SMAW (SHIELDED METAL ARC WELDING)

Proses pengelasan (welding) merupakan salah satu proses penyambungan material (material joining). Adapun untuk definisi dari proses pengelasan yang mengacu pada AWS (American Welding Society), proses pengelasan adalah proses penyambungan antara metal atau non-metal yang menghasilkan satu bagian yang menyatu, dengan memanaskan material yang akan disambung sampai pada suhu pengelasan tertentu, dengan atau tanpa penekanan, dan dengan atau tanpa logam pengisi. Meskipun dalam metode proses pengelasan tidak hanya berupa proses penyambungan, tetapi juga bisa berupa proses pemotongan dan brazing. Proses pengelasan dibedakan menjadi beberapa jenis, dan SMAW merupakan salah satu proses pengelasan yang umum digunakan, utamanya pada pengelasan singkat dalam produksi, pemeliharaan dan perbaikan, dan untuk bidang konstruksi.

SMAW (Shielded Metal Arc Welding) adalah proses pengelasan dengan mencairkan material dasar yang menggunakan panas dari listrik antara penutup metal (elektroda).

SMAW merupakan pekerjaan manual dengan peralatan meliputi power source, kabel elektroda (electrode cable) , kabel kerja (work cable), electrode holder, work clamp, dan elektroda. Elektroda dan system kerja adalah bagian dari rangkaian listrik. Rangkaian dimulai dengan sumber daya listrik dan kabel termasuk pengelasan, pemegang elektroda, sambungan benda kerja, benda kerja (Weldment), dan elektroda las. Salah satu dari dua kabel dari sumber listrik terpasang ke bekerja, selebihnya melekat pada pemegang elektroda, seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini:

Sebagaimana dalam AWS (American Welding Society), prinsip dari SMAW adalah menggunakan panas dari busur untuk mencairkan logam dasar dan ujung sebuah consumable elektroda tertutup dengan tegangan listrik yang dipakai 23-45 Volt, dan untuk pencairan digunakan arus listrik hingga 500 ampere yang umum digunakan berkisar antara 80–200 ampere. Dimana dalam proses SMAW dapat terjadi oksidasi, hal ini perlu dicegah karena oksidasi metal merupakan senyawa yang tidak mempunyai kekuatan mekanis. Adapun untuk mencegah hal tersebut maka bahan penambah las dilindungi dengan selapis zat pelindung yang disebut flux atau slag yang ikut mencair ketika pengelasan. Tetapi karena berat jenisnya lebih ringan dari bahan metal yang dicairkan, cairan flux akan mengapung diatas cairan metal, sekaligus mengisolasi metal tersebut sehingga tidak beroksidasi dengan udara luar. Sewaktu membeku, flux akan ikut membeku dan tetap melindungi metal dari reaksi oksidasi.

Pada pengelasan dengan metode SMAW, pengelasan dimulai saat sebuah busur listrik dipukul dengan membuat kontak antara ujung elektroda dan system kerja. Panas intens busur mencairkan ujung elektroda dan permukaan kerja dekat dengan busur. Gelembung-gelembung kecil logam cair dengan cepat terbentuk di ujung elektroda, kemudian ditransfer melalui sungai busur ke dalam kolam las cair. Dengan cara ini, logam pengisi disimpan sebagai elektroda yang dikonsumsi. Busur digerakan sesuai dengan panjang system kerja dan kecepatan perjalanan, titik lebur dan sekering sebagian logam dasar dan terus menambahkan logam pengisi. Saat busur menjadi sumber panas dengan suhu di atas 9000 ° F (5000 ° C), pencairan logam dasar terjadi hampir seketika. Jika pengelasan dilakukan baik dalam posisi datar atau horizontal, transfer logam disebabkan oleh gaya gravitasi, ekspansi gas, listrik dan kekuatan elektromagnetik, dan tegangan permukaan. Sedangkan pada posisi las yang lain, gravitasi bekerja terhadap kekuatan lain.

Proses pengelasan dengan metode SMAW dibedakan berdasarkan jenis arusnya meliputi arus AC dan DC, dimana arus DC dibedakan atas DCEN (straight polarity- polaritas langsung) dan DCEP (reverse polarity - polaritas terbalik). Perbedaan antara SMAW dengan arus AC dan DC adalah sebagai berikut:

Untuk arus AC (Alternating Current), pada voltage drop panjang kabel tidak banyak pengaruhnya, kurang cocok untuk arus yang lemah, tidak semua jenis elektroda dapat dipakai, arc starting lebih sulit terutama untuk diameter elektrode kecil, pole tidak dapat dipertukarkan,

arc bow bukan merupakan masalah.

Sedangkan pada arus DC (Direct Current), voltage drop sensitif terhadap panjang kabel sependek mungkin, dapat dipakai untuk arus kecil dengan diameter electroda kecil, semua jenis elektrode dapat dipakai, arc starting lebih mudah terutama untuk arus kecil, pole dapat dipertukarkan, arc bow sensitif pada bagian ujung, sudut atau bagian yang banyak lekukanya.

Selanjutnya untuk DCEN (Straight Polarity), material dasar atau material yang akan dilas disambungkan dengan kutup positip (+) dan elektrodenya disambungkan dengan kutup negatif (-) pada mesin las DC. Dengan cara ini busur listrik bergerak dari elektrode ke material dasar sehingga tumbukan elektron berada di material dasar yang berakibat 2/3 panas berada di material dasar dan 1/3 panas berada di elektroda. Cara ini akan menghasilkan pencairan material dasar lebih banyak dibanding elektrodenya sehingga hasil las mempunyai penetrasi yang dalam, sehingga baik digunakan pada pengelasan yang lambat, wilayah yang sempit dan untuk pelat yang tebal.

Pada DCEP (Reversed Polarity), material dasar disambungkan dengan kutup negatip (-) dan elektrodenya disambungkan dengan kutup positif (+) dari mesin las DC, sehingga busur listrik bergerak dari material dasar ke elektrode dan tumbukan elektron berada di elektrode yang berakibat 2/3 panas berada di elektroda dan 1/3 panas berada di material dasar. Cara ini akan menghasilkan pencairan elektrode lebih banyak sehingga hasil las mempunyai penetrasi dangkal, serta baik digunakan pada pengelasan pelat tipis dengan manik las yang lebar.

Hal – hal yang mempengaruhi hasil pengelasan adalah, sudut elektroda, panjang busur, kecepatan memindahkan busur, tinggi rendah arus yang digunakan. Hal ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini dimana perbedaan hasil pada pengelasan normal (A), pada arus yang terlalu rendah (B), terlalu tinggi (C), kecepatan memindahkan busur yang terlalu cepat (D), terlalu lambat (E), dan dengan arc yang terlalu panjang (F):

Perlu diketahui juga klasifikasi AWS dari elektroda SMAW dilambangkan dengan susunan kode sebagai berikut:

Dengan keterangan bahwa:E : menyatakan elektrodaXX : diisi kode yang menunjukkan daya rentang bahan (strength)X : diisi kode yang menunjukkan posisi dari pengelasanX : diisi kode yang menunjukkan selulosa - tipe dari arus dan lapisan

Adapun untuk posisi pengelasan ada 6 macam, meliputi:1. 1G – Down hand2. 2G – Horizontal3. 3G – Vertical4. 4G – Over head5. 5G – Las pipa pada pipa yang berputar6. 6G – Las pipa dimana pengelas yang berputar

Keuntungan dari SMAW :1. Biaya awal invesmen rendah2. Secara operasional handal dan sederhana3. Biaya material pengisi rendah4. Material pengisi dapat bermacam-macam5. Pada semua material dapat memakai peralatan yang sama6. Dapat dikerjakan pada ketebalan berapapun7. Dapat dikerjakan dengan semua posisi pengelasan

Kekurangan dari SMAW:1. Lambat, dalam penggantian elektroda2. Terdapat slag yang harus dihilangkan3. Pada low hydrogen electrode perlu penyimpanan khusus4. Efisiensi endapan rendah.

FLUX CORED ARC WELDING (FCAW) Posted by BatamNetter on Tuesday, 27 July 2010

FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)

FCAW = Las busur listrik fluk inti tengah / pelindung inti tengahMerupakan kombinasi antara proses SMAW, GMAW dan SAW Sumber energi pengelasan : menggunakan arus listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau melalui trafo dan atau rectifier. Dalam hal ini dapat menggunakan DCRP atau DCSP.

FCAW adalah salah satu jenis las listrik yang memasok filler elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang terbentuk di antara ujung filler elektroda dan metal induk.Elektroda pada FCAW terbuat dari metal tipis yang digulung cylindrical , diisi dengan flux sesuai kegunaannyaPelindung proses pengelasan ini dari kemungkinan kontaminasi dari luar terlaksana dengan :a. Gas yang dihasilkan pada proses pengelasanb. Terak / slag yang dihasilkan cukup banyak karena berada pada inti elektrodac. Tambahan gas pelindung dari luar jika diinginkanProses FCAW pada dasarnya = GMAW dan yang menjadi pembeda utamanya adalah elektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks.

Berdasarkan metode pelindung, FCAW dibedakan :1. Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri) , yaitu melindungi las yang mencair dengan gas dari hasil penguapan dan reaksi inti fluks2. Gas shielding FCAW (perlindungan gas) = dual gas, yaitu melindungi las yang mencair selain dengan gas sendiri juga ditambah gas pelindung dari luar sistem.Kedua jenis pelindung di atas sama2 menghasilkan terak las yang memadai untuk melindungi metal las yang akan beku.Perbedaannya terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun).

Berdasarkan cara pengoperasiannya, FCAW dibedakan menjadi :1. Semi otomatik / semi automatic2. Otomatik / machine otomatik

Sifat-sifat utama (Principal features) FCAW dalam proses pengelasan :1. Produktivitas yang kontinu dari pasokan elektroda las2. Sifat metalurgy las yang dapat dikontrol dari pemilihan fluks3. Pembentukan manik las yang cair dapat ditopang oleh slag yang tebal dan kuat

Pelindung gas umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon. Namun dengan keberadaan oksigen kadang akan menimbulkan problem baru yaitu dengan porosity yang dihasilkan reaksi CO2 dan oxygen yang ada di udara sekitar lasan, sehingga perlu memilih fluks yang mengandung zat yang bersifat pengikat oxygen atau deoxydizer.

Alasan self shielding populer digunakan di luar ruangan (FIELD WORK), yaitu :1. Menggunakan keluaran elektroda (Electrode extension) yang panjang, antara ½ “ s/d 3 ¾ “ (12

s/d 95 mm)2. Dengan electrode extension yang tinggi akan menghindari hambatan pengaruh pemanasan elektroda (seperti preheat) yang dapat menstabilkan tegangan listrik (V) serta menurunkan arus lsitrik (A).3. Penetrasi hasil lasan dangkal dan menyempit yang baik untuk proses build up pada gap yang melebar4. Apabila sistem pengendalian Voltage dan amperage pada power station dapat dipertahankan, maka deposition rate meningkat pesat, sehingga meningkatkan produktivity5. Penetrasi dapat disesuaikan dan untuk menghasilkan penetrasi dangkal, pemakaian arus dan polarity harus DCRP dan penetrasi dalam dengan DCSP

Penggunaan utama FCAW :1. Baja karbon / carbon steel2. Baja karon Alloy rendah / Low alloy carbon steel3. Baja tahan karat / Stainless steel4. Besi tuang / Cast Iron5. Las titik baja tipis / Sheet steel spot welding6. Pengerasan & pelapisan permukaan / Steel hard facing and cladding

Lay out mesin otomatik FCAW dioperasikan dengan arus DC constant dengan voltage 100% duty cycle.Umumnya penggunaan side shielding ialah untuk pengelasan yang sempit, penetrasi kampuh yang dalam dan mengurangi spatter dan nozzle dapat dengan pendinginan gas atau air.Pendinginan air apabila menggunakan arus di atas. 600 APenggunaan nozle secara tandem, untuk deposition rate yang tinggi dengan pelindung gas dapat dilakukan.

Gas pelindung pada FCAW adalah CO2., dengan keuntungan :1. Harga murah2. Meningkatkan daya penetrasi, walaupun dapat meningkatkan transfer globular mode mechanismJika komposisi CO2 pada material rendah maka lasan yang mencair akan mengambilnya dari udara sekitarnya, sehingga hasil lasan baik dan tanpa porosity.Jika komposisi karbon tinggi akan cenderung menghasilkan lasan yang banyak porosity, sehingga pemilihann fluks yang mempunyai daya antioksidasi (oxidizer) perlu dipertimbangkan, sehingga mutu lasan dapat memenuhi tanpa porosity.

Base metal (metal dasar) yang dilas dengan FCAW ialah secara umum seluruh material yang dapat dilas dengan SMAW, GMAW atau SAW dapat dilakukan dengan baik.

Proses kontrol FCAW mencakup :1. Weding current2. Arc voltage3. Electrode extention4. Travel speed5. Shielding gas flow

6. Deposition rate7. Electrode angle

Arus pada FCAW berpengaruh langsung secara proposional terhadap elctrode :1. Feed rate2. Diameter3. Composition4. Extension ratePenggunaan voltage constant pada FCAW ialah untuk mempertahankan pelelehan elektroda pada panjang busur tetap.

Tegangan busur (arc voltage) dan panjang busur mempunyai hubungan erat karena mutu tampilan, kemulusan, dan sifat lasan dengan FCAW akan sangat dipengaruhi oleh kondisi panjang busur dan voltageContoh : Jika voltage busur arus terlalu panjang akan berakibat banyak weld spatter dan manik las melebar.

FCAW dengan elektroda tanpa pelindung gas dengan busur voltage tinggi akan mengkonsumsi nitrogen disekitarnya yang dapat berakibat pososity pada pengelsan baja lunak dan akan berakibat retak pada baja tahan karat karena proses akan menngurangi kandungan ferrite pada hasil lasan.

Apabila voltage busur terlalu pendek (rendah) akan berakibat capping yang mengecil dan convex / cembung, menurunnya daya penetrasi dan banyak weld spatter.

Electrode extension perlu diperhatikan karena merupakan hambatan dalam pemanasan elektrode sebelum meleleh.Kondisi suhu elektrode sebelum meleleh akan berpengaruh terhadap :1. Penggunaan energy busur (arc energy)2. Kemampuan beku elektrode (Electrode deposition rate)3. Daya penetrasi (Penetration ability)Travel speed berpengaruh pada penetrasi dan bentuk ulir pengelasan.Penetrasi pada travel speed yang lambat akan lebih dalam daripada travel speed tinggi.Pengelasan dengan travel speed lambat pada penggunaan arus (A) tinggi akan berakibat panas yang berlebihan (over heating) pada lasan, yang dapat menyebabkan bentuk bulir yang kasar, terperangkapnya slag dan burn through.Pengelasan dengan travel speed tinggi dengan arus lsitrik (A) tinggi akan menyebabkan bulir las kasar dan undercut

Porosity : cacat yang terjadi karena adanya gas yang terperangkap dalam lasan, biasanya berbentuk butir-butir .

Keakuratan aliran gas pelindung tergantung dari :1. Bentuk nozle las2. Jarak ujung nozle dengan benda kerja3. Media gerak dari gas pada area pengelasan.

Deposition rate : Jumlah berat metal las beku / jadi per satuan waktuDeposition rate sangat bergantung pada variabel :1. Diameter elektrode2. Komposisi elektrode3. Panjang keluaran elektrode (electrode extension)4. Arus listrik pengelasan (welding current)

Efisiensi pengelasan ialah perbandingan antara jumlah berat kawat las yang digunakan dengan jumlah berat lasan yang jadi / beku dalam persen

Umunnya deposition rate eficiency FCAW :1. Pelindung gas : 80 – 90 %2. tanpa pelindung gas (self shielding) : 78 – 87 %

Mutu lasan FCAW bergantung :1. Jenis elektrode yang digunakan2. Metode yang digunakan3. Kondisi bahan bakar4. Desain sambungan las5. Kondisi pengelsan

Keuntungan FCAW :1. Highest Deposition rate for hand-held welding process2. Higher tolerance level to contamination than GMAW3. Self shielding electrode arc suitable for field application4. Deep penetration arc minimize fusion problem

Keterbatasan FCAW :1. Slag must be removed after welding2. Smoky process