Pengelasan Busur Listrik: Pengertian. Tata Cara dan Perlengkapannya

Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang:- 1. Pengertian Pengelasan Busur Listrik 2. Prosedur Pengelasan Busur Listrik 3. Arus Listrik untuk Pengelasan 4. Arti Polaritas 5. Peralatan 6. Persiapan Ujung Sambungan 7. Elektroda.

Arti Pengelasan Busur Listrik:

Pengelasan busur adalah proses pengelasan fusi di mana panas yang dibutuhkan untuk melebur logam diperoleh dari busur listrik antara logam dasar dan elektroda.

Busur listrik dihasilkan ketika dua konduktor disentuh bersama dan kemudian dipisahkan oleh celah kecil 2 sampai 4 mm, sehingga arus terus mengalir melalui udara. Suhu yang dihasilkan oleh busur listrik sekitar 4000°C hingga 6000°C.

Elektroda logam digunakan yang memasok logam pengisi. Elektroda mungkin dilapisi fluks atau telanjang. Dalam hal elektroda telanjang, bahan fluks tambahan disediakan. Baik arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) digunakan untuk pengelasan busur.

Arus bolak-balik untuk busur diperoleh dari transformator step down. Trafo menerima arus dari suplai utama pada 220 hingga 440 volt dan turun ke tegangan yang diperlukan yaitu 80 hingga 100 volt. Arus searah untuk busur biasanya diperoleh dari generator yang digerakkan oleh motor listrik, atau mesin patroli atau diesel.

Tegangan sirkuit terbuka (untuk mencolok busur) dalam kasus pengelasan DC adalah 60 hingga 80 volt sedangkan tegangan sirkuit tertutup (untuk mempertahankan busur) adalah 15 hingga 25 volt.

Prosedur Pengelasan Busur Listrik:

Pertama-tama, potongan logam yang akan dilas dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan debu, kotoran, minyak, minyak, dll. Kemudian benda kerja harus dipegang dengan kuat pada perlengkapan yang sesuai. Masukkan elektroda yang sesuai ke dalam dudukan elektroda pada sudut 60 hingga 80° dengan benda kerja.

Pilih arus dan polaritas yang tepat. Titik tersebut ditandai dengan busur di tempat-tempat pengelasan akan dilakukan. Pengelasan dilakukan dengan membuat kontak elektroda dengan benda kerja dan kemudian memisahkan elektroda dengan jarak yang tepat untuk menghasilkan busur.

Ketika busur diperoleh, panas yang kuat dihasilkan, melelehkan pekerjaan di bawah busur, dan membentuk kolam logam cair. Sebuah depresi kecil terbentuk dalam pekerjaan dan logam cair diendapkan di sekitar tepi depresi ini. Ini disebut arc crator. Terak disikat dengan mudah setelah sambungan mendingin. Setelah pengelasan selesai, pemegang elektroda harus dikeluarkan dengan cepat untuk memutus busur dan suplai arus dimatikan.

Arus Listrik untuk Pengelasan:

Baik DC (arus searah) dan AC (arus bolak-balik) digunakan untuk menghasilkan busur dalam pengelasan busur listrik. Keduanya memiliki kelebihan dan aplikasinya masing-masing.

Mesin las DC memperoleh daya dari motor AC atau generator diesel/bensin atau dari penyearah keadaan padat.

Kapasitas mesin DC adalah:

Saat ini:

Hingga 600 ampere.

Tegangan Sirkuit Terbuka:

50 sampai 90 volt, (untuk menghasilkan busur).

Tegangan Sirkuit Tertutup:

18 hingga 25 volt, (untuk mempertahankan busur).

Mesin las AC memiliki trafo step down yang menerima arus dari supply AC utama. Trafo ini menurunkan tegangan dari 220 V-440V ke tegangan rangkaian terbuka normal 80 hingga 100 volt. Kisaran arus tersedia hingga 400 ampere dalam langkah 50 ampere.

Kapasitas mesin las AC adalah:

Rentang Saat Ini:

Hingga 400 ampere dalam langkah 50 ampere.

Tegangan masukan:

220V- 440V

Tegangan yang Dibutuhkan Sebenarnya:

80 – 100 volt.

Frekuensi:

50/60Hz.

Signifikansi Polaritas:

Ketika arus DC digunakan untuk pengelasan, tersedia dua jenis polaritas berikut:

(i) Polaritas lurus atau positif.

(ii) Polaritas terbalik atau negatif.

Ketika pekerjaan dibuat positif dan elektroda sebagai negatif maka polaritasnya disebut polaritas lurus atau positif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.16 (a).

Dalam polaritas lurus, sekitar 67% panas didistribusikan pada benda kerja (terminal positif) dan 33% pada elektroda (terminal negatif). Polaritas lurus digunakan di mana lebih banyak panas diperlukan di tempat kerja. Logam besi seperti baja ringan, dengan kecepatan lebih cepat dan lasan suara, menggunakan polaritas ini.

(a) Polaritas lurus.

(b) Polaritas terbalik

Di sisi lain, ketika pekerjaan dibuat negatif dan elektroda menjadi positif maka polaritasnya dikenal sebagai polaritas terbalik atau negatif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.16 (b).

Dalam polaritas terbalik, sekitar 67% panas dilepaskan pada elektroda (terminal positif) dan 33% pada benda kerja (terminal negatif).

Polaritas terbalik digunakan di mana lebih sedikit panas diperlukan pada pekerjaan seperti dalam kasus lasan logam lembaran tipis. Logam non-ferro seperti aluminium, kuningan, dan nikel perunggu dilas dengan polaritas terbalik.

Peralatan yang Dibutuhkan untuk Pengelasan Busur Listrik:

Berbagai peralatan yang diperlukan untuk las busur listrik adalah:

1. Mesin las:

Mesin las yang digunakan dapat berupa mesin las AC maupun DC. Mesin las AC memiliki trafo step down untuk menurunkan tegangan input 220-440V menjadi 80-100V. Mesin las DC terdiri dari satu set generator motor AC atau satu set generator mesin diesel/bensin atau satu set las transformator penyearah.

Mesin AC biasanya bekerja dengan catu daya 50 hertz atau 60 hertz. Efisiensi trafo las AC bervariasi dari 80% hingga 85%. Energi yang dikonsumsi per Kg. logam yang diendapkan adalah 3 hingga 4 kWh untuk pengelasan AC sedangkan 6 hingga 10 kWh untuk pengelasan DC. Mesin las AC biasanya bekerja dengan faktor daya rendah 0,3 hingga 0,4, sedangkan motor pada pengelasan DC memiliki faktor daya 0,6 hingga 0,7. Tabel 7.9 berikut menunjukkan tegangan dan arus yang digunakan untuk mesin las.

2. Pemegang Elektroda:

Fungsi pemegang elektroda adalah untuk menahan elektroda pada sudut yang diinginkan. Ini tersedia dalam berbagai ukuran, menurut peringkat ampere dari 50 hingga 500 ampere.

3. Kabel atau Petunjuk:

Fungsi kabel atau lead adalah untuk membawa arus dari mesin ke benda kerja. Ini fleksibel dan terbuat dari tembaga atau aluminium. Kabel terbuat dari 900 hingga 2000 kabel yang sangat halus yang dipilin menjadi satu untuk memberikan fleksibilitas dan kekuatan yang lebih besar.

Kabel diisolasi oleh penutup karet, penutup serat yang diperkuat dan selanjutnya dengan lapisan karet yang tebal.

4. Konektor Kabel dan Lugs:

Fungsi konektor kabel adalah untuk membuat sambungan antara saklar mesin dan dudukan elektroda las. Konektor tipe mekanis digunakan; karena mereka bisa dia kumpulkan dan dilepas dengan sangat mudah. Konektor dirancang sesuai dengan kapasitas kabel yang digunakan saat ini.

5. Palu Pecah:

Chipping hammer berfungsi untuk menghilangkan slag setelah logam las mengeras. Ini memiliki bentuk pahat dan runcing di salah satu ujungnya.

6. Sikat Kawat, Roda Kawat Listrik:

Fungsi sikat kawat adalah untuk menghilangkan partikel terak setelah terkelupas dengan palu chipping. Kadang-kadang, jika tersedia, roda kawat listrik digunakan sebagai pengganti sikat kawat manual.

7. Pakaian Pelindung:

Fungsi dari pakaian pelindung yang digunakan adalah untuk melindungi tangan dan pakaian tukang las dari panas, percikan api, sinar ultraviolet dan infra merah. Pakaian pelindung yang digunakan adalah celemek kulit, topi, sarung tangan kulit, lengan kulit, dll. Sepatu kulit mata kaki tinggi harus dipakai oleh tukang las.

9. Layar atau Pelindung Wajah:

Screen dan face shield berfungsi untuk melindungi mata dan wajah tukang las dari radiasi ultraviolet dan infra merah yang berbahaya yang dihasilkan selama pengelasan. Perisai dapat dicapai dari helm kepala atau helm tangan.

Persiapan Tepi Sambungan:

Efisiensi dan kualitas sambungan las juga tergantung pada persiapan tepi pelat yang akan dilas dengan benar. Semua kerak, karat, minyak, cat, dll. harus dihilangkan dari permukaan sebelum pengelasan.

Pembersihan permukaan harus dilakukan secara mekanis dengan sikat kawat atau roda kawat listrik, dan kemudian secara kimiawi dengan karbon tetraklorida. Bentuk yang tepat pada tepi pelat harus diberikan untuk menghasilkan sambungan yang tepat.

Bentuk tepinya bisa polos, berbentuk V, berbentuk U, berbentuk ulang ­, dll. Pilihan berbagai bentuk tepi tergantung pada jenis, ketebalan logam yang akan dilas. Beberapa jenis alur yang berbeda untuk tepi benda kerja ditunjukkan pada Gambar 7.17. Buruk

(i) Pantat Kotak:

Ini digunakan ketika ketebalan pelat dari 3 hingga 5 mm. Kedua tepi yang akan dilas harus diberi jarak sekitar 2 sampai 3 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.17 (a).

(ii) Pantat V Tunggal:

Ini digunakan ketika ketebalan pelat dari 8 hingga 16 mm. Kedua tepinya dibuat miring untuk membentuk sudut sekitar 70° sampai 90°, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.17 (b).

(iii) Pantat V Ganda:

Ini digunakan ketika ketebalan pelat lebih dari 16mm dan di mana pengelasan dapat dilakukan di kedua sisi pelat. Kedua ujungnya dibuat miring untuk membentuk V ganda, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.17 (c).

(iv) Pantat U Tunggal dan Ganda:

Ini digunakan ketika ketebalan pelat lebih dari 20mm. Persiapan tepi sulit tetapi persendiannya lebih memuaskan. Ini membutuhkan lebih sedikit logam pengisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7.17 (d) dan (e).

Elektroda Las Busur:

Elektroda las busur dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori besar:

1. Elektroda yang tidak dapat dikonsumsi.
2. Elektroda yang dapat dikonsumsi.
3. Elektroda yang Tidak Dapat Dikonsumsi:

Elektroda ini tidak dikonsumsi selama operasi pengelasan, oleh karena itu dinamakan elektroda yang tidak dapat dikonsumsi. Mereka umumnya terbuat dari karbon, grafit atau tungsten. Elektroda karbon lebih lembut sedangkan elektroda tungsten dan grafit keras dan rapuh.

Elektroda karbon dan grafit hanya dapat digunakan untuk pengelasan DC, sedangkan elektroda tungston dapat digunakan untuk pengelasan DC dan AC. Bahan pengisi ditambahkan secara terpisah ketika jenis elektroda ini digunakan. Karena elektroda tidak dikonsumsi, busur yang diperoleh stabil.

2. Elektroda yang Dapat Dikonsumsi:

Elektroda ini meleleh selama operasi pengelasan, dan memasok bahan pengisi. Mereka umumnya dibuat dengan komposisi yang mirip dengan logam yang akan dilas.

Panjang busur dapat dipertahankan dengan menggerakkan elektroda ke arah atau menjauhi benda kerja.

Elektroda habis pakai mungkin dari dua jenis berikut:

(i) Elektroda Telanjang:

Ini tersedia dalam bentuk kawat atau batang kontinu. Mereka harus digunakan hanya dengan polaritas lurus dalam pengelasan DC. Elektroda telanjang tidak menyediakan pelindung apa pun ke kolam logam cair dari oksigen dan nitrogen atmosfer.

Oleh karena itu, lasan yang diperoleh oleh elektroda ini memiliki kekuatan yang lebih rendah, keuletan yang lebih rendah, dan ketahanan yang lebih rendah terhadap korosi. Mereka menemukan penggunaan terbatas dalam perbaikan kecil dan kualitas kerja yang buruk. Mereka biasa mengelas besi tempa dan baja ringan. Dalam praktik modern mereka tidak digunakan atau jarang digunakan. Mereka juga dikenal sebagai elektroda biasa.

(ii) Elektroda Berlapis:

Ini kadang-kadang juga disebut sebagai elektroda konvensional. Lapisan (lapisan tipis) bahan fluks diterapkan di sekeliling batang las, dan karenanya disebut sebagai elektroda terlapis. Fluks, selama pengelasan, menyediakan pelindung ke zona logam cair dari oksigen dan nitrogen atmosfer. Fluks ini juga mencegah pembentukan oksida dan nitrida. Fluks bereaksi secara kimiawi dengan oksida yang ada dalam logam dan membentuk terak bersuhu leleh rendah.

Terak mengapung di bagian atas las dan dapat dengan mudah disikat setelah pemadatan las. Kualitas las yang dihasilkan oleh elektroda berlapis jauh lebih baik dibandingkan dengan elektroda telanjang.

Bergantung pada faktor pelapis atau ketebalan lapisan fluks, elektroda yang dilapisi dibagi menjadi tiga kelompok:

(a) Elektroda berlapis tipis.

(b) Elektroda berlapis sedang.

(c) Elektroda berlapis tebal.

Perbandingan tiga jenis elektroda terlapis diberikan pada Tabel 7.10:

Keuntungan dari Elektroda Dilapisi Fluks:

Lapisan fluks pada elektroda las memiliki beberapa keuntungan. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:

1. Melindungi zona pengelasan dari oksidasi dengan menyediakan atmosfer antar gas di sekitar busur.
2. Ini menghasilkan terak suhu leleh rendah, yang melarutkan kotoran yang ada dalam logam seperti oksida dan nitrida, dan mengapung di permukaan kolam las.
3. Memperhalus ukuran butir logam yang dilas.
4. Menambahkan elemen paduan pada logam yang dilas.
5. Menstabilkan busur dengan menyediakan bahan kimia tertentu yang memiliki kemampuan ini.
6. Mengurangi percikan logam las.
7. Ini memusatkan aliran busur dan mengurangi kerugian termal. Ini menghasilkan peningkatan suhu busur.
8. Memperlambat laju pendinginan las dan mempercepat proses pengerasan.
9. Meningkatkan laju pengendapan logam dan penetrasi yang diperoleh.

Konstituen Lapisan Elektroda:

Lapisan elektroda dapat terdiri dari dua atau lebih bahan. Berbagai jenis pelapis digunakan untuk berbagai jenis logam yang akan dilas.

Konstituen pelapis elektroda tipikal dan fungsinya diberikan dalam tabel 7 11. Beberapa di antaranya dibahas di sini:

1. Konstituen Pembentuk Terak:

Bahan pembentuk terak adalah silikon oksida (Sio ₂ ), Mangan oksida (Mno ₂ ), oksida besi (F _e O), asbes, mika, dll. Dalam beberapa kasus, aluminium oksida (Al ₂ o ₃ ) juga digunakan tetapi membuat busur kurang stabil.

2. Konstituen untuk Meningkatkan Karakteristik Busur:

Bahan untuk meningkatkan karakteristik busur adalah natrium oksida (Na ₂ O), Kalsium oksida (CaO), magnesium oksida (MgO), dan titanium oksida (TIO ₂ ).

3. Konstituen Pengoksidasi:

Bahan deoksidasi adalah grafit, aluminium bubuk, tepung kayu, kalsium karbonat, pati, selulosa, dolomit, dll.

4. Konstituen Pengikat:

Bahan pengikat yang digunakan adalah natrium silikat, kalium silikat, dan asbes.

5. Paduan Konstituen:

Elemen paduan yang digunakan untuk meningkatkan kekuatan las adalah vanadium kobalt, molibdenum, aluminium, kromium, nikel, zirkonium, tungsten, dll.

Spesifikasi Elektroda:

Spesifikasi elektroda disediakan oleh Bureau of Indian standard IS : 815-1974 (revisi kedua).

Menurut ini, elektroda yang dilapisi ditentukan oleh:

(i) Surat awalan.

(ii) Nomor kode enam digit.

(iii) Surat akhiran.

(i) Surat Awalan:

Huruf awalan menunjukkan metode pembuatan elektroda.

Huruf awalan dengan metode pembuatan elektroda diberikan pada Tabel 7.12:

(ii) Nomor Kode Enam Digit:

Nomor kode enam digit menunjukkan karakteristik kinerja dan sifat mekanik dari deposit logam las.

Arti setiap digit dari satu sampai enam diberikan dalam Tabel 7.13:

(iii) Surat Akhiran:

Huruf akhiran menunjukkan sifat atau karakteristik khusus dari elektroda.

Ini diberikan dalam Tabel 7.14:

Digit pertama dari nomor kode pada dasarnya menjelaskan jenis penutup yang digunakan pada elektroda dan penutup ini menandakan karakteristik kinerja.

Ada tujuh jenis penutup yang mewakili angka digit pertama yang diberikan pada Tabel 7.15:

Digit kedua kode menunjukkan posisi pengelasan, sesuai Tabel 7.16 di bawah ini:

Digit ketiga nomor kode menunjukkan kondisi arus pengelasan yang direkomendasikan oleh produsen elektroda.

Ini diberikan dalam Tabel 7.17:

Digit keempat, kelima dan keenam dari nomor kode menunjukkan kekuatan tarik, tegangan luluh maksimum dan persentase perpanjangan dengan nilai impak.

Ini diberikan dalam Tabel 7.18:

Selain pengkodean yang diberikan di atas, semua elektroda harus sesuai dengan persyaratan uji IS: 814 (bagian I dan II) – 1974. Setiap paket elektroda harus memiliki penandaan yang menunjukkan pengkodean dan spesifikasi.

Contoh:

IS: 815 pengkodean: E 315 – 411K

Spesifikasi: Referensi: 814 (Bagian-1)

Arti penting dari contoh di atas adalah bahwa:

(i) Elektroda diproduksi dengan ekstrusi padat dan cocok untuk pengelasan busur logam baja ringan. [E].

(ii) Penutup elektroda memiliki sejumlah besar titanium dengan bahan dasar dan akan menghasilkan terak cair. [3].

(iii) Elektroda cocok untuk pengelasan pada posisi datar, horizontal, vertikal dan di atas kepala. [1].

(iv) Elektroda cocok untuk pengelasan dengan arus searah, dengan elektroda +ve atau -ve. Ini juga cocok untuk pengelasan dengan arus bolak-balik dengan tegangan rangkaian terbuka kurang dari 90 volt. [5].

(v) Elektroda memiliki kisaran tegangan tarik logam yang diendapkan adalah 410 sampai 510 N/mm ² . [411].

(vi) Elektroda memiliki tegangan luluh maksimum logam yang diendapkan adalah 330 N/nm ² . [411].

(vii) Elektroda memiliki persentase pemanjangan minimum pada uji tarik logam yang diendapkan adalah 20 persen pada panjang gauge 5,65 √o _dan nilai uji impak rata-rata logam yang diendapkan adalah 47J pada suhu 27°C. [411].

(viii) Elektroda memiliki serbuk besi di penutupnya, memberikan pemulihan logam 130 sampai 150 persen.

(ix) Elektroda sesuai dengan IS: 814 (Bagian-I)-1974.