Artikel ini menyoroti tiga teknik khusus pengelasan. Teknik tersebut adalah: 1. Pengelasan MIAB (Magnetically Impelled Arc Butt) 2. Produksi Pipa dengan Pengelasan 3. Pengelasan Celah Sempit.
Teknik # 1. Pengelasan MIAB (Pantat Busur Terdorong Secara Magnetik):
Dalam pengelasan MIAB, yang digunakan untuk mengelas tubular atau bagian penampang berongga bersama-sama, permukaan tabung yang akan disambung dipisahkan oleh celah kecil 1-2 mm dan busur las dipukul oleh pelepasan frekuensi tinggi melintasi celah, menggunakan sumber daya arus konstan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 22.25. Pada saat yang sama medan magnet radial statis yang dibuat dengan bantuan koil magnet berengsel ditumpangkan di celah yang menyebabkan busur bergerak di sekitar ujung tabung sebagai hasil interaksi dengan medan magnet.
Kecepatan rotasi busur sangat tinggi, hingga 150 m/detik atau lebih, menghasilkan pemanasan ujung tabung yang sangat cepat dan merata. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai pemanasan yang diinginkan adalah ½ sampai 2 detik tergantung massa logam yang akan dipanaskan. CO 2 sering digunakan sebagai gas pelindung untuk melindungi busur dan logam cair. Setelah dipanaskan, ujung tabung ditempa bersama di bawah tekanan hingga sekitar 2200 N. Arus pengelasan maksimum yang digunakan biasanya 1000 A.
Pengelasan fase padat yang dihasilkan oleh pengelasan MIAB memiliki flash karakteristik yang diperoleh karena tindakan yang mengganggu. Kekuatan dan kualitas lasan sebanding dengan lasan yang dihasilkan oleh proses pengelasan gesekan dan flash butt welding. Keuntungan utama yang diklaim untuk pengelasan MIAB dibandingkan proses pengelasan butt, flash, dan gesekan resistensi alternatif adalah kecepatan pengelasan yang tinggi, konsumsi energi yang rendah, kemudahan otomatisasi, dan kemampuan untuk bergabung dengan tabung non-melingkar.
Persiapan permukaan tabung tidak penting sehingga permukaan apa pun dari tanah hingga yang dipotong oleh gergaji besi cocok untuk pengelasan dengan pengelasan MIAB. Namun, las berdiameter besar (lebih dari 100 mm) membutuhkan sambungan arus yang merata di sekeliling pinggiran untuk memastikan rotasi busur yang baik. Tingkat produksi dengan pengelasan MIAB bisa 8-10 kali lipat dari gesekan, dan proses las butt flash .
Pengelasan MIAB sejauh ini telah dieksploitasi terutama oleh industri empedu otomotif Eropa untuk mengelas komponen karbon rendah, paduan rendah, dan baja tahan karat. Aplikasi khusus dari proses ini termasuk penyambungan poros baling-baling, poros penggerak, ujung gandar belakang, peredam kejut (tutup dilas ke ujung tabung), dan penyangga berisi gas. Saat ini kisaran diameter tabung yang dapat dilas dengan las MIAB adalah sekitar 10-300 mm dengan ketebalan dinding 0,7 hingga 13 mm.
Peralatan proses telah dikembangkan baik untuk fabrikasi toko maupun lapangan.
Proses ini tidak dapat digunakan untuk mengelas batang padat, dan kualitas sambungan tidak dapat dijamin oleh NDT karena dimungkinkan untuk memiliki lapisan oksida yang sangat tipis atau inklusi yang rata pada garis las. Namun, terlepas dari keterbatasan ini , proses ini diharapkan dapat digunakan secara luas dalam industri seperti peralatan rumah tangga, AC, pendingin, dan manufaktur furnitur.
Teknik #2. Produksi Pipa dengan Pengelasan:
Tingkat produksi tabung dan pipa yang tinggi dicapai dengan tiga varian pengelasan jahitan resistensi berikut:
(i) Pengelasan butt seam hambatan listrik (proses ERW),
(ii) Pengelasan resistansi frekuensi tinggi (HFRW), dan
(iii) Pengelasan induksi frekuensi tinggi (HFIW).
(i) Proses ERW:
Tabung dan pipa baja dalam jumlah besar diproduksi dengan pengelasan butt seam resistensi dari strip yang ujungnya terus menerus dicukur dan digulung menjadi tabung dengan diameter yang diinginkan sebelum pengelasan. Arus bolak-balik hingga 4000A pada sekitar 5 volt dimasukkan melintasi sambungan oleh elektroda dari jenis rol terpisah dan gaya diterapkan oleh gulungan tekanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 22.26. Untuk memasukkan arus deras langsung ke elektroda yang bergerak, sebuah transformator berputar dengan cincin selip di sisi primer digunakan. Berbeda dengan pengelasan jahitan normal, arus dan gerak kerja terus menerus dalam proses ini.
Laju produksi maksimum dibatasi oleh frekuensi arus pengelasan karena dengan meningkatnya kecepatan pengelasan, setengah siklus arus individu akhirnya mengarah pada pengelasan titik, bukan pengelasan jahitan. Untuk mengatasi kesulitan ini, frekuensi arus biasanya dinaikkan menjadi 350 hertz untuk mencapai kecepatan pengelasan 36 m/menit.
Tabung yang dihasilkan oleh proses ini memiliki sirip dari logam yang rusak di sepanjang sambungan las baik di dalam maupun di luar yang biasanya dilepas dengan memasang pemotong yang sesuai di jalur produksi. Tabung dipotong sesuai panjang yang diinginkan dengan menggunakan pemotong yang bergerak sepanjang tabung dan disinkronkan untuk memotong panjang yang diinginkan dalam putaran yang tersedia dalam siklus tertentu.
(ii) Proses HFRW:
Dalam proses ini tabung dibentuk oleh rol dengan cara yang sama seperti dalam proses ERW tetapi arus dalam kisaran 500 – 5000A pada frekuensi hingga 500 KHz dan tegangan sekitar 100 volt, dimasukkan melalui probe yang terbuat dari paduan tembaga. dan dudukan tembaga berpendingin air berat berpendingin perak. Ukuran ujung kontak berkisar antara 15 – 650 mm 2 tergantung pada arus listrik yang dibawa.
Sedangkan di ERW, panas dihasilkan terutama oleh resistansi kontak antar muka, dihasilkan oleh efek kulit yang menyebabkan arus mengalir di kedalaman konduktor yang dangkal dan sebanding dengan √1/f. Rol tekanan untuk memberikan tekanan penempaan dipasang tidak jauh dari jalur probe arus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.27. Karena efek kulit, jalur aliran arus terletak di sepanjang strip melalui puncak Vee yang dibentuk oleh permukaan faying yang bertemu pada sudut 4°-7° saat mereka menutup membentuk tabung. Kedalaman daerah yang dipanaskan umumnya kurang dari 0,8 mm dan dengan demikian memberikan kondisi optimal untuk sambungan las.
Dalam proses peleburan ERW tidak terjadi maka pengelasan melibatkan deformasi yang cukup besar dari logam yang dipanaskan untuk memecahkan lapisan oksida untuk membuat kontak logam untuk lasan berkualitas. Namun, dalam HFRW peleburan superfisial dapat terjadi dan logam cair yang dihasilkan diekstrusi di bawah tekanan penempaan gulungan yang mengakibatkan keluarnya bahan teroksidasi atau kotoran lainnya. Tindakan ini membuat proses ini berlaku untuk pengelasan logam non-ferrous dimana lapisan oksida refraktori terbentuk sangat cepat karena pemanasan.
Penggunaan tegangan tinggi dan frekuensi tinggi membantu dalam mencapai kontak yang baik antara probe dan bahan tabung bahkan jika memiliki skala di atasnya Probe berpendingin air memiliki umur panjang dan dapat mengelas ribuan meter tabung sebelum diganti karena untuk dipakai. Probe kontak yang digunakan untuk HFRW logam non-besi mungkin memiliki masa pakai tiga kali lipat dari probe yang digunakan untuk logam besi. Pengelasan pipa non-besi sepanjang 100.000 m dengan satu set probe bukanlah hal yang aneh.
Karena kecepatan pengelasan bergantung pada ketebalan tabung dan bukan pada diameter, maka kecepatan pengelasan tinggi hingga 150 m/menit dapat dicapai untuk HFRW tabung berdinding tipis. Dengan menggunakan unit daya 160 KW pada catu daya 400 KHz, tabung dan pipa dari baja dan aluminium dapat dibuat dengan tingkat produksi yang tinggi bergantung pada ketebalan dinding seperti yang ditunjukkan pada tabel 22.6.
Dalam pengelasan tabung dan pipa HF, arus mengalir di permukaan bagian dalam tabung serta di permukaan luar. Arus tambahan ini yang mengalir secara paralel dengan arus las menyebabkan hilangnya daya. Untuk meminimalkan kehilangan daya ini, inti magnet atau impeder yang terbuat dari bahan ferit seperti besi tempa ditempatkan di dalam tabung.
Penghalang meningkatkan reaktansi induktif dari jalur kismis di sekitar permukaan bagian dalam tabung yang membatasi arus dalam yang tidak diinginkan dan dengan demikian meningkatkan arus luar. Hal ini menyebabkan tingkat produksi yang lebih tinggi. Impeder biasanya didinginkan dengan air untuk menjaga suhunya tetap rendah sehingga tidak kehilangan sifat magnetnya. Untuk menghindari runtuhnya pipa berdinding tipis, impeder dapat dilengkapi dengan roller pendukung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.28, di dalam pipa yang sedang dilas.
Proses HFRW digunakan untuk menghasilkan pipa dan tubing dengan diameter berkisar antara 12 hingga 1270 mm dan dengan ketebalan dinding 0,25 hingga 25 mm. Semua logam dapat dilas dengan proses ini dengan rentang kecepatan dari 5 hingga 300 m/menit tergantung pada ketebalan dinding.
Proses HFRW juga dapat digunakan untuk memproduksi tabung dan pipa spiral dan bersirip. Gambar 22.29 menunjukkan jalur transfer yang dirancang untuk membuat pipa yang dilas secara spiral dari gulungan skelp. Ini memiliki ketentuan untuk pelepasan gulungan otomatis dan pembalut skelp, memotong ujungnya, pengelasan otomatis, perlakuan panas las, dan memotong pipa menjadi panjang.
Gambar 22.30 menunjukkan susunan sirip spiral las pada tubing. Kombinasi logam yang berbeda dari bahan tabung dan sirip dapat dilas dengan HFRW. Kombinasi yang sering dilas termasuk tabung baja tahan karat, sirip baja ringan; tabung cupronickel dan sirip aluminium; tabung baja ringan dan sirip baja ringan.
Diameter berkisar dari 15 mm hingga 250 mm. Ketinggian sirip tipikal sama dengan jari-jari tabung, sirip bisa setebal 6 mm, dan pitch sirip bisa kurang dari 1-2 per cm. Berbagai jenis sirip bergerigi atau terlipat juga dapat dilas ke tabung.
(iii) Proses HFIW:
Pengelasan tabung induksi frekuensi tinggi mirip dengan pengelasan resistansi frekuensi tinggi kecuali bahwa panas yang dihasilkan dalam bahan kerja disebabkan oleh arus yang diinduksi ke dalamnya. Karena tidak ada kontak listrik dengan benda kerja, proses ini hanya dapat digunakan jika ada jalur arus lengkap atau loop tertutup seluruhnya di dalam benda kerja. Arus induksi mengalir tidak hanya melalui area las tetapi juga melalui bagian lain dari pekerjaan.
Tepi tabung disatukan dengan cara yang sama seperti pada proses ERW atau HFIW. Kumparan induksi berpendingin air atau induktor yang terbuat dari tembaga melingkari tabung pada ujung terbuka vee seperti ditunjukkan pada Gambar 22.31. Arus frekuensi tinggi yang dialirkan melalui koil menginduksi arus sirkulasi di sekitar permukaan luar tabung dan di sepanjang tepi vee, memanaskannya ke suhu pengelasan. Tekanan diterapkan untuk menyelesaikan lasan seperti pada HFRW.
HFIW cocok untuk pipa yang terbuat dari logam apapun dengan diameter berkisar 12 hingga 150 mm dengan ketebalan dinding 0,15 hingga 10 mm dengan kecepatan pengelasan berkisar antara 5 hingga 300 m/menit.
HFIW tidak terbatas pada pembuatan tabung tetapi dapat digunakan untuk membuat lasan melingkar untuk tutup las ke tabung. Proses ini dapat digunakan secara menguntungkan untuk tubing berlapis, tubing kecil atau berdinding tipis; dan menghilangkan penandaan permukaan oleh kontak listrik. Proses ini, bagaimanapun, tidak cocok untuk pengelasan logam dengan konduktivitas tinggi atau yang berasal dari oksida refraktori
tidak ada mekanisme yang efektif untuk pembuangan oksida. Secara umum proses HFIW kurang efisien dibandingkan proses HFRW terutama saat mengelas pipa dan tabung ukuran besar.
Teknik # 3. Pengelasan Celah Sempit:
Narrow gap welding adalah istilah yang digunakan untuk setiap proses pengelasan yang digunakan untuk penyambungan bagian berat (>30 mm) dengan ujung persegi atau persiapan tepi sisi paralel dan celah kecil sekitar 6,5 hingga 9,5 mm untuk menghasilkan las dengan las volume rendah. logam. Biasanya proses GMAW digunakan untuk membuat lasan tetapi proses lain seperti SAW dan GTAW juga berhasil digunakan.
Tujuan utama pengelasan celah sempit adalah untuk mengurangi logam las dengan maksud untuk mencapai biaya rendah, kecepatan pengelasan yang lebih tinggi, pengurangan distorsi dan tekanan, dan menggunakan teknik pengelasan satu sisi. Volume logam las mungkin serendah 20% dari metode konvensional seperti yang terlihat dari perbandingan preparasi tepi untuk SAW dengan penampang 150 mm dengan metode konvensional dan celah sempit yang ditunjukkan pada Gambar 22.32.
Sumber tenaga yang digunakan untuk proses GMAW celah sempit bertipe tegangan konstan dengan wire feeder berkecepatan konstan namun kepala las dan noselnya dirancang khusus sehingga dapat diakomodasi pada celah sempit tersebut. Proses celah sempit GMAW adalah metode yang sepenuhnya otomatis dan dapat digunakan di semua posisi. Biasanya dua kabel elektroda dengan diameter masing-masing sekitar 1 mm digunakan secara bersamaan dengan satu kabel diarahkan ke masing-masing dinding. Setiap elektroda memerlukan catu daya dc bertegangan konstan dan sistem pengumpanan kawat.
Tabung kontak dipasang pada gerbong dengan jarak tetap di antara keduanya. Namun, metode celah sempit juga dapat digunakan dengan satu kawat elektroda, yang dapat diombang-ambingkan untuk mendapatkan endapan las yang seragam. Gas pelindung yang digunakan adalah campuran Argon dengan 20 sampai 25 % CO2 .
Arus yang digunakan sekitar 230 hingga 250 A untuk kawat elektroda berdiameter 1 mm dengan elektroda positif pada 25 hingga 26 volt.
Kecepatan perjalanan sekitar 1-1,25 m/menit menghasilkan input panas sekitar 300 hingga 450 J/mm per elektroda per lintasan. Jarak tip-to-work nozzle dijaga tetap sekitar 13 mm. Backing strip diperlukan untuk memulai proses pengelasan. Ini kemudian harus dihilangkan biasanya dengan mencungkil dan menggiling busur udara sebelum pengelasan akar berjalan. Ini tidak hanya mahal dan memakan waktu tetapi juga merusak kualitas las. Sekitar 4 lintasan diperlukan per cm ketebalan benda kerja yang dilas.
Untuk mengatasi kurangnya fusi dinding samping, tabung kontak diatur sedemikian rupa untuk mengarahkan kawat elektroda ke titik yang tepat di dinding samping, alternatif pengumpan elektroda khusus digunakan untuk memberikan kelengkungan, kerut atau puntiran yang diperlukan pada kawat elektroda seperti yang ditunjukkan pada Gambar. .22.33, segera sebelum masuk ke tabung kontak. Tabung kontak biasanya didinginkan dengan air dan diisolasi untuk menghindari korsleting melalui kontak dengan dinding samping.
Keterbatasan las celah sempit termasuk kepala las yang relatif rapuh, dan kesulitan yang terkait dengan perbaikan las sempit tersebut. Kesulitan ini sekarang diatasi dengan menggunakan proses dengan celah 14 sampai 20 mm dan menggunakan 3 kabel elektroda. Jika proses SAW atau FCAW digunakan maka pengelasan dilakukan pada posisi downhand welding tetapi untuk all-position welding proses GMAW dengan elektroda tunggal berdiameter sekitar 3,2 mm digunakan dengan pengaturan arus 400-450 A dan rentang tegangan 30- 37 volt. Gas pelindung yang digunakan biasanya campuran helium, argon dan CO 2 dalam proporsi yang sama.
Kecepatan perjalanan yang dicapai sekitar 40 cm/menit. Sumber listrik yang digunakan adalah arus searah, tegangan konstan jenis tetapi elektroda polaritas negatif digunakan. Sedangkan transfer logam dengan celah celah sempit adalah mode semprot, itu berbentuk bulat dengan celah yang lebih lebar. Dalam metode ini tabung kontak tidak memanjang di dalam celah sehingga menghasilkan penonjolan yang panjang dengan konsekuensi pemanasan resistansi yang cukup besar dari kawat elektroda.
Masalah utama yang terkait dengan kedua versi pengelasan celah sempit ini adalah persiapan sambungan las sehingga celah antara dua bagian yang akan dilas seragam. Sedangkan toleransi yang diperbolehkan pada geometri gap
Pengelasan celah sempit dapat digunakan untuk mengelas baja karbon, baja Q&T kekuatan tinggi, aluminium dan titanium. Aplikasi khusus dari proses ini termasuk pengelasan bejana tekan reaktor, penerima uap dan penukar panas, poros penggerak berdiameter besar, pengumpan air tekanan tinggi berdinding tebal, pipa berdinding tebal dan las penetrasi penuh pada komponen setebal hingga 900 mm dalam rekayasa tenaga nuklir .
