Pengelasan di Lingkungan yang Tidak Biasa | Metalurgi

Setelah membaca artikel ini, Anda akan belajar tentang metode pengelasan di lingkungan yang tidak biasa: 1. Pengelasan dengan Angin 2. Pengelasan pada Suhu Sekitar Rendah 3. Pengelasan dalam Vakum 4. Pengelasan di Luar Angkasa.

Pengelasan dalam Angin:

Pengelasan dalam kondisi berangin menghasilkan pemanjangan busur yang menyebabkan kerusakan pelindung kolam las dari efek merugikan ­gas atmosfer. Oleh karena itu, tegangan busur harus dijaga dalam kisaran untuk memastikan las bebas cacat pada kecepatan angin tertentu.

Perisai gas pelindung dengan pembakaran lapisan dalam las busur logam terlindung dan gas pelindung dalam las busur logam gas ditemukan sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin; bagaimana ­kabel berinti fluks pelindung diri ditemukan memberikan perlindungan yang jauh lebih baik.

Dengan asumsi pemanjangan busur sebagai kriteria kuantitatif dari efisiensi pelindung ­, hasil untuk satu merek kawat las busur berinti fluks pelindung diri (FCAW) dilaporkan oleh Shlepakov, et al. dari percobaan laboratorium simulasi ditunjukkan pada Gambar. 22.1.

Jelas bahwa lasan bebas cacat dapat diperoleh untuk panjang busur yang sangat pendek untuk rentang tegangan busur 21 hingga 22,5 volt untuk kecepatan angin hingga 15 m per detik. Namun, kualitas manik las sangat terpengaruh untuk busur yang lebih panjang terutama pada kecepatan angin yang lebih tinggi. Data serupa untuk jenis kabel FCAW ­self-shielding lainnya juga telah dilaporkan oleh penulis yang sama.

Pengelasan pada Suhu Sekitar Rendah:

Pengelasan selama musim dingin di daerah pegunungan di utara atau lebih khusus lagi di daerah Kutub Utara dan Antartika melibatkan pekerjaan pada suhu yang sangat rendah hingga -40°C atau bahkan lebih rendah. Produktivitas mesin dan struktur di wilayah Kutub Utara pada musim dingin sekitar 1,5 kali lebih rendah dari yang terukur dan dengan demikian umur layanan aktual berkurang 2 hingga 3,5 kali yang mengakibatkan kerugian akhir bagi negara yang terlibat.

Kegagalan komponen dan rakitan mobil, traktor, dan buldoser ­di musim dingin dilaporkan 4 hingga 6 kali lebih tinggi daripada di musim panas. Kerja bulanan rata-rata buldoser di musim dingin adalah 2,7 hingga 7 kali lebih rendah daripada di musim panas. Lebih dari 75% kegagalan dari total komponen dasar las yang tercatat dan rakitan mesin penggali terjadi pada periode musim dingin. Patah getas dan patah lelah adalah penyebab kegagalan sambungan las di kapal keruk dan peralatan pemindah tanah lainnya.

Dengan penurunan suhu di musim dingin di wilayah Arktik, peningkatan kegagalan dilaporkan terjadi pada jaringan pipa, jembatan, gelagar pengangkut beban, tangki, tangki penyimpanan minyak ­, dan bejana tekan. Di antara penyebab utama patah getas suhu rendah pada sambungan las adalah pemilihan bahan dasar dan bahan habis pakai las yang buruk serta teknologi las yang digunakan. Hal ini mengarah pada pembentukan daerah dengan kerentanan yang lebih tinggi terhadap embrittlement dan inisiasi retakan dingin.

Pembentukan retakan dingin pada sambungan las yang dibuat pada suhu ambien rendah ­dikaitkan dengan pendinginan cepat dan kristalisasi kolam las yang mengakibatkan terperangkapnya hidrogen, oksigen, atau nitrogen, dan bahan non-logam dalam logam las. Karena pendinginan cepat pada suhu rendah; peleburan logam mungkin juga tidak memadai yang menyebabkan penetrasi tidak sempurna dan kurangnya fusi. Selain itu, kualitas elektroda dan kabel pengisi akan terpengaruh secara negatif jika ada gel kelembapan di atasnya.

Untuk menangkal efek berbahaya dari suhu rendah untuk mencapai lasan berkualitas, aturan berikut harus dipatuhi:

1. Logam induk yang digunakan harus bebas dari goresan, lekukan atau potongan permukaan untuk menghindari efek takik
2. Pembersihan tepi kerja sangat penting untuk menghilangkan kontaminan dan kelembapan atau salju. Jika diperlukan, ujung-ujungnya dapat dipanaskan terlebih dahulu sebelum dirakit ­dan kemudian dinginkan sambungan las secara perlahan.
3. Hanya elektroda berkualitas tinggi, yang benar-benar kering, yang harus digunakan dengan teknik dan variabel pengelasan yang tepat. Pengaturan arus yang lebih tinggi mungkin ­diperlukan untuk mengkompensasi suhu sekitar yang rendah.
4. Lasan harus dipangkas dengan hati-hati setelah selesai untuk menghindari terbentuknya goresan dan lekukan pada logam las dan HAZ.
5. Pengembangan kawah harus dihindari untuk menghindari pembentukan retakan kawah yang dapat menyebabkan patah getas.
6. Gunakan perlengkapan daripada paku payung yang kaku untuk menghindari perkembangan tekanan yang berlebihan pada sambungan las; praktik yang baik adalah meningkatkan input panas sebesar 4 hingga 5% untuk setiap penurunan 10°C pada suhu sekitar dari, katakanlah, sekitar 20°.

Karena efek heat sink yang meningkat, keuletan las berkurang dengan bertambahnya ketebalan kerja. Untuk menetralkan efek ketebalan pada keuletan masukan panas dapat ditingkatkan tetapi hal ini biasanya menyebabkan berkurangnya kekuatan logam las. Laju pendinginan menjadi parameter kritis dalam las tumpul dan las multi-run sehingga las semacam itu dihindari demi kemudahan las penting yang dibuat pada suhu lingkungan rendah.

Metode alternatif adalah membuat lasan dengan penampang yang lebih tebal. Misalnya, ketebalan benda kerja 16 – 24 mm, 25 hingga 40 mm, dan 41 hingga 50 mm dilas dengan penampang sambungan las minimum atau masing-masing 35 mm ² , 50 mm ² dan 60 mm ² . Juga, laju pendinginan las tersebut tidak boleh melebihi 30°C per detik.

Batang penguat baja struktural dapat dilas dengan sukses dalam cetakan pada suhu rendah. Sifat yang dicapai dalam kasus seperti itu biasanya serupa dengan yang dicapai pada suhu bengkel normal.

Jenis lapisan sangat mempengaruhi hasil pengelasan busur logam terlindung pada suhu rendah. Hasil terbaik dapat diperoleh dengan penggunaan elektroda lapis dasar karena logam las yang diperoleh memiliki sifat mekanik dan impak yang tinggi karena kandungan hidrogen yang rendah dari logam las memiliki sedikit kerentanan terhadap penuaan dan patah getas serta peningkatan kandungan karbon dan belerang. . Dengan demikian, las berkualitas baik dapat diperoleh dengan elektroda lapis dasar pada baja paduan rendah dan tinggi.

Untuk mendapatkan kualitas las yang baik dalam pengelasan pipa pada temperatur rendah, butt harus direkatkan sesuai dengan kondisi yang diberikan pada tabel 22.1:

Lasan butt pada pipa yang terbuat dari baja martensit dengan ketebalan dinding berapa pun harus dilakukan pada suhu udara ambien sekitar 0 °C; bila suhu sekitar di bawah 0°C, las tumpul semacam itu harus dilakukan di tempat atau selungkup yang dipanaskan. Pengelasan pipa yang terbuat dari rimming dan baja setengah mati serta pengangkatan, pengangkutan dan pemasangannya harus dilakukan pada suhu udara sekitar tidak di bawah -20°C.

Kerentanan sambungan las terhadap patah getas sangat meningkat bahkan ketika retakan dingin atau kerusakan lelah sekecil apa pun muncul di bawah ­beban bolak-balik, hal ini menjadi lebih jelas saat suhu menurun. Untuk meningkatkan kinerja sambungan las di bawah beban impak dan pada suhu negatif, temper suhu tinggi direkomendasikan untuk meningkatkan ketangguhan takik dengan perlakuan panas pada struktur logam HAZ.

Metode lain untuk meningkatkan sifat impak dan kelelahan las yang dilakukan pada suhu lingkungan rendah adalah perlakuan busur argon pada las. Dalam perawatan ini busur argon digunakan untuk menghasilkan transisi ­kontur yang mulus dari logam las ke logam dasar serta untuk meningkatkan logam las dengan perubahan metalurgi seperti desulfurisasi, degassing, pemurnian inklusi non-logam dan variasi bentuknya.

Perlakuan ini tidak hanya menyebabkan penurunan konsentrasi tegangan di HAZ tetapi juga memperbaiki struktur lapisan permukaan logam sehingga meningkatkan karakteristik mekanik sambungan las.

Pengaruh temper suhu tinggi dan perlakuan busur argon dalam meningkatkan kekuatan impak baja karbon rendah dan baja nitridasi dibandingkan dengan baja yang sama tanpa perlakuan apa pun ditunjukkan pada Gambar 22.2.

Pengelasan dalam Vakum:

Dalam pengelasan fusi, perlindungan yang efektif dari kolam las dari efek buruk gas atmosfer (oksigen dan nitrogen) sangat penting untuk mencapai hasil las yang berkualitas. Logam las juga dapat mengambil hidrogen dari uap air, karat, ­pelapis trode listrik, fluks, dll.

Meskipun gas yang berbeda bereaksi berbeda dengan logam kolam las tetapi mereka pasti menurunkan sifat fisiko-mekanis logam las. Ketika terperangkap dalam jumlah besar, gas terlarut dapat menyebabkan pembentukan lepuh, lubang sembur, dan porositas serta berkurangnya densitas logam yang akibatnya mengurangi plastisitas dan kekuatan. Gas yang ada bahkan sebagai senyawa kimia seperti oksida, nitrida, dan hidrida juga dapat merusak kekuatan dan ketangguhan logam secara nyata yang dapat menyebabkan kegagalan getas.

Ini terutama terjadi pada logam aktif. Selain merusak sifat mekanik, oksidasi ­mengurangi ketahanan logam terhadap korosi. Inklusi oksida juga dapat menghasilkan porositas gas karena menyerap dan menahan gas saat logam dalam keadaan cair.

Untuk melindungi kolam las, berbagai media pelindung digunakan dengan masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Sebagian besar logam rekayasa cukup terlindung oleh argon dan helium tetapi gas ini ternyata tidak ­cukup sebagai media pelindung untuk logam las seperti zirkonium dan tantalum. Hidrogen juga mudah diserap oleh zirkonium, tantalum, dan niobium untuk membentuk hidrida yang muncul sebagai coretan di sepanjang batas butir.

Bahkan sejumlah kecil hidrogen dalam zirkonium, tantalum atau niobium dapat menghasilkan porositas dan mengurangi plastisitas dan kekuatannya. Jadi, untuk membuat las dengan ­plastisitas yang cukup pada logam reaktif dan refraktori, media pelindung harus mengandung oksigen, nitrogen, hidrogen, dan kelembapan dalam jumlah minimum.

Efektivitas vakum sebagai media pelindung ditentukan oleh jumlah pengotor yang ada per satuan volume ruang vakum. Tabel 22.2 menunjukkan bahwa vakum yang relatif buruk pun memiliki kandungan pengotor yang rendah per satuan volume. Dibandingkan dengan kandungan oksigen dan nitrogen masing-masing 0,005% dan 0,01% dari kelas argon A yang sangat murni dan mahal, vakum kasar 0,1 mm Hg memiliki kandungan oksigen dan nitrogen masing-masing 0,003% dan 0,01%.

Sifat mekanik superior dari las yang dibuat, dalam ruang hampa ­dikonfirmasi oleh fakta bahwa kekerasan logam dalam las zirkonium yang dibuat dengan proses busur argon hampir dua kali lipat dari las vakum. Juga, kandungan gas yang berkurang dari logam las dengan pelindung vakum meningkatkan plastisitasnya seperti yang ditemukan dalam kasus las yang dibuat dalam molibdenum.

Perisai vakum mempengaruhi aktivitas logam las dengan menghilangkan gasnya, ­meningkatkan densitasnya, menghilangkan oksida, kotoran, dan kontaminan dari permukaan dan sebagian besar logam. Saat kontaminasi logam las berkurang, batas butir menjadi lebih bersih sehingga meningkatkan ketahanan korosi logam las. Lasan yang dibuat dengan proses busur argon menimbulkan korosi pada tingkat yang lebih cepat daripada lasan yang dibuat dalam ruang hampa.

Pelindung vakum juga menghilangkan kemungkinan pembentukan kantong gas pada logam las karena tidak ada gas yang tersedia untuk diserap olehnya; dengan demikian pengelasan vakum dari banyak logam reaktif dan refraktori menghasilkan lasan yang bebas dari porositas.

Pelindung vakum mengurangi kandungan gas logam las karena disosiasi oksida, nitrida, dan hidrida. Hidrogen, bahkan jika ada dalam keadaan gabungan, dapat dengan mudah dihilangkan dari logam las.

Oksigen dan nitrogen dapat dihilangkan dari logam las hanya jika tekanan parsial gas-gas ini di ruang las berada di bawah tekanan disosiasi oksida dan nitrida pada suhu kolam las. Karena oksigen memiliki tekanan parsial yang sangat rendah, sangat sulit untuk menghilangkannya sepenuhnya dari sebagian besar logam kecuali tembaga, nikel, dan kobalt.

Namun nitrida aluminium, niobium, kromium, magnesium, silikon dan tantalum memiliki tekanan disosiasi nitrida yang relatif tinggi kecuali dalam kasus zirkonium dan tantalum karena nitridanya memiliki tekanan disosiasi yang rendah. Perisai vakum, dengan demikian, merupakan media pelindung aktif karena memungkinkan logam las untuk menghilangkan kontaminan permukaan, gas yang diserap dari Film cair. Umumnya logam membutuhkan kilap tinggi dalam zona luas yang berdekatan dengan tepi yang dilas.

Pelindung vakum tidak hanya sederhana dan mudah dirawat tetapi juga menawarkan keuntungan ekonomi. Misalnya, pelindung vakum hampir setengahnya lebih mahal daripada pelindung argon dan kadang-kadang biayanya sama dengan ^pelindung _CO2 . Ini juga menghilangkan kebutuhan tabung gas dan biaya transportasi dan penanganannya.

Perisai vakum tidak hanya menyediakan pelindung yang ideal untuk logam las ­tetapi juga efektif dalam mengamankan sambungan las berkualitas tinggi pada bahan non-logam. Untuk beberapa material, pelindung vakum adalah satu-satunya media pelindung untuk mencapai kualitas las yang dibutuhkan.

Pengelasan di Luar Angkasa:

Dengan pengembangan stasiun orbit berukuran besar yang menampung banyak anggota awak, teleskop radio berukuran besar, antena, layar pemantul dan penyerap, sistem rekayasa radiasi matahari, kebutuhan untuk perbaikan dan pemulihan dalam penerbangan semakin meningkat dengan perpanjangan waktu operasi, sedangkan ­masalah penyebaran, perakitan dan ereksi menjadi semakin mendesak dengan peningkatan massa dan ukuran struktur.

Juga, kebutuhan akan perhatian mendesak pada satelit yang sakit untuk menjaga agar jaringan komunikasi di seluruh dunia ­berjalan dengan lancar, menjadi keharusan untuk mengembangkan metode penyambungan material yang tepat. Proses pengelasan tampaknya sangat diperlukan untuk digunakan di ruang angkasa, di mana kondisi pengelasan sangat berbeda dari yang ada di bumi.

Dibandingkan dengan lingkungan di bumi, ruang dicirikan oleh tiga faktor utama yaitu, gravitasi nol, ruang hampa udara tinggi, dan kontras tinggi karena batas bayangan cahaya.

sebuah. Gravitasi Nol:

Hal ini menyebabkan tidak adanya atau tertekannya gaya apung dan ­konveksi. Namun, fitur khusus dari zero-G adalah kosmonot harus bekerja tanpa dukungan yang menyebabkan ketidaknyamanan yang cukup besar dalam operasi manual.

1. Vakum Ruang Tinggi:

Tekanan atmosfer di wilayah ketinggian rendah tempat stasiun orbit besar sekarang terbang dan diperkirakan akan terbang dalam waktu dekat adalah 10 ^-2 hingga 10 ^-4 Pa. Wilayah tekanan ini dapat dikuasai dengan sangat baik oleh industri darat yang menggunakan berkas elektron dan pengelasan difusi. Namun, fitur khusus ruang hampa adalah tingkat evakuasi yang sangat tinggi atau hampir tak terbatas.

1. Kontras Tinggi karena Batas Bayangan Cahaya:

Karena perubahan tiba-tiba dari zona terang ke zona bayangan, perbedaan suhu dapat berkisar antara 150 hingga 500°C. Juga karena sifat perpindahan panas dan massa yang berkurang di ruang angkasa, zona dengan perbedaan suhu tinggi dapat berdekatan satu sama lain pada benda kerja.

Karena fitur-fitur khusus pengelasan di ruang angkasa, penting untuk memilih proses aplikasi industri yang memiliki keserbagunaan, kesederhanaan, keandalan, keamanan, konsumsi energi rendah, massa dan volume peralatan minimum. Mempertimbangkan semua persyaratan ini, ditemukan bahwa EBW adalah metode paling efisien untuk pengelasan di ruang angkasa.

Faktor dasar ruang yang paling aktif mempengaruhi proses pengelasan terkait dengan keberadaan fasa cair adalah gravitasi nol. Di bawah nol-G, aksi nyata dari gaya permukaan adalah agitasi logam cair di bawah pengaruh berkas elektron dan efek disipasi yang disebabkan oleh viskositas dan difusivitas termal. Sebagian besar bahan logam cair memiliki viskositas kinetik rendah, difusivitas termal sedang, dan tegangan permukaan tinggi.

Kemungkinan burn-through pada material lembaran di bawah nol-G pada pengelasan yang tidak didukung dengan konsentrasi energi panas yang rendah sulit dilakukan. Namun, diameter kolam las mungkin sepuluh kali (atau bahkan lebih) lebih besar dari ketebalan material dengan konsekuensi kesulitan dalam menangani sejumlah besar cairan yang terkandung di dalamnya.

Keuntungan dari tegangan permukaan tinggi dengan nol-G di ruang angkasa adalah bahwa jika terjadi pembakaran atau lubang dipotong pada lembaran, logam cair menempel di tepi bawah benda kerja atau bahkan menutup lubang atau ‘tumit’ potongan. Jika tidak demikian akan sangat berbahaya karena potongan logam yang beterbangan di angkasa.

Ruang dan karakter khusus pekerjaan di dalamnya membutuhkan jaminan keandalan peralatan setinggi mungkin, keselamatan mutlak orang-orang yang bekerja dengannya, dan penghapusan risiko kerusakan pesawat luar angkasa. Juga, alat yang dikembangkan harus dicirikan oleh kekompakan, konsumsi energi yang rendah, bobot yang ringan dan kasus operasi.

Alat las tangan serbaguna yang dikembangkan untuk memenuhi semua persyaratan ini sejauh mungkin didasarkan pada penggunaan EBW dan diberi nama VHT, yaitu Alat Tangan Serbaguna. Namun, EB W dikaitkan dengan voltase percepatan tinggi dan dapat menghasilkan sinar-X. Kontak selubung luar dengan logam cair atau berkas elektron juga dapat menyebabkan konsekuensi yang serius.

VHT yang dikembangkan oleh para insinyur Rusia yang memenuhi sebagian besar persyaratan yang disebutkan di atas memiliki spesifikasi sebagai berikut.

Spesimen yang dilas dengan menggunakan VHT di atas di ruang angkasa memenuhi semua persyaratan industri aktif. Tidak seperti proses las busur lainnya, EBW manual memungkinkan untuk menjaga ukuran kolam las dan kedalaman penetrasi dalam kendali tidak hanya dengan menangani alat tetapi juga dengan mengubah pemfokusan balok; ini meminimalkan risiko luka bakar. Cacat yang lebih sering ditemui dalam pengelasan ruang menggunakan VHT adalah kurangnya penetrasi yang umumnya dikaitkan dengan reaksi manusia terhadap ketakutan operator sendiri yang menyebabkan cacat luka bakar yang tidak dapat diperbaiki.

Terlepas dari terjadinya kurangnya penetrasi, pengelasan yang dilakukan di ruang angkasa diperkirakan sangat tinggi.

Meskipun EBW telah berhasil digunakan untuk pengelasan di ruang angkasa sejak sekitar tahun 1990, namun perkembangan terakhir dalam proses Friction Stir Welding (FSW) telah memproyeksikan beberapa variannya untuk digunakan dalam pengelasan di ruang angkasa dan perbaikan las. Beberapa pengembangan tersebut antara lain, High Speed FSW (HS-FSW), Ultrasonic Stir Welding (USW) dan Thermal Stir Welding (TSW).

sebuah. FSW Kecepatan Tinggi :

Hal ini didasarkan pada konsep bahwa kecepatan spindel yang tinggi hingga ratusan ribu rpm dalam FSW mengurangi gaya yang diperlukan untuk menghasilkan las yang baik ke tingkat yang memungkinkan perangkat genggam manual. Pekerjaan sedang berlangsung untuk pengelasan paduan tembaga setebal 1,5 mm dengan kecepatan putaran pin hingga 30.000 rpm dan kecepatan pengelasan hingga 5 m/menit.

Investigasi paralel sedang dilakukan untuk pengembangan operasi robotik ­dari peralatan solid-state genggam manual untuk penggunaan HS-FSW.

1. Pengelasan Aduk Ultrasonik (USW):

Energi ultrasonik ini memanaskan bahan ke keadaan plastik. Tidak seperti FSW ­standar, tidak ada bahu dan pin yang berputar untuk menghasilkan panas gesekan. Konsep ini diharapkan lebih praktis daripada HS-FSW sebagai proses las dan perbaikan in-orbit karena masalah stabilitas kecepatan putar yang tinggi akan dihilangkan.

1. Thermal Stir Welding (TSW):

Ini adalah satu lagi proses pengelasan untuk pengelasan bagian yang lebih tebal. TSW berbeda dari FSW dalam hal elemen proses pemanasan, pengadukan, dan penempaan yang ditemukan di FSW dikontrol secara independen. Ada sedikit pemanasan gesekan dan tidak ada pin / bahu berputar berkecepatan tinggi. Seperti USW, TSW juga menghindari masalah stabilitas yang terkait dengan komponen rotasi kecepatan tinggi. Selain penggunaannya dalam pengelasan dan perbaikan di ruang angkasa, TSW dapat digunakan untuk konstruksi angkatan laut ­untuk digunakan dalam pengelasan paduan titanium untuk pembuatan kapal serta untuk pembuatan yacht pribadi berkinerja tinggi dari titanium.

Selain pengelasan; pemotongan, pematerian, dan penyemprotan logam juga telah dilakukan di luar angkasa. Mematri ditemukan sebagai proses yang paling sulit dilakukan di luar angkasa. Hal ini dikaitkan dengan fakta bahwa di ruang angkasa kecerahan radiasi matahari sangat tinggi, hampir tidak mungkin untuk melihat perubahan warna pada logam dengan suhu, dan dengan demikian tukang las-kosmonot harus menentukan tingkat pemanasan pekerjaan pada saat itu. selang.

Penyemprotan logam sama sekali tidak sulit dilakukan di luar angkasa dan komponen yang disemprotkan di luar angkasa memenuhi persyaratan standar yang paling ketat.