Proses Pengelasan - Stud Welding; Brazing, Cadwelding

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.

7. Stud Welding

SW adalah proses pengelasan yang relatif mudah dikerjakan. Proses las jenis ini digunakan untuk memasang insulation pins dan refractory anchors. Proses las SW menggunakan welding gun khusus dan pengatur waktu otomatis. Panas pengelasan terbentuk karena tarikan busur antara welding stud dengan base metal. Segera setelah ujung stud dan permukaan base metal di bawah stud meleleh, stud dipaksa melawan base metal karena tekanan, dan terjadi pembekuan. Dengan demikian dihasilkan penyatuan las berkekuatan penuh dengan hasil pengelasan dan daerah HAZ yang sempit.

Stud welding bisa dilakukan dengan menggunakan mesin las drawn-arc atau capasitor discharge. Drawn arc stud welding mempergunakan mesin las DC konvensional dengan polaritas lurus, pengatur waktu otomatis, dan gun genggam. Capasitor discharge stud welding menggunakan energi listrik lucutan cepat yang tersimpan di dalam kapasitor sebagai sumber panas. Stud bisa dipasangkan dengan SMAW apabila mesin las stud otomatis tidak ada. Persiapan permukaan sebelum pengelasan penting sekali untuk memperoleh mutu stud welding yang konsisten. Kerak dan karat harus dibuang sebelum pengelasan. Hal ini diikuti dengan penggerindaan atau abrasive blasting.

Aplikasi pada Pekerjaan

Pengelasan stud dengan cara drawn-arc atau capasitor discharge digunakan secara luas untuk mengikat insulasi dan refractory anchor pada pipa, pressure vessel dan tangki, dan untuk pemasangan konduktor panas pada furnace tube. Kualitas stud welding harus diperiksa pada setiap awal perubahan, untuk menentukan apakah prosedur (gun pengatur waktu) dan persiapan permukaan sudah memuaskan. Inspeksi visual terhadap stud weld (untuk memeriksa 360 derajat cahaya disekitar base) dan kelengkungan stud dengan sudut kira-kira 15 derajat dari sumbu merupakan suatu cara yang dapat diterima untuk memastikan apakah stud sudah terpasang dengan baik. Stud yang tidak memperlihatkan cahaya 360 derajat atau terputus selama pembengkokan dapat diperbaiki dengan menggunakan proses SMAW.

1.1.8. Oxyfuel Gas Welding, Braze Welding dan Brazing

Oxyfuel Gas Welding

Proses las OFW mempergubakan panas yang berasal dari nyala gas untuk melelehkan base metal dan menghasilkan penyatuan, biasanya diikuti dengan menambahkan filler metal dalam bentuk kawat dengan komposisi yang sesuai. Obor oxyacetelyne adalah metode yang paling biasa dipakai, dengan temperatur nyala api sekitar 5600oF. Propane, gas alam, dan alternatif lain dari bahan bakar gas acetelyne tidak dipakai pada pengelasan gas karena laju pemanasannya terlalu rendah. Akan tetapi gas-gas ini digunakan untuk memotong, preheating dan brazing, apabila kebutuhan terhadap karakteristik nyala api tidak terlalu penting. Gas welding pada umumnya sudah digantikan oleh SMAW dan proses-proses pengelasan yang terbaru. Meskipun demikian, OFW masih dipakai untuk fillet weld dan butt weld pada pipa-pipa tipis diameter 2 inch ke bawah dimana GTAW adalah alternatif lain. Gas welding juga digunakan pada pengecoran logam untuk memperbaiki casting iron.

Keuntungan.

OFW digunakan terutama sekali karena fleksibel, mudah diangkut dan tidak ada persyaratan terhadap sumber tenaga listrik. Peralatan sederhana dan biayanya murah serta bisa digunakan untuk pekerjaan yang berkaitan dengan pemotongan, pembengkokan, preheating dan brazing. Efektifitasnya tergantung pada keterampilan juru las dalam mengendalikan komposisi nyala api, panas masukan dan sudut dari obor (yang mempengaruhi ukuran kawah las). Gas welding dengan nyala carburizing menghasilkan kekerasan paling tinggi pada deposit pelapisan.

Kelemahan

OFW bersifat lambat dan menghasilkan panas setempat yang menimbulkan masalah perubahan bentuk. Butiran kasar, struktur yang getas biasa dijumpai pada pengelasan carbon steel karena faktor panas masukan yang tinggi serta kecepatan las yang rendah. Baik carburizing ataupun decarburizing dapat terjadi pada logam las dan daerah-daerah yang berdekatan dengan base metal apabila nyala api diatur secara tidak benar. Kondisi ini bisa sangat merusak daya tahan terhadap karat pada baja-baja chromium dan paduan-paduan yang lebih tinggi.

Braze Welding dan Brazing

Proses penyambungan dengan metode ini mempergunakan obor gas seperti halnya pada OFW, tetapi hanya untuk melelehkan filler metal saja, logam dasarnya tidak. Brazing dan braze welding mempergunakan filler metal yang akan meleleh pada suhu di atas 840oF (450oC). Soldering menggunakan filler metal yang meleleh pada suhu di bawah 840oF (450oC). Silver brazing, dahulu disebut silver soldering, menggunakan paduan perak-tembaga untuk tujuan aplikasi umum.

Pada braze welding, panas diberikan pada sambungan las untuk menaikan suhunya sehingga di atas titik lebur filler rod, tetapi tidak melebihi titik lebur logam dasar. Filler metal kemudian dialirkan kepermukaan yang panas, dimana terdapat flux yang sesuai, sehingga membentuk suatu ikatan. Proses ini digunakan untuk memperbaiki casting iron dengan brass filler metal. Brazing tidak dipakai pada wadah yang digunakan untuk menyimpan cairan yang mudah terbakar karena bisa meleleh dalam api.

Brazing menggunakan prinsip kerja kapilaritas untuk menimbulkan pelelehan paduan brazing yang mengalir diantara sambungan-sambungan yang berdekatan. Sambungan tumpul, tumpang atau soket dengan celah antara bagian sekitar dua hingga enam mils, menghasilkan kekuatan paling tinggi. Sambungan yang lebih lemah akan terbentuk apabila toleransi kelurusan tidak dikontrol untuk menghindarkan celah yang berlebihan. Meskipun demikian, celah yang terlalu sempit atau sama sekali tidak ada jarak akan menghalangi brazing alloy mengalir menuju sambungan dan juga dapat menghasilkan sambungan yang lemah atau bocor.

9. Cadwelding

Cad welding adalah merek dagang dari proses las thermit yang digunakan untuk memasang sambungan-sambungan listrik tembaga dan ground lead pada pipe lines dan struktur. Satu aplikasi penting pada pipeline adalah pemasangan kawat-kawat sacrificial anode dan test lead untuk cathodic protection.

Penyambungan Cadweld. Prinsip kerjanya terdiri dari pelelehan serbuk paduan tembaga secara exothermal di dalam sebuah cetakan grafit yang dapat dipakai lagi. Powder charge (mesiu) ditahan oleh sebuah piringan penahan dari logam tipis. Ketika paduan tembaga meleleh melalui piringan logam, ia akan mengalir melalui tap hole kerongga pengelasan dan membeku pada permukan material yang akan disambung. Jenis-jenis cetakan berbeda-beda pada setiap aplikasi. Cetakan digunakan untuk mengikat timah kawat diameter kecil (typically #4 atau kurang) pada pipelines.

Serbuk Cadweld (F-33) yang dipergunakan untuk memasang cathodic protection lead dan test wire pada pipeline adalah campuran tembaga oxida dan aluminum dengan sedikit vanadium. Serbuk ini dilengkapi dengan 15 gram (CA15) dan cartdridges yang lebih besar. Meskipun demikian, powder charge dibatasi hanya 15 gram menurut ANSI/ASME B31.4 dan B31.8 piping systems. Sejumlah starting powder dipadatkan pada setiap cartridge sehingga starting powder terbentang di atas campuran tersebut ketika isinya dialirkan ke dalam cetakan. Mesiu mulai dinyalakan dengan menggunakan pemantik flint spark kemudian mesiu bereaksi sehingga menghasilkan paduan tembaga cair yang mengandung aluminum dan vanadium. Paduan ini meleleh melalui piringan logam dan membeku pada timah listrik dan base metal, kemudian mengikatnya satu sama lain. Slag tipis aluminum-oksida terbentuk yang menyisakan gumpalan dan kerak pada cetakan. Slag mudah dihilangkan dengan chipping hammer dan harus dibuang dari cetakan sebelum digunakan lagi.

Penelitian telah memperlihatkan bahwa pengaruh metalurgi Cadwelding terhadap pipeline tidak merusak pipa-pipa API 5L grade (X-65 dan di bawahnya) dengan ketebalan 0,2 inci dan lebih. Aplikasi Cadweld pada ketebalan kurang dari 0,2 inci harus dievaluasi tersendiri. Evaluasi harus meliputi fluida, suhu, tekanan dan flow rate pipeline tersebut. Perhatian utama adalah berkurangnya kekuatan dinding selama pengelasan, bertambah dalamnya daerah HAZ, dan meningkatnya penetrasi tembaga.

Proses Pengelasan Lain

Beberapa proses penyambungan lain tidak dibicarakan disini karena jarang dipakai. Proses-proses ini adalah:

- Plasma arc welding.

- Electron beam welding.

- Laser welding.

- Resistance welding.

. Flash welding.

. Projection welding.

. Resistance seam welding.

. Resistance spot welding.

- Friction and inertia welding.

- Explosion welding.