Mengenal Las Busur Gas

Klasifikasi Las Busur Gas

Las busur biasanya dibagi dalam dua kelompok besar yaitu elektroda tak terumpan dan elektroda terumpan. Kelompok elektroda tak terumpan menggunakan batang wolfram sebagai elektroda yang dapat menghasilkan busur listrik tanpa turut mencair, sedangkan kelompok elektroda terumpan sebagai elektrodanya digunakan kawat las. Skema dari dua kelompok ini di tunjukan dalam gambar 1.

Gambar 1 : Las Busur Gas
Sumber : Wiryosumarto dan Okumura ”Teknologi Pengelasan Logam” 2000 :16

Kelompok elektroda tak terumpan masih dibagi lagi dalam dua jenis yaitu jenis dengan logam pengisi dan jenis logam tanpa pengisi. Kelompok elektroda tak terumpan menggunakan batang-batang wolfram sebagai elektroda yang dapat menghasilkan busur listrik tanpa turut mencair, sedangkan kelompok elektroda terumpan sebagai elektrodanya digunakan kawat las.

Kelompok elektroda tak terumpan masih dibagi lagi kedalam dua jenis dengan logam pengisi dan logam tanpa pengisi. Kelompok ini biasanya menggunakan logam las mulia sebagai pelindung sehingga secara keseluruhanya nama kelompok ini menjadi gas wolfgram gas mulia atau disebut las TIG.

Kelompok elektroda terumpan juga dibagi lagi dalam dua jenis berdasarkan kawat elektrodanya, yaitu jenis kawat elektroda pejal dan jenis elektroda dengan inti fluks. Dalam kelompok ini digunakan dua macam gas pelindung yaitu gas mulia dan gas CO2 atau disebut dengan las MIG. Pelindung yang digunakan berupa campuran dari gas Ar dan gas CO2.

Las Wolfram Gas Mulia (Las TIG)

 Pada jenis ini logam pengisi dimasukan ke dalam daerah arus busur sehingga mencair dan terbawa ke logam induk. Tetapi untuk mengelas pelat yang sangat tipis kadang- kadang tidak diperlukan logam pengisi. Las TIG dapat dilaksanakan dengan mengotomatisasikan cara pengumpanan logam pengisi.

Penggunaan las TIG mempunyai dua keuntungan, yaitu pertama kecepatan pengumpanan logam pengisi dapat diatur terlepas dari besarnya arus listrik sehingga penetrasi kedalam logam induk dapatdiatur semaunya. Cara pengaturan ini memungkinkan las TIG dapat digunakan dengan memuaskan baik untuk pelat baja tipis maupun pelat yang tebal. Keduanya adalah kualitas yang lebih baik dari daerah las. Tetapi sebaliknya bila dibandingkan dengan las MIG, efisiensinya lebih rendah dan biaya operasinya masih lebih tinggi. Oleh karena itu las TIG biasanya digunakan untuk mengelas logam-logam bukan baja. Sumber listrik yang digunakan untuk pengelasan dapat berupa listrik DC maupun listrik AC. Dalam hal listrik DC rangkaian listriknya dapat dengan polaritas lurus dimana kutub positif dihubungkan dengan logam induk dan kutub negatif dengan batang elektroda atau rangkaian sebaliknya yang disebut polaritas balik. Skema dari kedua rangkaian ini dapat dilihat dalam gambar 3.

Gambar 3 : Diagram rangkaian listrik dari mesin las listrik DC

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura, 2000 : 17

Las Logam Gas Mulia (MIG)

Dalam las logam gas mulia, kawat pengisi yang juga berfungsi sebagai elektroda diumpankan secara terus menerus. Busur listrik terjadi antara kawat pengisi dan logam induk. Gas pelindung yang digunakan adalah gas Argon, helium dan campuran keduanya. Untuk memantapkan busur kadang-kadang ditambahkan gas O2 antara 2 sampai 5% atau CO2 antara 5 sampai 20%. Dalam banyak hall as MIG sangat menguntungkan. Hal ini disebabkan karena sifat-sifatnya yang baik, misalnya :

1. Karena konsentarsi busur yang tinggi, maka busurnya sangat mantap dan percikannya sedikit sehingga memudahkan operasi
2. Karena dapat menggunakan arus yang tinggi maka kecepatannya juga sangat tinggi, sehingga efisiensinya sangat baik.
3. Terak yang terbentuk cukup
4. Ketangguhan dan elastisitas, kekedapan udara, ketidakpekaan terhadap retak dan sifat-sifat lainnya lebih baik dari pada yang dihasilkan dengan cara pengelasan

Karena hal-hal tersebut diatas maka las MIG banyak sekali digunakan dalam praktek terutama untuk pengelasan baja-baja kualitas tinggi seperti baja tahan karat, baja kuat dan logam-logam bukan baja yang tidak dapat dilas dengan cara yang lain.

Gambar 4 : Pemindahan sembur pada las MIG

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura, 2000 : 20

Sifat-sifat seperti diterangkan diatas sebagian besar disebabkan oleh sifat dari busur yang dihasilkan dalam gambar 2.4 ditunjukkan keadaan busur dalam las MIG dimana terlihat ujung elektroda yang selalu runcing. Hal inilah yang menyebabkan butir-butir logam cair menjadi halus dan pemindahannya berlangsung dengan cepat seakan-akan seperti disemburkan.

Terjadinya penyemburan logam cair seperti diterangkan diatas disebabkan oleh beberapa hal, antara lain polaritas listrik dan arus listrik. Dalam las MIG biasanya digunakan arus listrik searah dengan tegangan tetap sebagai sumber tenaga. Dengan sumber tenaga ini biasanya penyemburan terjadi bila polaritasnya adalah polaritas balik. Di samping polaritas ternyata bahwa besar arus juga memegang peranan penting, bila besar arus melebihi suatu harga tertentu yang disebut harga kritik barulah terjadi pemindahan sembur. Diagram dalam gambar 2.5 menunjukkan hubungan antara arus kritik dan terjadinya penyemburan. Besarnya arus kritik tergantung dari pada bahan kawat las, garis tengah kawat dan jenis gas pelindungnya. Bila diameternya mengecil, besarnya arus kritik yang diperlukan juga menurun. Penambahan gas CO2 ke dalam gas Argon akan menaikkan besarnya arus listrik.

Sumber : Wiryosumarto dan Okumura, 2000 : 21

Pada umumnya las MIG dapat digunakan secara memuaskan, kecuali satu hal yaitu cara ini agak sukar untuk pengelasan posisi tegak dan untuk pelat-pelat tipis. Hal ini dapat diperbaiki dengan menggunakan arus rendah yang mengakibatkan proses pemindahan sembur tidak terjadi.

Pengelasan elektrode terumpan adalah proses pengelasan dimana pada saat terjadi busur listrik elektrode ikut mencair dan berfungsi sebagai logam pengisi. Terdapat beberapa pengelasan busur yang menggunakan elektrode terumpan, seperti antara lain :

Shield Metal Arc Welding (SMAW)

Las elektroda terbungkus atau Shield Metal Arc Welding (SMAW) adalah cara pengelasan yang banyak digunakan pada masa ini. Dalam cara pengelasan ini digunakan kawat elektroda logam yang dibungkus dengan fluks. Dalam Gambar 6 dapat dilihat dengan jelas bahwa busur listrik terbentuk diantara logam induk dan ujung elektroda. Karena panas dari busur ini maka logam induk dan ujung elektroda tersebut mencair dan kemudian membeku bersama (Wiryosumarto dan Okumura, 2000).

Proses pemindahan logam elektroda terjadi pada saat ujung elektroda mencair dan membentuk butir-butir yang terbawa oleh arus busur listrik yang terjadi. Bila digunakan arus listrik yang besar maka butiran logam cair yang terbawa menjadi halus seperti terlihat dalam Gambar 2.6, sebaliknya bila arusnya kecil maka butirannya menjadi besar seperti tampak dalam Gambar 2.7 (Wiryosumarto dan Okumura, 2000).

(Sumber: Teknologi Pengelasan Logam, Wiryosumarto dan Okumura, 2000)

Pola pemindahan logam cair seperti diterangkan diatas sangat mempengaruhi sifat mampu las dari logam. Secara umum dapat dikatakan bahwa logam mempunyai sifat mampu las tinggi bila pemindahan terjadi dengan butiran yang halus. Sedangakan pola pemindahan cairan dipengaruhi oleh besar kecilnya arus seperti diterangkan diatas dan juga oleh komposisi dari bahan fluks yang digunakan. Selama proses pengelasan bahan fluks yang digunakan untuk membungkus elektroda mencair dan membentuk terak yang kemudian menutupi logam cair yang terkumpul ditempat sambungan dan bekerja sebagai penghalang oksidasi. Dalam beberapa fluks bahannya tidak dapat terbakar, tetapi berubah menjadi gas yang juga menjadi pelindung dari logam cair terhadap oksidasi dan memantapkan busur (Wiryosumarto dan Okumura, 2000). Didalam elektroda terbungkus fluks memegang peranan penting karena fluks dapat bertindak sebagai berikut:

• Mengahsilkan gas pelindung untuk mencegah masuknya udara dan membuat busur stabil.
• Memberikan bahan lain, seperti unsur pengurai oksida untuk memperhalus struktur butiran pada logam las.
• Menghasilkan lapisan terak diatas kolom yang mencair dan memadatkan las untuk melindunginya dari oksigen dan nitrogen dalam udara, serta memperlambat pendinginan

Gas Metal Arc Welding (GMAW)

Pada proses GMAW (Gas Metal Arc Welding), elektrodanya adalah kawat menerus dari 1 gulungan yang disalurkan melalui pemegang elektroda (alat yang berbentuk pistol seperti pada gambar 8). Perlindungan dihasilkan seluruhnya dari gas atau campuran gas yang diberikan dari luar (Fuadi, 2015).

Mula-mula metode ini dipakai hanya dengan perlindungan gas mulia (tidak reaktif) sehingga disebut MIG (Metal Inert Gas/gas logam mulia). Gas yang reaktif biasanya tidak praktis, kecuali CO2 (karbon dioksida). Gas CO2, baik CO2 saja atau dalam campuran dengan gas mulia, banyak digunakan dalam pengelasan baja (Fuadi, 2015).

Argon sebenarnya dapat digunakan sebagai gas pelindung untuk pengelasan semua logam, namun, gas ini tidak dianjurkan untuk baja karena mahal serta kenyataan bahwa gas pelindung dan campuran gas lain dapat digunakan. Untuk pengelasan baja karbon dan beberapa baja paduan rendah baik (1) 75% argon dan 25% CO, ataupun (2) 100% CO2 lebih dianjurkan. Untuk baja paduan rendah yang keliatannya (toughness), disarankan pemakaian campuran dari 60-70% helium, 25- 30% argon, dan 4-5% C02 (Fuadi, 2015).

Selain melindungi logam yang meleleh dari atmosfir, gas pelindung mempunyai fungsi sebagai berikut.

• Mengontrol karakteristik busur nyala dan pernindahan
• Mempengaruhi penetrasi, lebar peleburan, dan bentuk daerah
• Mempengaruhi kecepatan
• Mengontrol peleburan berlebihan (undercutting).

Pencampuran gas mulia dan gas reaktif membuat busur nyala lebih stabil dan kotoran selama pemindahan logam lebih sedikit. Pemakaian CO2 saja untuk pengelasan baja merupakan prosedur termurah karena rendahnya biaya untuk gas pelindung, tingginya kecepatan pengelasan, lebih baiknya penetrasi sambungan, dan baiknya sifat mekanis timbunan las. Satu-satunya kerugian ialah pernakaian CO2 menimbulkan kekasaran dan kotoran yang banyak (Fuadi, 2015).

Submerged Arc Welding (SAW)

Las busur rendam Submerged Arc Welding (SAW) adalah suatu cara mengelas dimana logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampung fluks dan logam pengisi yang berupa kawat pejal diumpankan secara terus menerus. Dalam pengelasan ini busur listriknya terendam dalam fluks seperti terlihat dalam Gambar 9 karena prinsip ini maka cara ini dinamakan las busur rendam (Wiryosumarto dan Okumura, 2000).

Gambar 9 : Skema Las SAW.

(Sumber: Teknologi Pengelasan Logam, Wiryosumarto dan Okumura, 2000)

Karena dalam pengelasan ini busur listriknya tidak kelihatan, maka sangat sukar untuk mengatur jatuhnya ujung busur. Di samping itu karena mempergunakan kawat elektroda yang besar maka sangat sukar untuk memegang alat pembakar dengan tangan tepat pada tempatnya. Karena kedua hal tersebut maka pengelasan selalu dilaksanakan secara otomatis penuh. Mesin las otomatik pelaksanaannya bermacam-macam, salah satu di antaranya ditunjukkan dalam gambar 2.10. Pada jenis ini kepala las dibawa oleh kereta yang berjalan melalui rel penuntun sepanjang garis las. Fluks yang diperlukan diumpankan melalui pipa penyalur dari penampung fluks yang juga terletak di atas kereta. Biasanya mesin las ini melayani satu elektroda saja, tetapi untuk memperbaiki efisiensi pengelasan kadang-kadang satu mesin melayani dua atau tiga elektroda (Wiryosumarto dan Okumura, 2000).

Gambar 10 : Skema Mesin SAW.

(Sumber: Teknologi Pengelasan Logam Wiryosumarto dan Okumura, 2000)

Flux Cored Arc Welding (FCAW)

Pengelasan FCAW adalah Las busur listrik yang kawat lasnya terdapat fluk (pelindung inti tengah). Las FCAW adalah kombinasi antara proses pengelasan GMAW, SMAW dan SAW. Dalam pengelasan FCAW ini sumber energi menggunakan arus listrik DC atau AC yang diambil dari pembangkit listrik atau melalui trafo dan atau rectifier (Jones, 2015)

Gambar 11 Skema Las FCAW.
(Sumber: FCAW Drawing, Perch, 2011)

Pengelasan FCAW merupakan salah satu jenis las listrik yang proses kerjanya memasok filler elektroda atau kawat las secara mekanis terus menerus ke dalam busur listrik. Kawat las atau Elektroda yang digunakan untuk pengelasan FCAW terbuat dari logam tipis yang digulung cylindrical kemudian dalamnya di isi dengan flux yang sesuai dengan kegunaannya. Proses Pengelasan FCAW ini sebenarnya sama dengan pengelasan GMAW, namun membedakan adalah kawat las atauelektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks sedangkan GMAW berbentuk Solid (Jones, 2015).
Berdasarkan metode pelindung, Pengelasan FCAW dapat dibedakan menjadi 2, yaitu:

1) Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri), yaitu merupakan proses melindungi logam las yang mencair dengan menggunakan gas dari hasil penguapan atau reaksi dari inti fluks.
2) Gas shielding FCAW (perlindungan gas) adalah perlindungan dengan dual gas, yaitu melindungi logam las yang mencair dengan menggunakan gas sendiri juga ditambah gas pelindung yang berasal dari luar sistem

Dua metode di atas sama-sama menghasilkan terak las yang berasal dari flux dalam kawat las yang berfungsi untuk melindungi logam las saat proses pembekuan. Namun, perbedaan metode di atas terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun) yang digunakan.
Pengelasan FCAW berdasarkan cara pengoperasiannya dibedakan menjadi 2, yaitu:

1. Otomatis (machine automatic).
2. Semi otomatis (semi automatic).

Sifat-sifat utama (Principal features) yang dimiliki FCAW dalam proses pengelasan:

1. FCAW mempunyai sifat metalurgi las yang bisa dikontrol dengan pemilihan fluks.
2. Las FCAW mempunyai produktivitas yang tinggi, karena dapat pasokan elektroda las yang kontinu.
3. Saat pembentukan manik atau rigi-rigi las yang cair dapat dilindungi oleh slag yang tebal

Pengelasan FCAW umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon sebagai gas pelindung. Tetapi untuk menghindari logam las terkontaminasi udara luar atau menghindari porosity maka harus dilakukan pemilihan fluks yang mempunyai sifat pengikat oxygen atau deoxydizer (Jones, 2015).

Aplikasi atau Penggunaan utama Pengelasan FCAW:

• Baja karbon (carbon steel).
• Pengerasan & pelapisan permukaan (Steel hard facing and cladding).
• Baja tahan karat (Stainless steel).
• Besi tuang (Cast Iron).
• Baja karbon Alloy rendah (Low alloy carbon steel).
• Las titik baja tipis (Sheet steel spot welding).