan pengikisan film oksida dan kontaminan yang hanya menyisakan jembatan kontak. Akibatnya area yang luas pada antarmuka dibebaskan dari film oksida dengan penyebaran logam yang sangat sedikit.
Pembebanan tangensial mengurangi ketahanan logam terhadap deformasi plastis dan di bawah gaya aksial yang sama, area kontak yang besar terbentuk. Hal ini menyebabkan pengikatan pada Displacement Spot Welding pada deformasi yang lebih kecil dan gaya yang diterapkan berkurang.
Pengelasan logam yang berbeda, dengan sambungan yang kuat, dengan perpindahan pengelasan dingin hanya mungkin dilakukan jika sifat mekanik kedua logam tidak berbeda jauh, misalnya, aluminium yang dikeraskan dapat dilas ke tembaga yang dianil.
Variabel proses utama dalam Displacement Cold Welding adalah tekanan dan jumlah geser. Tekanan aksial yang diterapkan harus sedemikian rupa sehingga permukaan dapat dipindahkan relatif satu sama lain pada antarmuka. Jumlah perpindahan relatif yang diperlukan di bawah aksi gaya tangensial tidak tergantung pada ukuran kerja dan ditentukan oleh tekanan aksial serta geometri dan kehalusan kontak yang cukup. Misalnya, dalam Displacement Cold Welding dari permukaan yang dikikir, area ikatan yang cukup dihasilkan oleh perpindahan relatif sekitar 5 sampai 7 mm.
Sambungan yang diproduksi oleh Displacement Cold Welding mungkin memiliki kekuatan geser yang tinggi jika putarannya cukup besar, namun kekuatan perpisahannya selalu buruk.
