Proses Pengelasan - GTAW (Gas Tungsten 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.

2. Gas Tungsten Arc Welding

Notes: Untuk Materi yang lainnya bisa dicari pada blog saya selanjutnya :)

Pada pengelasan dengan proses GTAW, panas dihasilkan dari busur yang terbentuk dalam perlindungan inert gas (gas mulia) antara elektroda tidak terumpan dengan benda kerja. GTAW mencairkan daerah benda kerja di bawah busur tanpa elektroda tungsten itu sendiri ikut meleleh. Proses ini bisa dikerjakan secara manual atau otomatis. GTAW disebut juga dengan Heliarc yaitu istilah yang berasal dari merek dagang Linde Company atau Tig (tungsten inert gas). Filler metal ditambahkan ke dalam daerah las dengan cara mengumpankan sebatang kawat polos. Teknik pengelasan sama dengan yang dipakai pada oxyfuel gas welding atau OAW, tetapi busur dan kawah las GTAW dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh selimut inert gas, biasanya argon, helium atau campuran keduanya. Inert gas disemburkan dari torch dan daerah-daerah disekitar elektroda tungsten. Hasil pengelasan dengan proses GTAW mempunyai permukaan halus, tanpa slag dan kandungan hydrogen rendah.

Jenis lain proses GTAW adalah pulsed GTAW, dengan menggunakan sumber listrik yang membuat arus pengelasan pulsasi. Hal ini membuat arus rata-rata menjadi lebih tinggi untuk mendapatkan penetrasi dan kontrol kawah las yang lebih baik, terutama untuk pengelasan root pass. Pulsed GTAW terutama bermanfaat untuk pengelasan pipa posisi-posisi sulit pada stainless steel dan non ferrous material seperti paduan nikel.

GTAW sudah diaplikasikan juga untuk pengelasan otomatis. Otomatisasi proses ini membutuhkan sumber listrik dan pengontrolan terprogram, sistim pengumpanan kawat dan mesin pemandu gerak. Proses ini sudah digunakan untuk membuat las sekat pada tube-to-tubesheet bermutu tinggi dan las tumpul pada pipa-pipa heat exchanger. Butt weld pada pipa tebal diameter besar pada pembangkit tenaga listrik, merupakan keberhasilan lain dari aplikasi GTAW otomatis. GTAW menggunakan pengumpanan kawat otomatis disebut juga dengan cold wire TIG. Jenis lain dari pengelasan GTAW otomatis disebut hot wire TIG, yang dikembangkan untuk menyaingi yang lain dengan laju deposit lebih tinggi. Pada hot wire TIG, kawat las mendapat tahanan panas yang berasal dari arus AC tegangan rendah untuk memperbesar laju pengisian.

Keuntungan.

Proses GTAW menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada bahan-bahan ferrous dan non ferrous. Dengan teknik pengelasan yang tepat, semua pengotor yang berasal dari atmosfir dapat dihilangkan. Keuntungan utama dari proses ini yaitu, bisa digunakan untuk membuat root pass bermutu tinggi dari arah satu sisi pada berbagai jenis bahan. Oleh karena itu GTAW digunakan secara luas pada pengelasan pipa, dengan batasan arus mulai dari 5 hingga 300 amp, menghasilkan kemampuan lebih besar untuk mengatasi masalah pada posisi sambungan yang berubah-ubah seperti celah akar. Sebagai contoh, pada pipa tipis (dibawah 0,20 inci) dan logam-logam lembaran, arus bisa diatur cukup rendah sehingga pengendalian penetrasi dan pencegahan terjadinya terbakar tembus (burnt through) lebih mudah dari pada pengerjaan dengan proses menggunakan elektroda terbungkus. Kecepatan gerak yang lebih rendah dibandingkan dengan SMAW akan memudahkan pengamatan sehingga lebih mudah dalam mengendalikan logam las selama pengisian dan penyatuan.

Kelemahan.

Kelemahan utama proses las GTAW yaitu laju pengisian lebih rendah dibandingkan dengan proses las lain umpamanya SMAW. Disamping itu, GTAW butuh kontrol kelurusan sambungan yang lebih ketat, untuk menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada pengelasan dari arah satu sisi. GTAW juga butuh kebersihan sambungan yang lebih baik untuk menghilangkan minyak, grease, karat, dan kotoran-kotoran lain agar terhindar dari porosity dan cacat-cacat las lain.

GTAW harus dilindungi secara berhati-hati dari kecepatan udara di atas 5 mph untuk mempertahankan perlindungan inert gas di atas kawah las.

Aplikasi pada pekerjaan.

GTAW mempunyai keunggulan pada pengelasan pipa–pipa tipis dan tubing stainless steel diameter kecil, paduan nikel, paduan tembaga dan aluminum. Pada pengelasan pipa dinding tebal, GTAW sering kali dipakai pada root pass untuk pengelasan yang membutuhkan kualitas tinggi, seperti pada pipa-pipa tekanan tinggi dan temperatur tinggi dan pipa-pipa belokan pada dapur pemanas. GTAW juga digunakan pada root pass apabila membutuhkan permukaan dalam yang licin, seperti pada pipa-pipa dalam acid service. Karena ada perlindungan inert gas terhadap pengelasan dan mudah dalam mengontrol proses las, membuat GTAW sering kali digunakan pada logam-logam reaktif seperti titanium dan magnesium.

Pada pipa-pipa tipis, 0,125 inci atau kurang, bisa digunakan sambungan berbentuk persegi dan rapat. Root pass dikerjakan tanpa menambahkan filler metal (disebut dengan autogenous weld). Pada pipa-pipa tebal, bagian ujung sambungan mesti dibevel, diluruskan dan diberi celah (disebut dengan bukaan akar), kemudian ditambahkan filler metal selama pengelasan root pass. Sebagai pengganti filler metal, bisa juga disisipkan consumable insert (ring penahan) ke dalam sambungan, yang nantinya bersatu dengan root (sebagai filler metal tambahan). Pengelasan dengan consumable insert membutuhkan kontrol kelurusan sambungan yang teliti.

Backup Gas Purge.

Backup gas purge digunakan pada bahan-bahan yang sensitif terhadap kontaminasi udara pada sambungan-sambungan las tunggal yang tidak di backgouging. Backup gas perlu pada baja-baja chrome-moly tertentu (≥ 3 % chromium), stainless steel, paduan-paduan nikel tinggi, paduan tembaga dan titanium. Gas purge tidak diperlukan pada pengelasan carbon steel atau low alloy steels apabila kandungan chromium kurang dari 3 %. Baik argon atau helium bisa digunakan sebagai purge gas. Pilihan lain bisa juga menggunakan nitrogen sebagai gas purge, untuk pengelasan austenitic stainless steel, tembaga dan paduan-paduan tembaga. Nitrogen tidak cocok pada bahan-bahan lain karena beraksi sebagai pengotor.

Hasil terbaik pada stainless steel atau high nickel steel akan diperoleh apabila baja ini di purging sehingga kandungan oxygen kurang dari 1 %. Purging dengan empat hingga sepuluh kali volume yang diperlukan, dilakukan untuk mendapatkan secara relatif gas inert di udara. Apabila keberadaannya tidak tertentu berkaitan dengan kecukupan purge gas tersebut, bisa digunakan mine safety oxygen analyzer untuk memeriksa kandungan oxygen pada purge gas yang dikeluarkan dari daerah pengelasan.

Gas purging pertama kali dilakukan dengan kecepatan aliran tinggi, misalnya 30 hingga 90 CFH untuk membilas sistim, kemudian diturunkan hingga 5 sampai 8 CFH pada proses pengelasan. Harus ada perhatian khusus untuk memastikan bahwa tekanan backup gas tidak berlebihan ketika mengelas root pass, bila tidak logam las akan meleleh atau terbentuk cekungan pada akar las. Pembuangan yang memadai penting sekali untuk menghindarkan terbentuknya tekanan berlebihan selama proses pengelasan. Daerah pembuangan pada exhausting backup gas paling tidak harus sama dengan daerah terbuka yang dipakai untuk memuat backup gas ke system. Setelah selesai melakukan pengelasan pada root pass dan fill layer, backup gas purge bisa dihentikan. Jumlah fill layer yang dibutuhkan sebelum menghentikan gas purge tergantung dari tebal lapisan dan penetrasi.

Semoga artikel ini bermanfaat bagi kalian yang sudah membacanya.