Artikel ini menyoroti empat variabel proses utama dalam Electron Beam Welding (EBW). Variabel prosesnya adalah: 1. Tegangan Percepatan 2. Daya Balok 3. Ukuran Titik Balok 4. Kecepatan Pengelasan.
Variabel Proses # 1. Mempercepat Tegangan:
Dengan meningkatnya tegangan percepatan, penetrasi las meningkat. Sistem tegangan tinggi (70-150 Kv) memungkinkan ukuran titik yang lebih halus, panjang fokus yang lebih panjang, dan jarak kerja yang lebih jauh. Dengan demikian, untuk jarak senjata-ke-bekerja yang panjang atau produksi las sisi paralel yang sempit, tegangan percepatan harus ditingkatkan untuk mendapatkan panjang fokus maksimum, Gambar 14.6. Ini karena ketika tegangan percepatan dinaikkan, arus pancaran yang dibutuhkan untuk pengaturan daya yang diberikan berkurang secara proporsional.
Jadi, dengan lebih sedikit elektron dalam berkas untuk saling tolak, berkas yang lebih sempit terbentuk sesuai dengan hubungan berikut:
Namun, untuk sistem tegangan tinggi senjata cenderung lebih panjang dan dengan insulasi tegangan tinggi diperlukan, senjata harus tetap diam dan pekerjaan dipindahkan di bawahnya.
Untuk kekuatan pancaran yang sama tetapi voltase percepatan yang lebih rendah, jarak kerja cenderung lebih pendek dan pancaran lebih konvergen. Senjata seperti itu, jika tetap diam, akan menguasai area kerja yang lebih kecil sehingga sering kali dirancang untuk dipindahkan di sekitar pekerjaan tetap yang disimpan di ruang vakum.
Variabel Proses # 2. Kekuatan Balok:
Energi kinetik setiap elektron diberikan oleh ½mv 2 tetapi v, yaitu, kecepatan elektron sebanding dengan akar kuadrat dari percepatan tegangan sehingga energi setiap elektron sebanding dengan tegangan percepatan. Karena jumlah elektron yang tiba per satuan waktu berbanding lurus dengan arus pancaran, daya pancaran dapat dinyatakan dalam produk tegangan percepatan dan arus pancaran, yaitu dalam watt. Dengan meningkatnya arus balok , penetrasi las juga meningkat. Daya pancaran dibagi dengan luas titik pancaran pada permukaan kerja memberikan densitas energi dan dapat setinggi 5 x 10 9 W/mm 2 .
Keluaran panas dari berkas elektron yang memiliki tegangan percepatan 120 KV dan arus berkas 12,5 mA dapat dihitung sebagai berikut:
Oleh karena itu pada tumbukan dengan permukaan kerja 1507 joule per detik dilepaskan sebagai energi panas dengan diameter titik sinar 2,5 mm; energi ini mampu menyembuhkan tungsten setebal 6 mm pada suhu 17000°C/detik. Pengurangan diameter balok sebesar 0,25 mm secara teoritis dapat menghasilkan peningkatan laju pemanasan seratus kali lipat. Meskipun sebagian energi panas hilang karena konduksi, penguapan, dan kehilangan radiasi, tetapi daya yang ditunjukkan cukup tinggi untuk memperhitungkan rasio penetrasi las terhadap lebar las yang tinggi yang diperoleh dengan berkas elektron.
Unit EBW mungkin memiliki peringkat daya 1,25 hingga 60 KW tetapi kisaran yang lebih umum adalah 3 hingga 35 KW. Unit-unit ini dirancang untuk memberikan tegangan keluaran dan arus pancaran tertentu seperti yang ditunjukkan pada tabel 14.2.
Pengaruh arus balok pada kedalaman penetrasi untuk baja tahan karat tipe 302 yang dilas pada kecepatan perjalanan 11 -25 mm/detik ditunjukkan sebagai fungsi tegangan percepatan pada Gambar 14.7.
Gambar 14.7 Pengaruh arus balok pada penetrasi las
Variabel Proses # 3. Ukuran Beam Spot:
Ukuran titik balok pada pekerjaan merupakan faktor penting karena mempengaruhi lebar lasan serta kerapatan energi dan rasio penetrasi terhadap lebar. Bergantung pada tegangan percepatan dan arus pancaran, ukuran titik pancaran antara diameter 0-1 hingga 0-5 mm dapat dicapai. Namun, tidak mudah mendapatkan ukuran titik sekecil itu.
Ini karena elektron dalam berkas bergerak dengan kecepatan berbeda dan selama perjalanannya melalui lensa elektromagnet mereka mengalami efek yang mirip dengan aberasi sferis pada lensa optik. Dengan demikian, kerucut luar sinar difokuskan lebih dekat daripada sinar aksial karena kedekatannya dengan potongan kutub di lensa magnet di mana kekuatan medan lebih tinggi.
Meskipun tegangan tinggi dan arus sinar rendah mendukung ukuran titik yang kecil namun sangat sulit untuk mendapatkan berkas elektron yang panjang, sempit, dan fokus halus yang diinginkan untuk pengelasan. Juga, karena perputaran sinar selama melewatinya melalui lensa magnetik, setiap asimetri diputar dengan cara yang tidak dapat diprediksi dan menyusahkan sesuai dengan perubahan fokus dan jarak kerja.
Gambar 14.8 Efek pemusatan balok pada geometri manik dan penetrasi
Spot balok yang terfokus tajam menghasilkan kerapatan panas efektif maksimum , sehingga menghasilkan lasan sisi paralel yang sempit. Defocussing balok dengan over-focussing atau under-focussing meningkatkan ukuran titik pada permukaan kerja yang menghasilkan weld bead dangkal atau berbentuk Vee; efek ini ditunjukkan pada Gambar. 14.8.
Variabel Proses # 4. Kecepatan Pengelasan:
Untuk tingkat kekuatan balok tertentu, kecepatan pengelasan memiliki efek yang nyata pada penetrasi pada kecepatan perjalanan rendah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.9; namun saat kecepatan ditingkatkan, efeknya pada penetrasi terus berkurang. Lebar las juga berkurang dengan peningkatan kecepatan perjalanan.
Untuk EBW, ekspresi yang diterima secara umum untuk laju input energi untuk pekerjaan adalah joule per mm panjang las seperti yang diungkapkan oleh persamaan,
Masukan energi, J/mm= VI/S= P/S …… (14.2)
di mana,
I = arus balok, amp
P = daya pancaran, watt atau joule/detik
S = kecepatan pengelasan, mm/detik-
Variabel EBW dapat diinterpolasi secara grafis dengan menggunakan persamaan (14.2) bersama dengan data yang tersedia untuk pengelasan ketebalan logam yang berbeda. Gambar 14.10 menunjukkan data seperti itu berdasarkan kondisi yang ditetapkan untuk beberapa paduan yang lebih sering dilas dengan proses ini. Grafik seperti itu berguna untuk menentukan persyaratan pengaturan awal daya dan kecepatan perjalanan untuk mengelas paduan tertentu dengan ketebalan tertentu.
Gambar 14.10 Hubungan antara daya, kecepatan las dan ketebalan material untuk las penetrasi penuh oleh EBW pada material yang berbeda.
