Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang proses pengelasan bahan tertentu:- 1. Pengelasan Baja Tertentu 2. Pengelasan Baja Dilapisi 3. Pengelasan Baja Clad 4. Pengelasan Plastik 5. Pengelasan Komposit.
Pengelasan Baja Tertentu:
Ada sejumlah besar baja yang digunakan sebagai bahan konstruksi di berbagai industri teknik.
Prosedur pengelasan untuk beberapa baja khusus yang diperlukan untuk digunakan di pembangkit listrik, industri perminyakan dan kimia, bejana kriogenik; bagian pesawat terbang, roket, dan rudal dijelaskan di bawah ini:
1. Baja Tahan Creep:
Baja ini populer untuk digunakan dalam konstruksi pembangkit listrik untuk drum uap dan saluran uap utama.
Beberapa komposisi yang terkenal adalah:
(i) Baja 1% Cr, ½ % Mo digunakan untuk pipa steam untuk temperatur kerja sampai dengan 500 °C.
(ii) ½% Cr, ½% Mo ¼% V atau 2 ¼% Cr, 1%Mo baja juga digunakan untuk pipa uap untuk suhu layanan 500—600 °C.
(iii) Baja Austenitik Cr-Ni digunakan untuk pipa uap untuk temperatur kerja di atas 600°C.
(iv) Baja ½ % Mo sebelumnya digunakan untuk pipa steam untuk temperatur servis sekitar 500 °C. Penggunaan baja ini kini telah dihentikan karena terjadinya beberapa kegagalan serius akibat grafatisasi di HAZ. Namun, baja ini masih digunakan untuk kilang dan perpipaan petrokimia di mana tidak ada kegagalan grafatisasi yang dilaporkan.
Perawatan Preheat dan Postweld :
Perlakuan ini diberikan pada baja tahan mulur untuk menghindari keretakan dan untuk mengembangkan sifat sambungan yang optimal, suhu Preheating berkisar antara 150 dan 250°C. Perlakuan pasca las diberikan untuk mencapai kekuatan mulur yang optimal pada sambungan. Temperatur postweld heat treatment (PWHT) untuk subcritical annealing berkisar antara 600 hingga 750°C kecuali untuk las electroslag yang dinormalisasi pada 900—925°C.
2. Baja Industri Minyak dan Kimia:
Baja tarik tinggi seperti 1% Cr, ½% Mo dan 2½ Cr dan 1% Mo sering digunakan untuk pembangkit listrik dan kilang. Baja Cr-Mo dan ½% Mo digunakan dalam industri perminyakan dan kimia untuk ketahanan terhadap serangan korosi oleh hidrokarbon bantalan hidrogen dan belerang. Baja ½% Mo sedikit lebih sulit untuk dilas daripada baja karbon; pemanasan awal dan PWHT hanya diperlukan untuk las pada bagian yang tebal. Elektroda tipe rutil atau selulosa biasanya memuaskan untuk pengelasan baja ½% Mo.
Untuk pengelasan baja Cr-Mo elektroda hidrogen digunakan kecuali untuk bagian tipis baja 1 % Cr, ½ Mo, baja ini dipanaskan terlebih dahulu sampai 150-250°C dan PWHT yang digunakan biasanya sub-critical annealing.
Baja yang mengandung 2-9% Cr biasanya tidak dibiarkan mendingin segera setelah pengelasan. Bejana tekan berdinding tebal yang terbuat dari baja ini mungkin memerlukan pelepas tegangan menengah setelah ½ atau â…“ las selesai. Penghilang tegangan pada bejana tekan tersebut dilakukan pada suhu 650 °C dan anil sub-kritis bila diperlukan, dilakukan pada suhu 650 – 750 °C tergantung pada kandungan paduannya.
Lembaran tipis baja Cr 13% digunakan untuk baki dan lapisan penahan korosi untuk menara distilasi di kilang minyak. Elektroda yang digunakan untuk pengelasan baja ini adalah jenis 25% Cr, 20% Ni. Tidak diperlukan pemanasan awal atau PWHT untuk las tersebut. Baja ini biasanya mengandung 0-2% aluminium yang mengurangi sepuluh densitas HAZ menjadi pengerasan.
Penampang pelat pada baja 13% Cr jarang digunakan, namun bila diperlukan baja ini dilas dengan menggunakan elektroda baja 13% Cr.
3. Baja untuk Aplikasi Suhu Rendah:
Baja dengan kandungan Ni lebih dari 3-5% sulit dilas kecuali dengan elektroda paduan basa Ni. Ketika lebih murah 25% Cr, 20% Ni elektroda austenitik digunakan lasan yang dihasilkan memiliki kekuatan lebih rendah dari bahan dasar. Jika las tersebut diberi perlakuan panas dalam rentang penghilang tegangan, las tersebut akan rapuh karena migrasi karbon ke dalam logam las. Tidak ada masalah yang ditemui untuk las yang dibuat dengan elektroda paduan basa-Ni.
Baja dengan 3-5%Ni dilas dengan elektroda yang cocok tetapi lasan tersebut memiliki kekuatan impak rendah pada -100°C; dalam hal itu las yang dibuat dengan 2½% Ni atau elektroda austenitik lebih memuaskan.
PWHT tidak esensial untuk las yang dibuat pada bahan dasar penampang tipis 3 5-9 % Ni. Untuk bagian yang lebih tebal, penghilang tegangan dilakukan pada suhu 560—600 °C; namun batas suhu 600 °C tidak boleh dilampaui karena suhu kritis yang lebih rendah berkurang dengan penambahan nikel.
4. Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (HSLA):
Aplikasi penting dari baja HSLA meliputi suku cadang untuk pesawat terbang dan roket, misil, dan cetakan tempa panas. Kandungan karbon dari baja ini berkisar antara 0-3—0-5% dan elemen paduan utamanya adalah Cr, Ni, Mo, dan V. Ketika diquenching dan ditemper baja ini dapat mencapai kekuatan hingga 155 KN/cm. Namun, karena kandungan karbon dan paduannya, baja ini sensitif terhadap retak dingin.
Bagian tipis (<3 mm) dari baja HSLA tidak memerlukan pemanasan awal tetapi bagian yang lebih tebal dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu antara M s dan M f dan ditahan pada suhu tersebut selama 5-30 menit setelah pengelasan untuk memastikan transformasi austenit yang lengkap .
Lasan yang dibuat dengan baja 5% Cr membutuhkan annealing sub-kritis pada suhu 675 °C sebelum didinginkan ke suhu kamar. Ini mengubah struktur menjadi bainit atau bainit dan martensit temper yang tidak mudah retak. Untuk hasil yang optimal, bagian fabrikasi dinormalisasi dan ditempa setelah pengelasan.
Pengelasan Baja Dilapisi:
Lembaran baja dan produk lainnya dilapisi dengan bahan tahan oksidasi atau tahan korosi untuk memperpanjang masa pakai produk. Bahan pelapis yang paling sering digunakan adalah seng tetapi paduan aluminium dan timbal-timah juga digunakan meskipun dalam jumlah terbatas.
Baja berlapis ini banyak digunakan dalam pembuatan badan truk, rumah AC, tangki pemrosesan, menara listrik, dll. Pengelasan sering digunakan dalam pembuatan produk ini.
1. Pengelasan Baja Galvanis:
Baja berlapis seng dapat dilas dengan sukses asalkan tindakan pencegahan khusus dilakukan untuk mengkompensasi penguapan seng dari zona las. Seng menguap selama pengelasan karena titik didihnya 871°C sedangkan titik leleh baja 1540°C. Jadi seng menguap dan meninggalkan logam dasar yang berdekatan dengan lasan. Luasnya area yang terpengaruh tergantung pada masukan panas ke pekerjaan. Itu sebabnya zona yang digambarkan seng lebih besar dalam proses pengelasan yang lebih lambat seperti GTAW dan pengelasan oxy-acetylene.
Proses pengelasan yang digunakan untuk pengelasan baja galvanis meliputi SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, Carbon arc welding, dan resistance weld ing.
Elektroda tertutup yang digunakan untuk mengelas lembaran baja galvanis adalah jenis rutil dan dasar; namun elektroda jenis selulosa digunakan untuk mengelas bagian dan pipa yang lebih tebal. Elektroda berlapis dasar juga dapat digunakan untuk mengelas ketebalan yang lebih berat. Teknik pengelasan forehand digunakan untuk memfasilitasi penguapan seng di depan busur.
Dalam GMAW baja galvanis, kawat halus yang sangat terdeoksidasi dengan teknik hubung singkat digunakan dengan 100% CO atau argon+25% CO 2 sebagai gas pelindung. Jumlah percikan biasanya lebih tinggi daripada saat mengelas baja yang tidak dilapisi. Ini membutuhkan pembersihan nosel senjata yang sering. Kabel stainless steel atau perunggu dapat digunakan untuk menyimpan logam las yang tahan korosi. Pengelasan busur berinti fluks menggunakan kawat yang sangat teroksidasi dapat digunakan dengan hasil yang serupa dengan yang diperoleh oleh GMAW.
Proses GTAW dapat digunakan tetapi menjadi proses yang lambat tidak hanya menghasilkan area deplesi seng yang besar di sekitar lasan tetapi juga menyebabkan kontaminasi elektroda tungsten. Kontaminasi elektroda dapat dikurangi dengan laju pembakaran yang lebih tinggi dari gas pelindung tetapi harganya mahal.
Proses busur karbon menggunakan kawat pengisi kuningan (60% Cu. 40% Zn). telah banyak digunakan untuk mengelas baja berlapis seng khususnya dalam pembuatan saluran AC. Kedua obor karbon tunggal dan kembar dapat digunakan sama efektifnya.
Pengelasan resistensi baja berlapis seng menghasilkan penguapan seng yang jauh lebih sedikit daripada proses pengelasan busur. Tetapi hasil pengelasan resistansi dalam pengangkatan seng oleh ujung elektroda las dan menurunkan kerapatan arus di zona las yang memerlukan peningkatan progresif dalam arus las untuk membuat las pabrik yang memuaskan.
Kualitas las:
Lasan yang dibuat pada baja berlapis seng rentan terhadap porositas dan keretakan akibat terperangkapnya uap seng dalam logam las; retak tertunda karena korosi tegangan juga dapat terjadi. Cracking disebabkan oleh penetrasi intergranular seng ke dalam logam las dan kadang-kadang disebut sebagai ‘retak penetrasi seng’ dan paling sering terjadi di tenggorokan las sudut terutama ketika lapisan hadir pada akar las. Retak seperti itu cenderung kurang lazim dengan SMAW dibandingkan dengan GMAW pada pelat 6 mm atau lebih tebal. Retak dapat dikontrol dengan membiarkan uap seng keluar dengan cepat di depan kolam las dengan menjaga celah akar yang besar.
Untuk menghasilkan sambungan yang tahan korosi, lapisan seng harus diterapkan kembali di area yang kekurangan seng. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan tongkat pasta berbahan dasar seng pada logam dasar yang dipanaskan. Metode lain penerapan lapisan seng adalah dengan penyemprotan api menggunakan bahan pengisi semprotan seng. Ketebalan lapisan seng yang diaplikasikan ulang harus 2 hingga 3 kali lapisan asli untuk memastikan perlindungan korosi yang tepat.
2. Pengelasan Baja Alumina dan Pelat Tern:
Baja alumina juga banyak digunakan dalam tabung dan industri otomotif khususnya untuk knalpot knalpot. Proses las busur dan resistansi digunakan untuk mengelas baja alumina dengan hasil yang hampir sama dengan baja galvanis. Namun, lebih sulit untuk mengganti lapisan aluminium dan oleh karena itu pengecatan sering dilakukan.
Tabung baja alumina diproduksi di pabrik tabung menggunakan pengelasan butt resistance dengan arus frekuensi rendah dan tinggi.
Lembaran baja yang dilapisi dengan paduan timbal-timah disebut sebagai tern-plate. Ini sering digunakan untuk membuat tangki bensin untuk mobil. Proses yang umumnya diterapkan untuk las tern-plate adalah las resistansi. Jika proses las oxy-acetylene atau arc digunakan maka lapisan tersebut akan hancur oleh penguapan dan harus diganti dengan proses yang mirip dengan penyolderan. Keamanan: Ventilasi positif harus disediakan untuk menghilangkan asap berbahaya yang dihasilkan dalam pengelasan baja berlapis. Ini biasanya melibatkan penggunaan selang hisap di area las. Senapan khusus yang dilengkapi dengan nosel isap dapat digunakan saat GMAW dan FCAW digunakan. Baja berlapis tidak boleh dilas di ruang terbatas.
Pengelasan Baja Berpakaian:
Baja clad digunakan karena menggabungkan sifat ketahanan korosi dan abrasi dengan biaya rendah, sifat mekanik yang baik dan kemampuan las bahan feritik. Baja yang digunakan sebagai backing material biasanya baja C- ½%Mo atau 1%Cr-½%Mo. Bahan kelongsong meliputi baja tahan karat austenitik kromium (12-15% Cr) tipe 18/8 (Cr/Ni) atau 25/12 (Cr/Ni), paduan dasar nikel seperti monel dan inconel, paduan Cu-Ni, dan tembaga.
Kelongsong dapat diterapkan dengan pengerolan panas, pengelasan eksplosif, permukaan atau mematri. Ketebalan kelongsong dapat bervariasi dari 5 hingga 50% dari total ketebalan tetapi umumnya 10 – 20% untuk sebagian besar aplikasi. Ketebalan material yang dibalut minimum adalah 1,5 mm.
Aplikasi utama dari baja berlapis meliputi penukar panas, tangki, bejana pemroses, peralatan penanganan material, peralatan penyimpanan, dan gerbong tangki. Sebagian besar produk ini dibuat dengan fabrikasi yang dilas.
Desain Bersama:
Persiapan tepi tergantung pada ketebalan pelat. Butt persegi, V tunggal dan ganda, dan tipe U tunggal dapat digunakan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.7. Kelongsong umumnya dikerjakan kembali untuk menghindari pengenceran logam yang dilapis dengan pengisi baja karena beberapa bahaya kontaminasi dapat timbul bahkan ketika sisi yang dilapis tidak dilas terlebih dahulu seperti yang ditunjukkan oleh sambungan yang tidak sejajar pada 22.8. Desain persiapan tepi yang baik dan buruk ditunjukkan pada Gambar 22.9. Persiapan tepi untuk sambungan sudut dengan bahan kelongsong di dalam dan di luar ditunjukkan pada Gambar 22.10.
Prosedur Pengelasan:
Prosedur normal untuk butt welding pelat clad adalah untuk mengelas backing atau baja sisi pertama mengadopsi prosedur las cocok untuk bahan backing diikuti dengan pengelasan sisi clad dengan prosedur yang cocok untuk bahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 22.11 dengan tahapan yang berbeda untuk las butt persegi dan sambungan butt tipe V tunggal.
Sisi baja harus dilas setidaknya setengah jalan sebelum membuat las pada sisi yang dilapisi. Jika kelengkungan tidak menjadi masalah, las sisi baja dapat diselesaikan sebelum pengelasan diurutkan pada sisi yang dibalut. Setiap sambungan las yang dibuat pada material yang dibalut harus merupakan las penetrasi penuh dengan akarnya di sisi yang dibalut pelat.
Praktik pengelasan yang baik untuk baja lapis dapat mencakup langkah-langkah berikut:
- Gunakan elektroda hidrogen rendah untuk root run untuk menghindari retak.
- Gunakan elektroda berdiameter kecil dan teknik stringer bead.
- Simpan logam las dalam beberapa lapisan untuk mengurangi pengenceran.
- Gunakan elektroda yang lebih tinggi paduannya daripada bahan yang dibalut untuk memungkinkan pengenceran.
- Jika memungkinkan gunakan dc dengan elektroda negatif menggunakan teknik las tangan belakang.
Jika bahan kelongsong memiliki titik lebur yang lebih tinggi daripada bahan dasarnya dan kedua bahan tersebut tidak sesuai secara metalurgi, strip pendukung dari bahan kelongsong digunakan untuk mempertahankan keefektifan kelongsong. Strip dilas fillet ke kelongsong seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 22.12.
Jika sambungan las dibuat tanpa akses ke sisi yang dilapisi. Sisa lasan dibuat baik dengan elektroda yang sama seperti yang digunakan untuk las sisi berlapis atau putaran pertama dibuat dalam komposisi berlapis dan sisanya dengan paduan pengisi yang kompatibel dengan baja berlapis dan baja pendukung.
Ketika kelongsong terbuat dari baja tahan karat austenitik, sisi kelongsong dilas dengan elektroda austenitik diikuti oleh 76% Ni, 7% Fe, 16% Cr, jenis pengisi terutama jika sambungan akan dikenakan layanan suhu tinggi yang dapat menyebabkan panas. kelelahan karena ekspansi diferensial backing dan lasan baja tahan karat austenitik.
Dalam banyak kasus dimungkinkan untuk menggunakan elektroda dengan kandungan paduan yang lebih tinggi sehingga ketahanan korosinya lebih tinggi daripada kelongsong bahkan ketika diencerkan. Misalnya baja yang dilapisi dengan paduan Cr 12% umumnya dilas dengan elektroda 25/20 (Cr/Ni). Demikian pula, baja tahan karat austenitik Mo-bearing dapat dilas pada sisi yang dilapisi dengan pengisi yang memiliki kandungan Mo lebih tinggi; paduan a17% Cr 12 % Ni2 ½ % Mo dengan elektroda memberikan endapan murni 17% Cr 12 % Ni 3¼%Mo. Lapisan baja dengan baja tahan karat 18/8 yang distabilkan dapat dilas dengan melakukan proses pertama dengan elektroda 25% Cr 20% Ni dan selanjutnya dengan elektroda baja tahan karat 18/8 dari tipe yang distabilkan.
Untuk mengelas baja berlapis nikel dan monel, seluruh sambungan sering dilas dengan pengisi nikel atau monel.
Seleksi Proses:
Pemilihan proses pengelasan didasarkan pada jenis dan ketebalan material. SMAW cukup sering digunakan tetapi SAW digunakan untuk mengelas bejana tekan berdinding tebal. Proses GMAW digunakan untuk mengelas pelat tebal sedang; Proses FCAW digunakan untuk sisi baja, dan GTAW terkadang digunakan untuk mengelas sisi yang dilapisi. Proses yang dipilih harus sedemikian rupa untuk menghindari penetrasi dari satu bahan ke bahan lainnya.
Jika proses SAW digunakan untuk sisi baja, tindakan pencegahan harus dilakukan untuk menghindari penetrasi ke dalam logam yang dilapisi. Demikian pula langkah-langkah yang harus diambil saat menggunakan proses FCAW atau GMAW otomatis. Kontrol penetrasi manik akar ini biasanya dilakukan dengan mempertahankan permukaan akar yang lebih besar dan dengan memastikan pemasangan yang sangat akurat.
Langkah-langkah kontrol kualitas khusus diperlukan untuk diambil pada baja yang dilapisi las untuk menghindari terjadinya pemotongan, penetrasi yang tidak lengkap, dan kurangnya fusi.
Pengelasan Plastik:
Plastik sekarang banyak digunakan sebagai bahan teknik dalam konstruksi suku cadang mobil, pesawat terbang, misil, kapal, dan peralatan teknik umum. Suku cadang seperti bantalan gesek, roda gigi, cacing, turbin pelapis rem dan suku cadang pompa, televisi dan komponen elektronik diproduksi dalam jumlah besar untuk konsumsi massal.
Selain ringan, plastik juga merupakan isolator listrik yang baik, mudah berubah warna, mudah dilumasi dengan air, dan berbiaya rendah. Meskipun plastik biasanya buram seperti logam, namun plastik transparan dan tembus cahaya juga tersedia.
Plastik menunjukkan sifat mekanik yang baik. Misalnya, dalam hal rasio kekuatan tarik terhadap kerapatan, vynil kaku dan polietilen sebanding dengan besi tuang dan perunggu seperti yang ditunjukkan pada tabel 22.3.
Namun, plastik secara drastis berbeda dari logam dalam perilakunya ketika berubah bentuk baik pada suhu ruangan maupun suhu tinggi. Hubungan tegangan-regangan pada suhu kamar untuk logam, termosplastik, dan karet ditunjukkan pada Gambar. 22.13 di mana titik B menandai batas elastisitas.
Bergantung pada suhu, tetapi di bawah beban konstan, keadaan fisik plastik dapat berupa kaca, sangat elastis, dan plastik atau cairan kental, seperti yang ditunjukkan oleh kurva suhu versus regangan pada Gambar 22.14. Hingga suhu vitrifikasi, T v , material tetap seperti kaca, antara T v dan suhu aliran T f plastik bertindak sebagai zat seperti karet yang sangat elastis dan deformasinya elastis; dan di atas T f material menjadi cair. Di bawah suhu vitrifikasi, plastik berperilaku sebagai bahan rapuh sedangkan di atas T f mereka berperilaku seperti cairan yang sangat kental.
Plastik berubah dari satu keadaan ke keadaan lain secara bertahap sehingga titik vitrifikasi dan titik aliran harus divisualisasikan sebagai interval suhu seperti yang terlihat dari tabel 22.4 yang menunjukkan titik T y dan Tf untuk beberapa plastik.
Pendiaman yang lama pada suhu tinggi dapat menyebabkan plastik pecah tetapi dalam rentang suhu yang aman, plastik dapat dipanaskan berkali-kali.
Klasifikasi Plastik:
Plastik biasanya diklasifikasikan berdasarkan perilakunya terhadap pemanasan menjadi dua kelompok yaitu, plastik termoseting dan plastik termoplastik.
Plastik termoset dapat dipanaskan dan dibentuk hanya sekali selama pembuatan. Pemanasan lebih lanjut tidak memiliki efek pelunakan, dan bahan akhirnya terurai. Oleh karena itu, plastik termoseting tidak dapat dilas. Mereka biasanya tersedia sebagai produk setengah jadi yang dapat digabungkan secara mekanis atau disemen bersama. Poliformaldehida adalah contoh terkenal dari plastik termoset.
Plastik termoplastik dilunakkan oleh pengaruh panas. Mereka dapat berulang kali berubah menjadi sangat elastis dan kemudian menjadi plastik tanpa kehilangan sifat aslinya saat didinginkan lagi. Dengan demikian, termoplastik dapat dengan mudah dilas.
Mereka tersedia dalam bentuk setengah jadi seperti lembaran, batangan, bentuk, pipa dan tabung. Ini dapat dibuat menjadi barang jadi dengan membungkuk, ekstrusi, dan pengelasan. Beberapa plastik terkenal yang termasuk dalam kelompok ini adalah polietilen, polipropilen, PVC, poliamida, poliakrilat, polikarbonat , dll.
Pengelasan Komposit:
Komposit adalah kombinasi dari dua atau lebih bahan baik logam , organik, atau anorganik yang pada dasarnya tidak dapat larut satu sama lain. Bentuk konstituen utama yang digunakan dalam material komposit adalah serat, partikel, lamina atau lapisan, serpih, pengisi dan matriks.
Matriks adalah penyusun tubuh yang berfungsi untuk melingkupi komposit dan memberikan bentuk curahnya sedangkan serat, partikel, lamina , serpih dan pengisi adalah penyusun struktural yang menentukan struktur internal penyusunnya.
Tergantung pada konstituen struktural, komposit dapat diklasifikasikan ke dalam lima kelas berikut bersama dengan representasi visualnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.23:
- Komposit serat,
- Komposit serpih,
- Komposit partikulat,
- Filled or skeletal composites, dan
- Komposit laminar.
Material komposit ini terbuat dari berbagai kombinasi seperti Boron-Aluminium (B-A1), Titanium-Tungsten (Ti-W), Titanium-Grafit (Ti-Gr), Aluminium-Grafit (Al-Gr), Grafit-Polisulfon ( Gr-Ps), dan banyak lagi dan mereka menemukan penggunaan yang luas dalam mobil, ruang angkasa, dan sejumlah industri konstruksi penting lainnya.
Untuk fabrikasi komposit menjadi komponen yang diinginkan, pengelasan semakin banyak digunakan. Proses yang telah ditemukan memuaskan meliputi pengelasan induksi, pengelasan ultrasonik, pengelasan busur tungsten gas (GTAW), pengelasan resistansi, dan pengikatan fusi.
