Proses Pengelasan - SAW (Submerged 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.

5. Submerged Arc Welding

SAW atau las busur terbenam termasuk salah satu las busur listrik, dimana busur dan kawah las ditutupi oleh lelehan flux dan lapisan butiran-butiran flux

Pada proses ini busur las tidak terlihat. Elektroda diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan dengan cara yang sama seperti pada proses GMAW. Panas busur melelehkan base metal, elektroda dan flux sehingga menghasilkan kawah las yang ditutupi oleh lapisan slag cair. Lapisan slag melindungi kawah las sampai membeku. Karena busur tidak terlihat, pengelasan dapat dilakukan tanpa menimbulkan radiasi besar dimana hal ini sudah merupakan sifat dari proses busur terbuka, dan juga menghasilkan sangat sedikit asap.

Pengelasan dengan proses SAW pada umumnya dilakukan di bengkel-bengkel, karena benda kerja dapat diletakkan dengan posisi datar untuk memperoleh laju pengisian yang lebih tinggi. Proses pengelasan SAW juga sudah digunakan dilapangan untuk mengelas dinding tangki penyimpanan minyak secara horizontal dengan menggunakan alat khusus pengelasan posisi jam 3, dan juga untuk mengelas plat bola yang dirakit dilapangan dan diatur untuk pengelasan posisi datar.

Karena penetrasi SAW dalam, proses ini tidak cocok untuk mengelas root pass tanpa terlebih dahulu diberi penyangga las. Penyangga (back up) dapat bersifat sementara atau permanen. Pengelasan dari arah satu sisi bisa dilakukan dengan memberi bahan penyangga sementara seperti batangan tembaga, flux back up, atau pita back up khusus dari bahan flux atau keramik. Bahan-bahan penyangga sementara yang lain adalah batangan baja, yang juga dapat digunakan untuk meluruskan sambungan. Penyangga ini dilepaskan sebelum mengelas dari arah sebaliknya.

Sambungan las untuk SAW pada umumnya dirancang dengan land lebih tebal dan tanpa celah agar dapat menopang logam las selama pengelasan dari sisi pertama. Karena penetrasi lebih dalam, sisi sebaliknya dapat dilas tanpa perlu diback gouging. Contohnya adalah double SAW (disingkat dengan DSW), yang dilakukan oleh pabrik-pabrik pembuat pipa.

SAW bisa digunakan dengan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), tetapi arus DC lebih banyak dipakai karena penyalaan busur lebih mudah dan penetrasinya lebih dalam. Jenis lain SAW adalah tandem arc welding, yang menggunakan dua batang elektroda sekaligus, dan bisa dikerjakan dengan arus DC-AC atau AC-AC. Proses las SAW biasanya dikerjakan secara otomatis. Bisa juga dilakukan secara semi-otomatis dengan gun genggam tetapi laju pengisian kurang memuaskan. Flux SAW harus disimpan ditempat yang hangat, kering dan harus direkondisi apabila lembab (sesuai dengan petunjuk pabrik). Kawat untuk pengelasan SAW juga mesti disimpan ditempat yang kering.

Keuntungan

Proses las SAW ini dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel, stainless steel dan beberapa paduan nikel tinggi. Proses ini digunakan secara luas untuk membuat lapisan anti karat dengan menggunakan elektroda berbentuk lembaran (tebal 0,5 mm dan lebar 60 mm). Proses las ini dapat dikerjakan dengan arus lebih tinggi serta elektroda berganda, sehingga diperoleh laju pengisian dua hingga sepuluh kali lebih cepat dari pada SMAW. Karakteristik penetrasi yang dalam dari proses SAW ini menyebabkan kampuh las bisa dibuat lebih sempit, sehingga dapat mengurangi jumlah lapisan yang diperlukan dan juga menghemat waktu pengelasan. Lapisan slag yang menyelimuti logam las memberikan perlindungan yang handal terhadap logam las cair, sehingga menghasilkan deposit las bermutu tinggi.

Sebagai sebuah proses las busur terbuka, SAW tidak menimbulkan radiasi tinggi dimana hal ini memberikan kenyamanan kepada juru las. SAW adalah proses las rendah hydrogen, tetapi kandungan hydrogennya tergantung dari tingkat kekeringan dan jenis flux yang dipakai. Kekerasan di daerah HAZ cenderung lebih rendah karena panas masukan yang lebih tinggi menyebabkan laju pendinginan menjadi lebih lambat. Pada umumnya tampilan bead yang halus dari pengelasan SAW membuat inspeksi visual menjadi lebih mudah terhadap cacat-cacat las karena kesalahan operator atau kesalahan fungsi peralatan.

Kelemahan

Di dalam prakteknya, proses las SAW membutuhkan penanganan dan waktu pemasangan lebih banyak untuk meletakkan benda kerja sedemian rupa sehingga pengelasan dapat dilakukan dengan posisi datar. Terbatasnya pandangan mata terhadap busur dan kawah las selama pengelasan membuat proses ini menjadi lebih sulit dalam mempertahankan posisi las di atas sambungan, meskipun pada umumnya hal ini tidak menjadi masalah. Waktu pemasangan untuk pengelasan lebih lama dibandingkan dengan GMAW dan SMAW, sehingga proses ini tidak ekonomis pada pekerjaan-pekerjaan kecil. Apabila menggunakan panas masukan lebih besar, bisa terbentuk butiran-butiran kasar di daerah HAZ. Keadaan ini menyebabkan hilangnya sifat impact, yang pada beberapa aplikasi tidak diperbolehkan. Pada pengelasan dengan lapisan banyak, harus dipilih kombinasi kawat/flux yang sesuai sehingga dapat mencegah pembentukan unsur Mn dan Si pada logam las, karena unsur-unsur ini akan menaikan kekerasan, menurunkan ketangguhan, dan menimbulkan masalah retak pada sour service.

Cacat-cacat las yang umum terjadi pada SAW:

1. Porosity karena kontaminasi pada pengelasan. Hal ini terjadi karena pembersihan karat dan kerak pada sambungan tidak sempurna.

2. Slag inclusion karena muka las terlalu cembung atau undercut. Hal ini terjadi karena slag terkurung disepanjang sisi logam las dan tidak terbuang selama pembersihan.

3. Retak ditengah las-lasan karena bentuk bead tidak tepat. Hal ini terjadi pada pengelasan dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan lebar.

Pertimbangan Dalam Memilih Kombinasi Kawat/Flux

Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan baik pada kawat elektroda ataupun flux, tetapi kontrol kimia yang lebih baik akan diperoleh apabila suatu paduan tertentu ditambahkan pada kawat dan menggunakan flux netral. Kelarutan logam induk pada SAW lebih besar dibandingkan dengan proses pengelasan yang lain, karena penetrasinya lebih dalam. Kelarutan logam induk ini mempunyai pengaruh signifikan pada sifat kimia logam las dan harus dipertimbangkan ketika memilih kombinasi kawat/flux, terutama pada logam-logam tipis. PWHT akan mengurangi kekerasan logam las tetapi juga menurunkan tensile strength. PWHT penting sekali dilakukan apabila temperatur pengelasan lebih tinggi dan holding time lebih lama. Pengaruh PWHT terhadap tensile strength harus dipertimbangkan dalam memilih kombinasi kawat/flux. Sehingga perhatian yang seksama harus dilakukan di dalam memilih kombinasi kawat/flux yang akan menghasilkan komposisi logam las dengan sifat kimia dan kekuatan yang sempurna.

Aplikasi pada Pekerjaan

Pada umumnya beberapa perusahaan tidak memakai proses las SAW otomatis ini apabila tidak banyak permintaan yang bisa dijadikan alasan untuk menggunakan proses las ini. Walaupun peralatan tersedia untuk pengelasan semi otomatis, proses las SAW kurang memuaskan dari pada GMAW karena GMAW lebih serba guna.

Proses las SAW digunakan secara luas oleh suplier untuk mengelas struktur-struktur besar seperti tangki, pressure vessel, kapal, anjungan lepas pantai termasuk alat pengeboran dibawah laut. Proses las ini digunakan juga untuk membuat lapisan selubung baik dengan elektroda lembaran ataupun berupa kawat.