Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang:- 1. Pengantar Pengelasan Thermit 2. Prinsip Pengoperasian Pengelasan Thermit 3. Peralatan, Pengaturan dan Pengoperasian 4. Varian.
Pengantar Pengelasan Thermit:
Ini adalah proses di mana campuran bubuk aluminium dan oksida logam, yang disebut Thermit, dinyalakan untuk menghasilkan logam cair dalam jumlah yang dibutuhkan melalui reaksi eksotermik tanpa kekerasan. Logam super panas yang dihasilkan dituangkan di tempat yang diinginkan yang pada pemadatan menghasilkan sambungan las. Dengan demikian proses pengecoran cum pengelasan.
Proses ini telah digunakan sejak tahun 1895 untuk menyambung rel di lokasi dan untuk perbaikan dan penyelamatan coran berat. Namun, proses ini perlahan-lahan tidak lagi digunakan karena biayanya yang tinggi dan karena pengembangan proses yang lebih efisien, sangat mekanis, dan lebih murah seperti flash butt welding dan electroslag welding.
Prinsip Operasi Pengelasan Thermit:
Reaksi termokimia yang terjadi pada penyalaan termit didasarkan pada persamaan dasar berikut:
Oksida logam + Al (bubuk) → Logam + Al oksida + panas…………. (15.1)
Reaksi ini dapat dimulai hanya jika campuran dinyalakan dengan bubuk pengapian khusus atau batang pengapian. Temperatur penyalaan untuk thermit mix ture yang mengandung oksida besi adalah sekitar 1200°C.
Meskipun oksida logam yang digunakan dalam pengelasan Thermit biasanya oksida besi, namun oksida tembaga, nikel, kromium, dan mangan juga dapat digunakan untuk memberikan reaksi berikut dan suhu teoretis yang sesuai tercapai.
(i) Dengan besi:
(ii) Dengan tembaga:
(iii) Dengan Nikel:
(iv) Dengan Chromium :
(v) Dengan Mangan :
Reaksi pertama ini paling sering digunakan untuk pengelasan termit. Campuran semacam itu biasanya mengandung 3 bagian berat oksida besi dan satu bagian bubuk aluminium. Ketika dinyalakan menghasilkan suhu teoritis 3090 °C dan tidak cocok karena aluminium menguap pada suhu sekitar 2500 °C. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengurangi suhu ini hingga batas kerja sekitar 2480 °C dengan penambahan konstituen yang tidak bereaksi seperti skrap baja.
Namun, suhu logam cair tidak boleh diturunkan di bawah sekitar 2100 °C karena Al 2 O 3 membeku pada sekitar 2040 °C. Unsur paduan, berupa paduan ferro dapat ditambahkan ke dalam campuran thermit untuk mendapatkan komposisi logam cair yang diinginkan.
Namun, dalam menghitung berat campuran thermit untuk pengelasan, hanya berat oksida besi dan serbuk aluminium yang diperhitungkan. Penambahan yang dilakukan untuk penyesuaian komposisi dan temperatur tidak termasuk dalam perhitungan campuran thermit. Jadi, 50 kg oksida logam dan campuran bubuk aluminium yang telah ditambahkan 15 kg logam dan paduan disebut sebagai 50 kg termit.
Reaksi termit tidak eksplosif dan selesai dalam waktu kurang dari dua menit terlepas dari jumlah yang terlibat.
Terlepas dari kemurnian tinggi dari bahan thermit, keberadaan aluminium sangat mendorong nukleasi yang cepat dan ukuran butir yang kecil; namun jumlah maksimum aluminium dalam baja dibatasi sekitar 0,7%
Peralatan, Pengaturan dan Pengoperasian Pengelasan Thermit:
Penggunaan utama las thermit adalah untuk penyambungan rel di lokasi, dan las perbaikan komponen berat. Kegunaan lain dari proses termasuk las tulangan dan penyambungan konduktor listrik non-besi.
Peralatan dan pengaturan yang disertakan di sini di bawah busur khusus untuk aplikasi ini :
- Pengelasan Rel:
Gambar 15.1 menunjukkan pengaturan standar untuk menyambung rel di lokasi, untuk mengurangi kebisingan akibat pergerakan kereta api berkecepatan tinggi. Di tambang batu bara, jalur pengangkutan sering dilas untuk mengurangi tumpahan batu bara karena jalur yang tidak rata. Demikian pula rel derek dilas untuk meminimalkan perawatan sambungan dan getaran bangunan karena lewatnya roda bermuatan berat di atas sambungan.
Campuran termit tersedia untuk pengelasan semua jenis rel yang sebagian besar terbuat dari baja C-Mn meskipun rel baja Cr, Cr-Mo, Cr-V, dan Si-alloy juga digunakan. Untuk reaksi standar muatan 1000 gm termit menghasilkan 476 gm terak, 524 gm baja dan 181500 kalori panas.
Oksida besi yang diperoleh sebagai skala pabrik ditambahkan ke bubuk aluminium dan bahan lainnya untuk mengontrol reaksi serta komposisi akhir dari bahan cair.
Komposisi logam yang diendapkan untuk menyambung rel biasanya dari analisis berikut:
Jumlah termit yang dibutuhkan, biasanya tersedia dalam kantong kain, dimasukkan ke dalam wadah yang dijepit ke salah satu rel dan dapat dipindahkan ke posisi yang diinginkan dengan gerakan sepanjang lingkaran.
Sambungan yang akan dilas ditutup dalam cetakan tanah liat dengan desain terpisah yang dibuat sebelumnya untuk mengelas ukuran rel standar dengan celah akar 20-35 mm. Cetakannya sangat sejajar sehingga bagian tengahnya bertepatan dengan bagian tengah celah antara ujung rel. Bagian cetakan yang berbeda diikat menjadi satu dengan dempul tanah liat yang disiapkan di lokasi.
Cetakan yang disiapkan di sekitar sambungan memiliki ventilasi, penambah, dan gerbang sesuai dengan praktik pengecoran normal; selain itu gerbang pemanasan awal juga disediakan, seperti yang ditunjukkan. Pemanasan awal rel dilakukan dengan bantuan obor yang dirancang khusus yang beroperasi dengan minyak tanah atau bensin bersamaan dengan udara bertekanan. Rel biasanya dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu 600 hingga 1000°C yang biasanya diperiksa dari warna rel atau lebih akurat dengan bantuan tongkat termal.
Setelah suhu prapemanasan yang diinginkan tercapai obor ditarik dan lubang prapemanasan ditutup dengan sumbat pasir; wadah berjajar tahan api yang berisi muatan termit dipindahkan ke posisi di atas cetakan.
Muatan tersebut kemudian dinyalakan dengan menggunakan batang besi yang dipanaskan atau lebih mudah dengan membenamkan petasan api (Phuljhari) yang menyala ke dalam campuran thermit. Kadang-kadang campuran termit dinyalakan dengan menempatkan setengah sendok teh bubuk pengapian khusus yang sebagian besar terdiri dari barium peroksida.
Campuran tersebut ketika dinyalakan dengan hot bar mencapai suhu 1100 – 1300 °C yang cukup untuk menyalakan campuran thermit. Tidak ada serbuk pengapian yang ditambahkan ke thermit sampai sesaat sebelum waktu penyalaan. Disulut dengan cara ini, reaksi eksotermik tidak keras. Terlepas dari ukuran muatan, reaksi selesai dalam 30 detik hingga 2 menit. Karena perbedaan yang cukup besar antara gravitasi spesifik dari logam cair dan terak, keduanya dipisahkan dengan terak mengambang di atas sehingga memberikan perlindungan pada logam cair dari reaksi dengan gas atmosfer.
Setelah reaksi selesai, penyadapan dilakukan dengan segera mengangkat pasak penyadapan ke atas dengan batang baja pipih. Namun, kadang-kadang, segel self-tapping digunakan di bagian bawah wadah. Dalam kemudahan itu logam cair yang diperoleh setelah penyalaan muatan melelehkan segel dan mengalir keluar dari dasar wadah ke dalam cetakan sari mengalir ke celah antara rel yang akan disambung.
Terak berada di atas logam cair dalam wadah mengalir terakhir dan tidak mencapai rongga cetakan dan dengan demikian tetap berada di atas las di mana ia mengeras. Ketika logam telah mengeras, cetakan dibuka dan dibuang. Kelebihan logam pada sambungan dihilangkan dengan membalut dengan bantuan pneumatik atau pahat tangan, dan sambungan diberi bentuk yang diinginkan saat masih panas. Lasan dihaluskan, jika perlu, dengan gerinda tangan.
- Pengecoran Perbaikan:
Pengelasan perbaikan coran berat adalah bidang aplikasi penting lainnya untuk pengelasan termit. Aplikasi seperti itu bersifat non-berulang, oleh karena itu cetakan pra-produksi biasanya tidak dapat digunakan. Dengan demikian, cetakan harus dibuat untuk setiap las agar sesuai dengan bentuk komponen.
Langkah penting pertama dalam menyiapkan sambungan untuk pengelasan termit adalah membersihkannya secara menyeluruh biasanya dengan nyala api oxy-acetylene diikuti dengan pendinginan untuk memisahkan bahan asing dari benda kerja. Area hingga sekitar 15 cm di kedua sisi sepanjang patahan yang akan dilas harus dibersihkan secara menyeluruh. Celah yang tersisa antara bagian yang akan dilas yang dihitung dengan hubungan empiris (7 A) 1/3 mm, dimana A adalah luas permukaan setiap komponen yang akan dilas.
Setelah bagian-bagian dibersihkan dan diberi jarak dengan benar, lilin kuning disiapkan untuk membuat pola untuk mengisi celah dan memberikan bentuk yang tepat pada las yang telah selesai. Lilin yang dipanaskan dalam keadaan plastik digunakan untuk membuat pola ini. Cetakan pasir kemudian dibangun di sekitar pola dengan menempatkan kotak cetakan yang sesuai untuk menampung pasir cetakan.
Pola kayu yang diperlukan digunakan untuk menyediakan gerbang penuangan dan penyembuhan, dan anak tangga di semua titik tinggi pada sambungan. Ketika dua potong busur dengan ukuran yang sama dilas menjadi satu, maka pintu pemanas terletak di tengah pola lilin Namun, ketika tidak sama bagian-bagian harus disambungkan pintu pemanas diarahkan ke bagian yang lebih besar untuk menyediakan, sejauh mungkin, pemanasan yang seragam dari kedua bagian.
Bagian berongga disediakan di bagian atas cetakan untuk mengumpulkan terak. Kehati-hatian harus dilakukan untuk memadatkan pasir dengan baik untuk memberikan kontak yang tinggi antara pasir cetakan dan lilin. Pasir cetakan yang digunakan untuk membuat cetakan harus memiliki refraktori yang tinggi, permeabilitas yang tinggi, kekuatan geser yang memadai, dan harus bebas dari bahan lempung dengan titik leleh rendah.
Pemanasan awal dilakukan dengan bantuan obor yang dirancang khusus yang dapat ditempatkan pada posisi yang diinginkan dengan mudah melalui gerbang pemanas. Tujuan pemanasan pada tahap awal adalah untuk melelehkan pola lilin sehingga panas diterapkan secara bertahap. Setelah lilin keluar dari cetakan, panas dinaikkan secara bertahap untuk memanaskan permukaan yang akan dilas dan mengeringkan cetakan sepenuhnya untuk menghindari porositas. Pemanasan awal dilanjutkan hingga bagian yang akan dilas dipanaskan hingga suhu 815 hingga 980 °C.
Setelah pemanasan awal selesai, obor ditarik dan gerbang pemanas diblokir dengan batang baja yang didukung dengan pasir cetak.
Campuran termit yang ditempatkan dalam wadah berbentuk kerucut berlapis tahan api dinyalakan seperti yang dijelaskan di bagian pengelasan rel. Pukulan baja karbon rendah terkadang ditambahkan ke muatan untuk meningkatkan jumlah logam cair yang dihasilkan.
Jumlah campuran thermit yang diperlukan untuk sambungan dapat dihitung dengan menggunakan hubungan berikut:
Q = M/0,5+0,01 S………. (15.2)
Di mana:
Q = jumlah termit yang dibutuhkan, kg,
M = logam cair yang diperlukan untuk mengisi celah sambungan ditambah kehilangan 10%, kg,
S = persen pukulan baja untuk dimasukkan dalam muatan.
Kira-kira 25 kg thermit diperlukan untuk setiap kg lilin dalam pola.
Campuran thermit dapat dirancang untuk menghasilkan deposit logam las yang spesifik.
Analisis normal dari thermit yang digunakan untuk mengelas baja ringan dan baja karbon sedang adalah:
C = 0,20—0,30%
Mn = 0,5 —0,60 %
Si = 0,2 —0,50 %
Al = 0,07—0,18%
Fe = Sisa
Thermit juga dapat dirancang untuk baja tahan aus dan untuk mengelas baja karbon. Sifat mekanik dari busur thermit yang biasa digunakan kira -kira sama dengan baja ringan. Untuk mengelas besi tuang, thermit dapat dibuat dengan menambahkan ferro-silikon ke dalamnya.
Campuran termit dapat dinyalakan dengan salah satu dari dua metode yang dijelaskan sebelumnya di bagian pengelasan rel yaitu, dengan menggunakan bubuk awal yang dapat dinyalakan dengan batang korek api, korek api gas, atau batang besi panas atau sebagai alternatif dengan menggunakan a pemecah api.
Lelehan logam disadap, setelah reaksi mereda, dengan memukul pin penyadapan dengan tiupan ke atas yang tajam. Logam cair mengalir ke cetakan untuk mengisi sambungan.
Cetakan biasanya dibuang dengan cara memecahkannya dan lasan ditutup dengan melepas gerbang dan anak tangga dengan bantuan obor pemotongan oxy-acetylene diikuti dengan pemesinan atau penggilingan. Jika memungkinkan, seluruh lasan dianil untuk menghilangkan stres.
Pengelasan termit digunakan terutama dalam perbaikan komponen besar misalnya, rangka kemudi, poros baling-baling, pinion baja rolling mill, poros dan struts. Ini juga digunakan untuk perbaikan cetakan ingot dengan memotong bagian bawah cetakan dan membangunnya kembali sepenuhnya dengan logam thermit.
- Batang Penguat Pengelasan:
Untuk tulangan las cetakan dalam dua bagian, pra-diproduksi dengan cetakan shell atau proses CO2 , diposisikan untuk menutup ujung batangan yang akan dilas seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 15.2. Cetakan tersebut kemudian diskalakan dengan asbes dan pasir untuk menghindari kebocoran logam cair.
Lubang penyadapan di wadah ditutup dengan cakram penutup horizontal sebelum mengisinya dengan campuran termit. Setelah reaksi selesai, baja meleleh melalui piringan penutup untuk mengisi celah di antara jeruji. Rein forcing bar dapat dilas pada posisi apapun dengan proses ini dan pengaturan untuk mengelas batang tersebut dalam konfigurasi horizontal ditunjukkan pada Gambar 15.3.
- Pengelasan Konduktor listrik :
Pengelasan aluminotermik digunakan untuk menyambung konduktor tembaga atau jalur kabel dengan menggunakan pengaturan yang ditunjukkan pada Gambar 15.4. (sebuah). Campuran ketika dinyalakan memberikan sekitar 98% tembaga murni dengan reaksi yang diberikan oleh persamaan (15.5) dan (15.6).
Reaksi selesai dalam 1 sampai 5 detik dan tembaga cair yang dihasilkan dipanaskan dengan terak di atasnya. Komposisi logam cair dapat diubah agar sesuai dengan logam yang akan digabungkan dengan membuat penambahan yang sesuai , dalam bentuk bubuk atau slug, ke dalam campuran thermit. Lasan yang telah selesai ditunjukkan pada Gambar 15.4. (b).
Selain menyambungkan konduktor listrik, proses ini dapat digunakan untuk menyambungkan konduktor tembaga ke rel baja untuk menyediakan sambungan arde. Untuk aplikasi seperti itu, cetakan grafit diredam ke rel pada bagian yang diinginkan. Cetakan dapat digunakan kembali setelah pekerjaan selesai, dengan menghilangkan terak darinya.
Varian Proses Pengelasan Thermit:
Selain aplikasi yang telah dijelaskan, las thermit juga digunakan untuk merakit bagian-bagian struktur berukuran besar, pembuatan kapal, membuat poros engkol besar, dan poros baling-baling dengan menggunakan muatan thermit hingga 3000 kg. Namun, terlepas dari sejumlah keuntungan yang pasti, proses ini perlahan-lahan tidak lagi digunakan dan digantikan terutama dengan las flash butt untuk menyambung rel, dan las Electroslag untuk konstruksi berat.
Satu-satunya varian dari Pengelasan Thermit normal adalah apa yang disebut Pengelasan Tekanan Thermit.
Pengelasan Termit Tekanan:
Dalam proses ini hanya panas yang dihasilkan oleh reaksi termit yang digunakan untuk memanaskan ujung komponen yang akan disambung dengan pengelasan fasa padat ; tidak ada produk residu dari reaksi yang harus dimasukkan ke dalam sambungan sambungan. Oleh karena itu, prosedur proses direncanakan untuk menjaga agar produk reaksi tetap bersih dari benda kerja tanpa terlalu banyak kehilangan efisiensi termal.
Dalam proses ini, dua bahan dengan panjang seragam yang memiliki luas yang sama pada antarmuka sambungan diselaraskan secara aksial; ujungnya dipanaskan ke suhu yang diinginkan oleh produk reaksi termit dan kemudian didorong bersama di bawah tekanan terkontrol untuk membuat las butt fase padat. Gambar 15.5 menunjukkan pipa yang dilas tekanan dengan menutup sambungan dengan cetakan permanen sehingga memungkinkan baja super panas dan terak mengalir dalam kontak di sekitar pipa untuk berfungsi sebagai sumber panas pengelasan.
Mekanisme penjepit yang dirancang dengan tepat digunakan untuk memaksa ujung pipa menyatu, setelah pemanasan, untuk menyelesaikan pengelasan. Pengaturan pemanasan ini, bagaimanapun, hanya cocok untuk benda kerja dengan luas penampang kecil. Permukaan sambungan yang lebih besar dapat diberi jarak dengan jarak yang kecil dengan cetakan yang dapat dilepas di sekelilingnya.
Ruang antara permukaan dan sisa cetakan diisi dengan termit dan reaksi dimulai. Produk reaksi dibiarkan tetap pada posisinya sampai panas yang cukup dipindahkan ke permukaan yang akan disambung. Cetakan dan produk reaksi kemudian dilepas dan kedua permukaan didorong bersama untuk menyelesaikan las solid-state.
Tak satu pun dari metode ini dapat menghasilkan lasan berkualitas seragam secara konsisten dan oleh karena itu jarang digunakan; bahkan untuk bahan yang sangat mudah dilas seperti baja ringan. Juga biaya pengelasan termit tekanan mahal, sehingga biasanya dihindari.
