Proses Pengelasan - GMAW (Gas Metal Arc Welding)

Dasar – Dasar Pengelasan

Bab ini menjelaskan mengenai proses-proses pengelasan yang banyak dipakai oleh berbagai perusahaan, beserta keunggulan, kelemahan, dan masing-masing aplikasinya. Kemudian dijelaskan juga mengenai disain sambungan dan jenis-jenis sambungan. Komposisi logam las juga diterangkan, termasuk cara penyimpanan dan penanganan kawat las. Bab ini juga menjelaskan mengenai preheat, alasan melakukan preheat dan metode yang dipergunakan. Ada penjelasan khusus mengenai tujuan melakukan postweld heat treatment, pemotongan dengan oxyfuel gas serta pemotongan dengan mempergunakan busur logam.

Proses – Proses Pengelasan

Las busur adalah suatu proses pengelasan dimana panas dihasilkan oleh busur listrik diantara elektroda dengan benda kerja. Pada pengelasan dengan arus DC, benda kerja dihubungkan dengan kutub negatif dan elektroda dengan kutub positif, sedangkan pada pengelasan dengan polaritas lurus, benda kerja dihubungkan dengan kutub positif dan elektroda dengan kutub negatif. Proses-proses pengelasan yang dibicarakan disini adalah:

1. Shielded metal arc welding (SMAW).

2. Gas tungsten arc welding (GTAW).

3. Gas metal arc welding (GMAW).

4. Flux cored arc welding (FCAW).

5. Submerged arc welding (SAW).

6. Electroslag welding (ESW) dan electrogas welding (EGW).

7. Stud welding (SW).

8. Oxyfuel gas welding (OFW), braze welding dan brazing.

9. Cadwelding.

3. Gas Metal Arc Welding

Proses las GMAW dikerjakan dengan mempergunakan elektroda solid atau tubular sesuai dengan komposisi diinginkan, yang diumpankan melalui suatu spool atau gulungan. Elektroda ini diumpankan secara kontinyu dari sebuah gun atau torch sambil mempertahankan busur yang terbentuk antara ujung elektroda dengan base metal.

Pengelasan GMAW disebut juga dengan MIG (metal inert gas). Singkatan MIG ini tidak lagi menjelaskan proses las GMAW, karena tidak semua gas pelindung yang dipakai oleh proses ini adalah gas inert. Di dalam pengelasan GMAW, elektroda umumnya berbentuk solid dan semua gas pelindung berasal dari sumber luar.

Ada tiga jenis proses GMAW yang banyak dipakai yaitu:

1. Short-circuiting (GMAW-S).

2. Spray atau globular transfer GMAW.

3. Pulsed arc (GMAW-P).

1. Short Circuiting (GMAW-S)

Short-circuiting atau hubungan singkat adalah suatu jenis transfer busur (disebut juga dengan short arc atau dip transfer). Pada GMAW jenis ini, cairan logam dari ujung kawat elektroda menyentuh genangan kawah las, sehingga terbentuk hubungan singkat. Pada awal siklus hubungan singkat, ujung elektroda cair berbentuk bola kecil, yang bergerak menuju benda kerja. Ketika cairan logam ini menyentuh benda kerja, terjadi hubungan singkat. Bola cair ini kemudian terlepas dari kawat, memutuskan jembatan cair antara kawat elektroda dengan benda kerja. Busur kemudian menyala kembali dan siklus berulang lagi. Logam ditransferkan hanya selama hubungan singkat, yang terjadi dalam frekwensi 20 hingga 200 kali per detik. GMAW-S mempergunakan kawat-kawat elektroda solid diameter kecil (0,030; 0,035 atau 0,045 inci). Pengelasan bisa dilakukan secara otomatis atau semi otomatis.

Selama pengelasan dengan GMAW-S, busur dan kawah las dilindungi oleh suatu gas atau gas campuran. Pada carbon steel, gas pelindung umumnya adalah CO2 atau campuran argon dan CO2. Campuran 75 % argon dan 25 % CO2 sering dipakai karena karakteristik pengelasan lebih baik. Campuran gas lain yang banyak dipakai yaitu yang mengandung helium. Komposisi gas pelindung ditentukan untuk mendapatkan karakteristik pengelasan yang diinginkan, seperti bentuk bead, penetrasi dan percikan las. Semakin besar jumlah CO2 berarti semakin ekonomis, tetapi akan menimbulkan penetrasi lebih dalam dan percikan las lebih banyak, serta memperbesar hilangnya unsur Mn dan Si.

Kemampuan pengelasan untuk semua posisi dan mudah dalam pengendalian membuat proses GMAW-S cocok untuk pengelasan root pass pada pipa, dan pengelasan gage strip lining tipis. GMAW-S dapat digunakan untuk berbagai macam bahan yaitu carbon steel, chrome-moly steel, stainless steel dan paduan-paduan nikel. Beberapa perusahaan ada yang membatasi pemakaian GMAW-S pada pengelasan pipa, karena terdapat resiko tidak adanya penyatuan dan cold lap pada fill pass. Dengan demikian fill pass pada pengelasan pipa dibatasi hanya pada posisi datar saja.

2. Spray Transfer atau Globular Transfer

Pada spray transfer GMAW, pemindahan logam melintasi busur, seperti aliran tetesan-tetesan kecil dengan diameter sama atau lebih kecil dari diameter kawat elektroda. Spray transfer hanya terjadi pada gas pelindung argon tinggi (80 % argon atau lebih). Transfer yang terjadi di atas arus minimum, disebut arus transisi, tergantung pada komposisi dan diameter filler metal. Misalnya arus transisisi untuk filler metal baja diameter 0,045 inci adalah 220 amper. Apabila arus di bawah arus transisi, ukuran tetesan menjadi lebih besar dari diameter kawat elektroda, dan menjadi globular transfer. Globular transfer GMAW selalu dilakukan dengan memakai gas pelindung CO2.

GMAW Spray transfer menghasilkan percikan las paling sedikit dari berbagai jenis transfer logam. Panas masukan yang tinggi menghasilkan penetrasi yang bagus dan laju pengisian tinggi, tetapi aplikasi proses spray transfer ini hanya terbatas pada pengelasan posisi datar dan horizontal saja. GMAW globular transfer dengan tetesan besar, membuat pengelasan pada posisi-posisi sulit menjadi lebih sukar dan percikan las menjadi lebih banyak.

3. Pulsed Arc

Proses las pulsed arc atau GMAW-P dilakukan dengan sumber listrik tegangan tetap (constant voltage). Dengan sumber listrik CV ini, arus listrik diatur secara otomatis untuk mencairkan elektroda dengan kelajuan tertentu, bergerak menuju benda kerja. Apabila tinggi busur lebih pendek atau lebih panjang, sumber listrik akan merubah arus output untuk memperbesar atau memperkecil pembakaran elektroda sambil menjaga jarak busur dan tegangan tetap konstan.

Pulsed arc welding adalah sebuah proses las transfer sembur yang menggunakan sumber listrik khusus (pulsed atau synergic MIG), yang dapat merubah arus las antara arus pulsa tinggi dan tingkat arus back ground rendah, berulang-ulang kali setiap detik. Selama pulsasi ini, terjadi transfer logam las melalui busur.

Arus back ground berfungsi untuk menjaga busur, ketika masing-masing pulsa arus mempunyai cukup tenaga untuk melepaskan satu tetesan dari ujung kawat. Transfer logam terjadi selama pulsa arus tinggi, ketika tetesan logam ( 1 diameter kawat) melewati busur dengan arus rata-rata lebih rendah dari yang dibutuhkan pada spray transfer atau konvesional.

Shielding Gas yang Direkomendasikan

Shielding gas yang direkomendasikan untuk proses pengelasan GMAW dan FCAW-G diberikan pada Appendix A Alloy Fabrication Data, untuk baja paduan yang akan dilas.

Keuntungan

Proses pengelasan GMAW dapat dikerjakan secara semi-otomatis atau otomatis. Asap dan percikan las pada GMAW hubungan singkat lebih sedikit dibandingkan dengan SMAW, juga tidak ada slag yang harus dibersihkan setelah pengelasan selesai. Kecepatan pengelasan dan laju pengisian sama atau bisa lebih besar dari pada SMAW. Larutan logam las umumnya lebih rendah karena penetrasi GMAW lebih dangkal. Dengan panas masukan rendah dan penetrasi yang dangkal, logam-logam tipis lebih mudah disambung dan sambungan yang memiliki celah root lebih lebar akan lebih mudah dilas. Pada fabrikasi pipa-pipa di bengkel, root pass bermutu tinggi dapat dikerjakan lebih cepat pada berbagai posisi dan pada umumnya dengan biaya lebih rendah.

GMAW spray transfer dan globular transfer mempunyai kawah las yang lebih mudah dilihat, sama halnya dengan las busur teknik hubungan singkat (short circuiting arc) tetapi tanpa slag. Karena tidak ada flux dan relatif sedikit jumlah deoxidizer yang diberikan pada kawat, lebih sedikit pekerjaan membersihkan yang diperlukan setelah pengelasan selesai. Keseragaman panjang busur dipertahankan dengan cara membuat sumber listrik memiliki tegangan konstan. Proses las GMAW mempunyai laju pengisian lebih besar pada pengelasan paduan-paduan ferrous dan non-ferrous. Proses ini cocok dipergunakan pada las kampuh dan pengelasan untuk membuat lapisan anti karat pada stainless steel, nickel based alloys dan paduan-paduan tembaga seperti aluminum bronze.

Kelemahan.

Peralatan las GMAW lebih mahal, dan lebih rumit dalam pemasangan dan perawatan, dibandingkan dengan SMAW. Biaya kawat las dan shielding gas bisa menjadi lebih mahal dibandingkan dengan elektroda terbungkus, tetapi hal ini bisa diimbangi karena produktivitas yang tinggi dan sedikitnya pemborosan.

Shielding gas pada pengelasan GMAW dapat terganggu karena pengaruh tiupan angin, sehingga harus diambil tindakan pencegahan apabila kecepatan angin lebih dari 5 mph. Pelindung angin atau tirai khusus dapat dipakai untuk menahan atau mengurangi tiupan angina, sehingga kecepatannya cukup rendah untuk menjaga shielding gas secara memadai. Memperbesar aliran gas untuk mengimbangi pengaruh tiupan angin yang berlebihan, akan menimbulkan masalah lain yang lebih buruk, karena akan timbul turbulensi disekitar busur yang akan menarik udara disekitarnya.

GMAW memerlukan ruang gerak yang lebih besar terhadap benda kerja karena pengaruh ukuran welding gun dan nozzle. Pada umumnya alat pengumpan kawat harus ditempatkan sedekat mungkin dengan benda kerja.

Short-circuiting welding dapat dipakai untuk mengelas root pass dengan cara butt weld atau sambungan bercabang tetapi harus dikontrol ketat saat melakukan fill pass, karena ada resiko non-fusion atau cold lap. Ketika melakukan fill pass pada pengelasan pipa dengan cara butt weld, pengelasan hanya dilakukan dengan cara las naik yaitu antara posisi jam 10 dan jam 2, dimana pipa bisa ditahan tetap oleh kuda-kuda penyangga (posisi 5G) atau diputar (1G). Proses pengelasan ini tidak cocok dikerjakan pada fillet weld apabila tebal logam lebih dari 1/4 inch, dan pada umumnya tidak digunakan untuk fabrikasi pressure vessel, tangki atau palang-palang struktur.

Lack of fusion yang terletak diantara lapisan-lapisan las sukar dideteksi dengan radiography dan karena pengaruh kontrol yang buruk dari proses hubungan singkat ini, masalah LOF menjadi cukup berat, sehingga membuat beberapa fabrikator meninggalkan proses pengelasan ini. Dibandingkan dengan proses las SMAW, pengelasan short-circuiting butuh kebersihan, dan kelurusan sambungan serta penggerindaan tack weld yang lebih baik guna mendapatkan hasil pengelasan root pass bermutu tinggi.

LOF tidak akan menjadi masalah jika panas masukan dibuat lebih tinggi pada GMAW spray transfer atau globular transfer. Pada GMAW spray transfer, terdapat radiasi busur yang banyak. Hal ini tidak menyenangkan bagi juru las dan membuat proses ini lebih cocok untuk las otomatis pada beberapa aplikasi. Pengelasan GMAW spray transfer terbatas pada pengelasan posisi datar dan horizontal saja karena kawah las lebih besar.

Aplikasi pada Pekerjaan

Proses GMAW short-circuiting dapat menghemat waktu saat pengelasan root pass pada pipa dan pemasangan alloy strip lining pada pressure vessel.

Baik GMAW spray transfer ataupun globular transfer dapat digunakan pada fabrikasi pipa dan pressure vessel untuk selain dari root pass. Kedua proses ini dapat juga digunakan untuk membuat lapisan tahan karat. Spray transfer digunakan dengan cara butt weld pada pengelasan stainless steel, paduan nikel dan paduan tembaga. Pulsed arc welding dapat dipakai untuk aplikasi yang sama, tetapi mempunyai keuntungan dapat mengelas dengan semua posisi. Spray transfer tidak dianjurkan untuk mengelas carbon steel apabila masih dapat dikerjakan dengan proses las SAW, tetapi bisa digunakan untuk mengelas tembaga dan paduan-paduan nickel.