Setelah membaca artikel ini, Anda akan mempelajari tentang:- 1. Pengantar Pengelasan Electroslag (ESW) 2. Bahan yang Dibutuhkan untuk Pengelasan Electroslag (ESW) 3. Rangkaian Listrik dan Pengaturannya 4. Laju Deposisi 5. Desain Sambungan Las 6. Struktur Las dan Properti 7. Aplikasi.
Pengantar Pengelasan Electroslag:
Pengelasan Electroslag adalah proses pengelasan fusi untuk menyambung benda kerja tebal dengan sekali jalan. Proses ini BUKAN merupakan proses las busur meskipun sebagian besar pengaturannya mirip dengan proses las busur biasa dan busur diperlukan untuk memulai proses dan juga dapat terjadi selanjutnya ketika stabilitas proses terganggu.
Panas dihasilkan karena aliran arus melalui terak cair yang memberikan resistansi yang diperlukan menggantikan resistansi busur. Prosesnya memiliki karakteristik yang menyerupai proses pengecoran tetapi dalam hal ini kedua sisi dinding cetakan melebur untuk bergabung dengan logam cair tambahan. Ciri khas dari proses ini adalah lintasan vertikal ke atas di sebagian besar kasus. Ini mungkin menggunakan satu atau lebih elektroda tergantung pada ketebalan pekerjaan.
Penemuan proses pada tahun 1951 dikreditkan ke Institut Pengelasan Paton, Kiev (USSR) dan perkembangan tertentu selanjutnya ke Institut Penelitian Pengelasan, Bratislava (Cekoslowakia). Saat ini proses ini digunakan di seluruh dunia untuk mengelas komponen berdinding tebal seperti bejana tekan, selubung turbin, rangka mesin, dll.
Proses ini menghilangkan masalah yang terkait dengan las multi-run dan menghasilkan las ekonomis dengan kecepatan las tinggi dan tanpa distorsi sudut. Tidak ada batas atas ketebalan yang dapat dilas dengan proses ini meskipun 50 mm biasanya merupakan batas bawah untuk operasi ekonomis.
Meskipun besi tuang, aluminium, magnesium, tembaga, titanium, dll. semuanya dapat dilas dengan proses ini, namun perakit baja adalah pengguna utamanya. Baja yang dilas dengan pengelasan elektroslag dapat mencakup baja karbon dan baja paduan rendah, baja paduan tinggi, baja tahan aus dan korosi.
Bahan yang Dibutuhkan untuk Pengelasan Electroslag:
Selain bahan kerja, bahan habis pakai lainnya yang dibutuhkan adalah kabel elektroda dan fluks. Bahan habis pakai las dapat digunakan secara efektif untuk mengontrol komposisi logam las dan karenanya sifat mekanik dan metalurginya.
- Elektroda:
Umumnya dua jenis elektroda yaitu, padat dan berinti logam, digunakan. Meskipun elektroda padat lebih populer, elektroda berinti logam memungkinkan penyesuaian komposisi logam pengisi untuk baja paduan las melalui penambahan paduan (misalnya, ferro-mangan, ferro-silikon, dll.) di inti dan membantu mengisi ulang fluks di bak cair. .
Dalam pengelasan elektroslag baja karbon dan baja HSLA, kawat elektroda biasanya mengandung lebih sedikit karbon daripada logam dasarnya. Ini mencegah retak pada logam las baja yang mengandung karbon hingga 0-35%. Namun kabel elektroda yang digunakan untuk pengelasan. Baja Hoy biasanya cocok dengan komposisi logam dasarnya. Lasan elektroslag pada baja paduan biasanya diberi perlakuan panas untuk mencapai sifat yang diinginkan pada logam las dan HAZ dan komposisi kawat elektroda yang sesuai memastikan respons yang sama terhadap perlakuan tersebut dari berbagai bagian las.
Lasan electroslag karena persiapan tepi persegi biasanya memiliki pengenceran tinggi berkisar antara 25 dan 50%. Dengan kawat elektroda yang cocok, tidak banyak konsekuensi karena logam dari elektroda dan logam dasar yang meleleh bercampur secara menyeluruh untuk menghasilkan komposisi kimia yang hampir seragam.
Kawat elektroda untuk F.SW biasanya berdiameter antara 1,6 dan 4,0 mm ; namun, kawat dengan diameter 2,4 dan 3,2 mm lebih populer. Kabel ini disuplai dalam bentuk gulungan dengan ukuran gulungan yang bervariasi dan berat maksimum hingga 350 kg; tetapi kemasan yang paling populer beratnya sekitar 25 kg.
- Fluks:
Fluks mungkin merupakan bahan habis pakai yang paling penting dari ESW. Dalam keadaan cairnya, ia mengubah energi listrik menjadi energi panas yang membantu melelehkan kawat elektroda dan logam dasar untuk membentuk sambungan las. Hal ini juga diperlukan untuk melindungi logam las cair dari atmosfir dan untuk memastikan operasi yang stabil.
Fluks dalam keadaan cair diperlukan untuk menghantarkan listrik tetapi pada saat yang sama harus memberikan ketahanan yang cukup terhadap alirannya untuk menghasilkan panas yang cukup untuk pengelasan. Jika resistansi kurang dari yang dibutuhkan, itu menghasilkan busur. Slag juga harus memiliki kekentalan yang optimal yaitu tidak boleh terlalu kental untuk menghambat sirkulasi yang baik dan menyebabkan masuknya slag atau terlalu encer untuk menyebabkan kebocoran yang berlebihan.
Titik lebur fluks harus jauh di bawah logam dasar dan titik didihnya harus jauh di atas suhu operasi untuk menghindari kerugian yang tidak semestinya yang dapat berdampak buruk pada karakteristik operasi. Temperatur operasi untuk pengelasan baja adalah sekitar 1650°C. Fluks cair harus cukup lembam terhadap logam dasar dan harus stabil pada berbagai kondisi pengelasan.
Konstituen utama fluks ESW adalah oksida kompleks silikon, mangan, titanium, kalsium, magnesium, dan aluminium dengan tambahan kalsium fluorida.
Dengan mengabaikan kehilangan akibat kebocoran, jumlah fluks yang digunakan adalah sekitar 5 sampai 10 kg untuk setiap sekitar 100 kg logam yang diendapkan. Dengan bertambahnya ketebalan pelat atau panjang las, konsumsi fluks berkurang menjadi 1,5 kg per sekitar 100 kg logam yang diendapkan. Perkiraan lainnya adalah sekitar 350 gm fluks per meter vertikal dari tinggi sambungan.
Ada dua jenis fluks yang biasanya digunakan untuk ESW. Satu disebut fluks awal dan yang lainnya disebut fluks berjalan. Fluks awal dirancang sedemikian rupa untuk menstabilkan proses ESW dengan cepat; memiliki titik leleh rendah dan viskositas tinggi. Ini meleleh dengan cepat dan membasahi permukaan bah untuk memudahkan awal.
Ini sangat konduktif dan menghasilkan panas tinggi dengan cepat. Sejumlah kecil fluks ini digunakan untuk memulai proses. Ini dapat membantu memulai proses tanpa bah. Aliran atau fluks operasi dirancang untuk memberikan keseimbangan yang tepat antara parameter operasi untuk mencapai konduktivitas listrik, suhu rendaman, dan viskositas yang benar sehingga memperoleh analisis kimia yang diinginkan. Fluks yang berjalan dapat beroperasi pada berbagai kondisi.
Elektroda padat untuk ESW baja karbon dan HSLA dibagi menjadi tiga kelas yaitu, mangan menengah (sekitar 1% Mn), mangan tinggi (sekitar 2% Mn) dan kelas khusus. Fluks ESW diklasifikasikan berdasarkan sifat mekanik deposit las yang dibuat dengan elektroda tertentu & logam dasar tertentu.
Komposisi fluks diserahkan kepada pembuatnya tetapi dua tingkat kekuatan tarik untuk logam las ditentukan: 415-550 MPa dan 485-655 MPa; persyaratan ketangguhan minimum juga harus dipenuhi. Fluks tipikal untuk pengelasan baja struktural karbon rendah akan memiliki analisis nominal untuk konstituen utama seperti yang ditunjukkan pada tabel 11.1.
Penambahan CaF 2 mengurangi viskositas dan meningkatkan konduktivitas listrik dari terak cair.
Sirkuit Listrik dan Pengaturan untuk ESW:
Sirkuit listrik untuk proses ESW ditunjukkan pada Gambar 11.5 (a) dan skema yang sesuai untuk pengaturan ditunjukkan pada Gambar 11.5 (b).
Tingkat Deposisi Pengelasan Electroslag:
Tingkat pengendapan proses pengelasan elektroslag termasuk yang tertinggi untuk setiap proses yang digunakan untuk melakukan pekerjaan yang sama. Gambar 11.11 menunjukkan laju deposisi yang dipengaruhi oleh arus pengelasan untuk kawat elektroda berdiameter 2,4 mm dan 3,2 mm.
Jumlah elektroda yang digunakan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi laju pengendapan di ESW dan sekitar 16 – 20 kg/jam per elektroda. Untuk pekerjaan dengan ketebalan yang berat menggunakan tiga elektroda, 45 – 60 kg/jam logam las dapat diendapkan. Menggunakan jarak sambungan 30 mm laju pengelasan ditunjukkan pada Gambar. 11.12. Pelat berat dengan variasi ketebalan dari 75 hingga 300 mm dilas dengan kecepatan bervariasi dari 60 hingga 120 cm/jam.
Desain Sambungan Las untuk Pengelasan Electroslag:
Jenis sambungan utama yang dapat dilas dengan proses ESW meliputi butt, fillet, comer, transition, T-joint dan cross weld seperti ditunjukkan pada Gambar 11.13; namun sepatu penahan yang dirancang khusus diperlukan untuk sambungan selain butt, corner, dan T-joint. Beberapa lapisan las elektroslag tipikal ditunjukkan pada Gambar. 11.14.
Persiapan Tepi dan Fit-up:
Persiapan tepi untuk pengelasan elektroslag jauh lebih sederhana daripada pengelasan busur dan sebagian besar kasus hanya memerlukan pemotongan pelat dengan tepi persegi. Untuk ketebalan hingga 200 mm dapat dilakukan dengan mesin pemotong api oxy-acetylene. Karena pengelasan elektroslag menghasilkan penetrasi yang dalam, kehalusan tepi potong tidak begitu penting; sebenarnya alur yang dicungkil sedalam 2-3 mm dapat dengan mudah diakomodasi tanpa efek buruk. Namun, di bagian yang lebih tebal, alur seperti itu, yang disebut scallop, sering kali tumbuh dalam dan karenanya memerlukan pemesinan tepi yang dipotong dengan api.
Untuk memasang komponen ESW, biasanya digunakan klem-U dari jenis yang ditunjukkan pada Gambar 11.15. Ini dilas paku di sisi belakang sambungan. Klem berbentuk U digunakan untuk memberikan pergerakan polisi yang tidak terhalang per blok penahan atau untuk lewatnya gerbong yang menganggur. Kadang-kadang klem U dapat diganti dengan tali yang dilepas dengan pukulan palu atau obor pemotongan gas saat kepala las mendekat.
Untuk menyesuaikan suku cadang untuk ESW, sangat penting untuk mempertahankan celah yang dirancang. Namun, biasanya diterima bahwa ada perbedaan antara celah desain dan celah fit-up. Celah desain sering dianggap sebagai besaran yang diasumsikan digunakan untuk menghitung dimensi dari lasan jadi dan lebih kecil dari celah fit-up dengan jumlah penyusutan logam yang diendapkan. Kesenjangan fit-up adalah jarak antara permukaan fusi yang dirakit untuk pengelasan.
Biasanya bervariasi sepanjang sambungan yang sama Umumnya bertambah 2 – 5 mm untuk setiap meter panjang sambungan saat bergerak ke atas sepanjang jahitan. Dengan celah fit-up yang disesuaikan, celah sebenarnya setelah pengelasan dan kontraksi keluar menjadi seragam di sepanjang sambungan dan sama dengan celah desain. Nilai yang disarankan dari desain dan fit-up gap diberikan pada Tabel 11.3 dan Gambar 11.16 menunjukkan tipikal fit-up untuk ESW.
Beberapa set variabel yang disarankan untuk ESW dirangkum dalam Tabel 11 .4.:
Struktur Las dan Properti Pengelasan Electroslag:
Pengelasan Electroslag terutama digunakan untuk pengelasan baja meskipun baja Q & T (Quenched and Tempered) biasanya tidak digabungkan dengan proses ini. Temperatur yang dicapai pada daerah las sekitar 1925°C. Temperatur yang tinggi dengan siklus termal yang berkepanjangan menghasilkan struktur logam las yang terdiri dari butiran austenit besar sebelumnya dengan pola pemadatan kolumnar yang memiliki butiran kasar yang menghasilkan bagian rapuh pada produk jadi.
Biasanya diinginkan untuk menormalkan logam las dengan memanaskan sekitar 40°C di atas suhu transformasi yang lebih rendah dari bahan kerja diikuti dengan pendinginan lambat. Hal ini sangat meningkatkan sifat baja karbon dan baja paduan rendah terutama ketahanannya terhadap inisiasi dan propagasi patah getas.
Pola tegangan sisa yang dihasilkan dalam kondisi as-welded cukup menguntungkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11.17. Biasanya tidak ada distorsi sudut yang dihasilkan pada sambungan E5W karena kesimetrisan sebagian besar las tersebut (sambungan alur persegi dalam satu lintasan). Kekuatan tarik las baja berkisar antara 380 MPa hingga 420 MPa.
Aplikasi Pengelasan Electroslag (ESW):
Bidang utama penerapan proses ESW meliputi pengelasan struktur, permesinan, kapal, bejana tekan dan pengecoran.
Pengelasan butt weld tipe transisi untuk menyambung dengan ketebalan yang berbeda adalah aplikasi ESW struktural yang umum. Penggunaan luas lainnya di area ini adalah pengelasan pengaku pada kolom kotak dan flensa lebar; dalam semua kasus ini, las pengaku akan menjadi sambungan-T.
Penyambungan balok flensa besar dan lebar adalah aplikasi ESW lain yang mengesankan dan penggunaan umum ESW lainnya adalah penyambungan flensa, yaitu pengelasan pantat pelat dengan ketebalan yang sama.
Dalam fabrikasi mesin, pembuatan press besar dan peralatan mesin yang membutuhkan pelat berat dan besar dilakukan dengan bantuan ESW. Aplikasi khusus meliputi penggunaannya dalam kiln, blank roda gigi, rangka motor, rangka tekan, ring turbin, badan penghancur, dan pelek untuk penggiling jalan.
Blok tabur berukuran besar seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11.18 digunakan dalam pengepres untuk mengerjakan logam berkekuatan tinggi terutama titanium karena meningkatkan akurasi dimensi pengepresan. Blok tabur adalah prisma tetrahedral setinggi 1800 mm dan beratnya sekitar 140 ton.
Itu dibuat dengan mengelas tiga tempa baja paduan (0,25 C – Cr – 3 Ni – Mo – V). Bentuk, ukuran dan berat blok tabur tidak memungkinkan penempaan setelah pengelasan untuk mengamankan sifat mekanik yang diinginkan pada sambungan las. Oleh karena itu, dicapai dengan siklus perlakuan panas yang rumit seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11.19.
Pengelasan Electroslag populer dalam pembuatan bejana tekan berdinding tebal untuk industri kimia, minyak bumi, kelautan, dan pembangkit listrik, tetapi perawatan pasca-las sangat penting dalam aplikasi ini untuk mengembalikan keuletan takik yang sering hilang karena pendinginan ESW yang lambat. siklus di HAZ.
ESW juga digunakan untuk membuat sambungan pipa cabang ke bejana berdinding tebal dan juga untuk mengelas lugs pengangkat ke bejana.
Fitur menarik dari ESW adalah bahwa distorsi dapat diprediksi dan dipertanggungjawabkan. Ini membuatnya populer terutama untuk pembuatan kapal di mana sambungan vertikal di lambung kapal tanker besar telah berhasil dilas.
Untuk mengurangi biaya dan meningkatkan kualitas, banyak komponen yang besar dan sulit dicetak diproduksi dalam unit yang lebih kecil, dengan kualitas lebih tinggi, dan kemudian dilas elec troslag. Karakteristik metalurgi las casting dan electroslag serupa, keduanya merespons perlakuan panas pasca-las dengan cara yang sama sehingga menghasilkan struktur dan sifat yang seragam.
