PENGELASAN

PENDAHULUAN

A.  Pengertian Pengelasan

Pengelasan  merupakan  penyambungan  dua bahan  atau  lebih  yang  didasarkan pada prinsip-prinsip proses difusi, sehingga terjadi penyatuan bagian bahan yang disambung. Kelebihan sambungan las adalah konstruksi ringan, dapat menahan kekuatan yang tinggi, mudah pelaksanaannya, serta cukup ekonomis. Namun kelemahan yang paling utama adalah terjadinya perubahan struktur mikro bahan yang dilas, sehingga terjadi perubahan sifat fisik maupun mekanis dari bahan yang dilas.

Perkembangan teknologi pengelasan logam memberikan kemudahan umat manusia  dalam  menjalankan  kehidupannya.  Saat  ini  kemajuan  ilmu  pengetahuan  di bidang elektronik melalui penelitian yang melihat karakteristik atom, mempunyai kontribusi yang sangat besar terhadap penemuan material baru dan sekaligus bagaimanakah menyambungnya.

Jauh sebelumnya, penyambungan logam dilakukan dengan memanasi dua buah logam  dan  menyatukannya  secara  bersama.  Logam  yang  menyatu  tersebut  dikenal dengan istilah fusion. Las listrik merupakan salah satu yang menggunakan prinsip tersebut.

Pada zaman sekarang pemanasan logam yang akan disambung berasal dari pembakaran gas atau arus listrik. Beberapa gas dapat digunakan, tetapi yang sangat popular adalah gas Acetylene yang lebih dikenal dengan gas Karbit. Selama pengelasan, gas Acetylene dicampur dengan gas Oksigen murni. Kombinasi campuran gas tersebut memproduksi panas yang paling tinggi diantara campuran gas lain.

Cara lain yang paling utama digunakan untuk memanasi logam yang dilas adalah arus listrik. Arus listrik dibangkitkan oleh generator dan dialirkan melalui kabel ke sebuah alat yang menjepit elektroda diujungnya, yaitu suatu logam batangan yang dapat menghantarkan listrik dengan baik. Ketika arus listrik dialirkan, elektroda disentuhkan ke benda kerja dan kemudian ditarik ke belakang sedikit, arus listrik tetap mengalir melalui celah sempit antara ujung elektroda dengan benda kerja. Arus yang mengalir ini dinamakan busur (arc) yang dapat mencairkan logam.

Terkadang dua logam yang disambung dapat menyatu secara langsung, namun terkadang masih diperlukan bahan tambahan lain agar deposit logam lasan terbentuk dengan baik, bahan tersebut disebut bahan tambah (filler metal). Filler metal biasanya berbentuk batangan, sehingga biasa dinamakan welding rod (Elektroda las). Pada proses las, welding rod dibenamkan ke dalam cairan logam yang tertampung dalam suatu cekungan yang disebut welding pool dan secara bersama-sama membentuk deposit logam lasan, cara seperti ini dinamakan Las Listrik atau

SMAW (Shielded metal Arch welding), lihat gambar 1.

Gambar 1. Prinsip Kerja Las Listrik

Sebagian besar logam akan berkarat (korosi) ketika bersentuan dengan udara atau uap air, sebagai contoh adalah logam besi mempunyai karat, dan alumunium mempunyai lapisan putih di permukaannya. Pemanasan dapat mempercepat proses korosi tersebut. Jika karat, kotoran, atau material lain ikut tercampur ke dalam cairan logam lasan dapat menyebabkan kekroposan deposit logam lasan yang terbentuk sehingga menyebabkan cacat pada sambungan las.

B.  Klasifikasi Proses Las

Sambungan las adalah ikatan dua buah logam atau lebih yang terjadi karena adanya proses difusi dari logam tersebut. Proses difusi dalam sambungan las dapat dilakukan dengan kondisi padat maupun cair. Dalam terminologi las, kondisi padat disebut Solid state welding (SSW) atau Presure welding dan kondisi cair disebut Liquid state welding (LSW) atau Fusion welding.

Proses SSW biasanya dilakukan dengan tekanan sehingga proses ini disebut juga Presure welding Presure welding. Proses SSW memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah dapat menyambung dua buah material atau lebih yang tidak sama, proses cepat, presisi, dan hampir tidak memiliki daerah terpengaruh panas (heat affected zone / HAZ). Namun demikian SSW juga mempunyai kelemahan yaitu persiapan sambungan dan prosesnya rumit, sehingga dibutuhkan ketelitihan sangat tinggi.

LSW merupakan proses las yang sangat populer di kalangan masyarakat kita, sambungan las terjadi karena adanya pencairan ujung kedua material yang disambung. Energi panas yang digunakan untuk mencairkan material berasal dari busur listrik, tahanan listrik, pembakaran gas, dan juga beberapa cara lain diantaranya adalah sinar laser, sinar electron, dan busur plasma. Penyambungan material dengan cara ini mempunyai persyaratan material harus sama, karena untuk mendapatkan sambungan yang sempurna suhu material harus sama, jika tidak proses penyambungan tidak akan terjadi. Kelebihan metode pengelasan ini adalah proses dan persiapan sambungan   tidak   rumit,   beaya   murah,   pelaksanaannya   mudah.   Kelemahannya   adalah memerlukan juru las yang terampil, terjadinya HAZ yang menyebabkan perubahan sifat bahan, dan ada potensi kecelakaan dan terganggunya kesehatan juru las.

Tabel 1 menunjukan berbagai macam proses las yang ditinjau dari kelompok SSW dan LSW, disamping itu juga dilihat dari jenis sumber panas yang digunakan beserta kode proses las berdasarkan standar ISO.

C.  Reaksi Kimia Selama Proses Las

Dalam proses LSW bagian dari logam yang dilas harus dipanasi sampai mencair. Pemanasan logam dengan temperature yang sangat tinggi ini dapat megakibatkan terjadinya reaksi kimia antara logam tersebut dengan Oksigen dan Nitrogen yang ada dalam udara. Jika selama proses las cairan logam las (welding pool) tidak dilindungi dari pengaruh udara, maka logam akan bereaksi dengan Oksigen dan Nitrogen membentuk Oxides dan Nitrides yang dapat menyebabkan logam tersebut menjadi getas dan keropos karena adanya kotoran (slag inclutions), sedangkan kandungan unsur Karbon dalam

logam akan membentuk gas CO yang dapat mengakibatkan adanya rongga dalam logam las (caviety).

Reaksi kimia lainnyapun bisa terjadi dalam cairan logam las (welding pool). Gas Hydrogen dan uap air juga dapat menyebabkan cacat las (welding defect). Hydrogen yang bereaksi dengan Oxides yang ada dalam logam dasar dapat menyebabkan terjadinya uap yang mengakibatkan terjadnya porositas pada logam lasan.

Tabel 1. Klasifikasi Proses Pengelasan Logam

				Jenis Proses Las	Kode ISO
WELDING PROCESSES	LIQUID STATE WELDING	Electric Arc Welding	Flash Butt	Stud Welding	781
				Projection Welding
			Consumable Electrode	Shelded Metal Arc Welding (SMAW)	111
				Metal Inert Gas Welding (MIG)	131
				Metal Active Gas Welding (MAG)	135
				Flux Cored Arc Welding (FCAW)	114
			Non Consumable Electrode	Tungsten Inert Gas (TIG)	141
				Plasma Arc Welding (PAW)	15
		Resistance Welding		Spot Welding
				Seam Welding
		Thermal Welding		Gas Welding	3
				Laser Welding	-
	SOLID STATE WELDING	Friction Welding			42
		Cold Welding		Explosive Welding	441
				Ultrasonic Welding	41
		Forge Welding			43
		Diffusion Welding			45

D.  Melindungi Cairan Logam Las dari Pengaruh Udara Luar

Type   energi   panas   yang   digunakan   untuk   pencairan   logam   dan   teknik pelindungan cairan logam las sangat berpengaruh terhadap perubahan komposisi kimawi dalam deposit logam lasan. Ketika nyala oksidasi dalam las Karbit (Oxy-acetylene welding/OAW) akan merubah besi menjadi Oxides sehingga deposit las keropos karena Oxides tersebut tercampur di dalamnya. Untuk mengelas baja karbon akan lebih baik bila digunakan nyala Netral. Pengelasan logam dengan OAW, cairan logam dilindungi dari udara luar oleh reduksi gas hasil pembakaran gas Acetylene.

Dalam teknik pengelasan SMAW, proses pelindungan logam lasan dilakukan dua tahap. Ketika logam las dalam kondisi cair dilindungi oleh bermacam-macam gas hasil pembakaran elektroda las dan ketika sedang membeku cairan ini dilindungi oleh lapisan terak yang terbentu dari fluks yang membeku.

Pelindungan deposit logam las dalam pengelasan Metal inert gas (MIG) dan Tungsten inert gas (TIG), terjadi karena sifat inert gas yang tidak dapat mengikat elemen lain dalam udara sehingga tidak akan terjadi reaksi kimia. Jika las MIG menggunakan gas pelindung CO2, akan terjadi proses deoksidasi CO2 ketika terbakar dengan busur listrik, gas ini terpecah menjadi Karbon monoksida (CO) dan Oksigen (O2). Oksigen yang  lepas  tidak  bersentuhan  dengan  logam  lasan,  sedangkan  deoxidisers  bereaksi dengan Oksigen membentuk lapisan slag yang sangat tipis di atas permukaan deposit logam lasan.

Dalam las OAW deposit logam lasan dapat dilindungi dari oksidasi dan pengaruh reaksi kimia lainnya dengan menggunakan Flux. Flux merupakan gabungan berbagai elemen yang berfungsi meminimalkan terjadinya oksidasi. Komposisi kimia flux bervariasi tergantung jenis logam yang akan dilas.

E.  Perubahan Sifat Logam Setelah Proses Las

Pencairan logam saat pengelasan menyebabkan adanya perubahan fasa logam dari padat hingga mencair. Ketika logam cair  mulai membeku akibat pendinginan cepat, maka akan terjadi perubahan struktur mikro dalam deposit logam las dan logam dasar yang terkena pengaruh panas (Heat affected zone/HAZ). Struktur mikro dalam logam lasan biasanya berbentuk columnar, sedangkan pada daerah HAZ terdapat perubahan yang sangat bervariasi. Sebagai contoh, pengelasan baja karbon tinggi sebelumnya berbentuk  pearlite,  maka  seelah  pengelasan  struktur  mikronya  tidak  hanya  pearlite,

tetapi   juga   terdapat   bainite   dan   martensite   (lihat   Gambar   4).   Perubahan   ini mengakibatkan perubahan pula sifat-sifat logam dari sebelumnya. Struktur mikro pearlite memiliki sifat liat dan tidak keras, sebaliknya martensite mempunyai sifat keras dang etas. Biasanya keretakan sambungan las bearsal dari struktur mikro ini.

Gambar 2 mendeskripsikan distribusi temperatur pada logam dasar yang sangat bervariasi telah menyebabkan berbagai macam perlakuan panas terhadap daerah HAZ logam tersebut. Logam lasan mengalami pemanasan hingga termperatur 1500o  C dan daerah HAZ bervariasi mulai 200° C hingga 1100° C (lihat Gambar 3). Temperatur

1500° C pada logam lasan menyebabkan pencairan dan ketika membeku membentk struktur mikro columnar. Temperatur 200° C hingga 1100° C menyebabkan perubahan struktur mikro pada logam dasar baik ukuran maupun bentuknya.

200oC

600oC

850oC

1100oC

1500oC

Gambar 2. Distribusi Temperatur Saat Pengelasan

Transformation            Over           1500oC     900oC Heating             1100oC        700oC

Annealing

Fusi

Gambar 3. Perlakuan Panas Logam Las

F.  Distorsi Sambungan Las Akibat Panas

Setiap logam yang dipanaskan mengalami pemuaian dan ketika pendinginan akan mengalami  penyusutan. Fenomena ini menyebabkan adanya ekspansi dan konstraksi pada logam yang dilas. Ekspansi dan konstraksi pada logam yang dilas ini menurut

istilah metalurgi dinamakan distorsi.

HAZ

Struktur

Columnar

Gambar 4. Struktur Makro Sambungan Las

Martensite                                            Pearlite

Gambar 5 Struktur Mikro Baja Karbon

Distorsi dikategorikan menjadi tiga macam, yaitu: 1) distorsi longitudinal, 2) distorsi transfersal, dan 3) distorsi angular. Distorsi longitudinal terjadi akibat adanya ekspansi dan konstraksi deposit logam las   di sepanjang jalur las yang menyebabkan tarikan dan dorongan pada logam dasar yang dilas. Distorsi transfersal terjadi tegak lurus terhadap jalur las yang dapat mengakibatkan tarikan ke arah sumbu tegak jalur las.

Distorsi angular menyebabkan efek gerakan sayap burung yang biasanya terjadi karena pengelasan di satu sisi logam dasar (lihat Gambar 6).

G.  Ruang Lingkup Pekerjaan Las

Industri manufaktur tidak dapat terlepas dari penyambungan logam. Penyambungan logam dilakukan dengan berbagai tujuan, diantaranya adalah untuk membuat suatu barang yang tidak mungkin dilakukan dengan teknik lain, memudahkan pekerjaan, serta dapat menekan biaya produksi.

Proses penyambungan logam yang banyak digunakan dalam industri manufaktur adalah las. Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan waktu lama, konstruksi ringan, kekuatan sambungan cukup baik, serta biaya relatif  murah.

Penerapan sambungan las sangat luas. Sambungan las banyak digunakan pada konstruksi jembatan, gedung, industri otomotif, industri peralatan rumah tangga, bahkan industri barang dengan bahan plastikpun banyak menggunakan proses las tersebut, lihat gambar 7.

	Gambar 6. Macam-macam Distorsi

H.  Pengaruh Posisi Proses Las Terhadap Keterampilan Juru Las

Sebagaian besar pekerjaan las dilakukan dengan proses LSW (Liquid state welding) atau proses las dalam kondisi cair.  Proses las yang dilakukan dengan kondisi cair ini, posisi saat pengelasan berlangsung sangat berpengaruh terhadap bentuk deposit logam las yang terbentuk. Tidak semua juru las mahir di semua posisi, posisi di bawah tangan  (down  hand)  merupakan  posisi  yang  paling  mudah  untuk  dilakukan,  namun

ketika mengelas pipa logam dengan posisi miring akan sangat sulit dilakukan. Juru las yang dapat melakukan pengelasan ini adalah juru las kelas satu yang dilengkapi dengan

sertifikat standar internasional.

Gambar 7. Sambungan Las pada Pipa

Dalam dunia industri posisi las diberi kode tertentu agar pada saat pengelasan dilakukan tidak terjadi kekeliruan menentukan juru las dan prosedur pengelasan. Ada dua sistim pengkodean yang banyak dikenal, yaitu sistim yang ditetapkan oleh American Welding Society (AWS) dan sistim International Standard Organisation (ISO).

Berdasarkan kode yang ditetapkan oleh AWS, posisi las dikaitkan pada jenis teknik sambungan las, jika sambungan berkampuh (groove) maka kode posisinya dengan huruf G, untuk posisi down-hand 1G, horisontal 2G, vertikal 3G, over-head 4G, pipa dengan sumbu horisontal 5G, dan pipa miring 45° 6G. Jika sambungan las tidak berkampuh/tumpul  (fillet)  maka  kodenya  adalah  F,  untuk  posisi  down-hand  1F, horisontal 2F, vertikal 3F, dan over-head 4F.

Sistim kode posisi las yang ditetapkan ISO berbeda dengan AWS. Kode posisi las menurut ISO didasarkan pada posisi elektroda saat pengelasan dilakukan, untuk pengelasan plat diberi kode PA, PB, PC, PD, dan PE, sedangkan pengelasan pipa naik PF dan pipa turun PG, lihat Gambar 8 dan 9.

PE

PD

PC

PB

PA

Gambar 8. Kode ISO Posisi Las Flat

I.    Klasifikasi Bentuk Sambungan Las

Ada beberapa bentuk dasar sambungan las yang biasa dilakukan dalam penyambungan logam, bentuk tersebut adalah butt joint, fillet joint, lap joint edge joint, dan  out-side  corner  joint.  Berbagai  bentuk  dasar  sambungan  ini  dapat  dilihat  pada Gambar 10.

PF                                                      PG

Gambar 9. Kode ISO Posisi Las Pipa

Lap joint                         Corner joint                    Fillet joint

Butt joint

Edge joint

Gambar 10. Berbagai Bentuk Sambungan Las

J.   Beberapa Variabel yang Berkaitan dengan Pekerjaan Las.

Penyambungan logam dengan proses pengelasan tidak dapat dilakukan sembarangan, banyak variabel yang harus diperhatikan agar kualitas sambungan sesuai standar yang dipersyaratkan oleh suatu lembaga internasional yang berkaitan dengan pekerjaan  las.  Variabel  tersebut  adalah  bahan,  proses,  metode,  keselamatan  dan kesehatan kerja, peralatan, sumber daya manusia, lingkungan, serta pemeriksaan kualitas sambungan las. Lihat Gambar 11.

Dalam proses pengelasan logam, bahan yang akan disambung harus diidentifikasi dengan baik. Dengan dikenalinya bahan yang akan dilas, dapat ditentukan prosedur pengelasan yang benar,  pemilihan juru las yang sesuai, serta pemilihan mesin dan alat yang tepat

Metode

Alat

Pemeriksaan

Bahan

Proses las

Sambungan las

SDM              K3           Lingkungan

Gambar 11. Variabel yang Berpengaruh pada Pengelasan

14

Logam

Metode   pengelasan   logam   yang   meliputi   prosedur   pengelasan,   prosedur perlakuan panas,  desain sambungan, serta teknik pengelasan disesuaikan dengan jenis bahan, peralatan, serta posisi pengelasan saat sambungan las dibuat.

Aspek efektifitas, efisiensi proses, dan pertimbangan ekonomis berkaitan erat dengan pemilihan peralatan las. Pengelasan logam stainless steel akan berkualitas bagus jika menggunakan las TIG, namun akan lebih murah bila ddilas dengan las listrik, sehingga pemilihan mesin dan peralatan las sebaiknya disesuaikan dengan tujuan pengelasan serta biaya operasionalnya.

Dalam pelaksanaan pekerjaan las dibutuhkan Sumber daya manusia yang memenuhi kualifikasi sesuai standar yang ada. Kualifikasi harus mengikuti standar-standar internasional seperti International Institut of Welding (IIW), American Welding Society (AWS), dan masih banyak  lembaga-lembaga international di  bidang  pengelasan  logam  yang  lain.  Berdasarkan standar International Institut of Welding (IIW), profesi las terdiri dari Welding Engineer (WE), Welding Technologist (WT), Welding Practitioneer (WP), serta Welder (W).

Profesi Welding Engineer mempunyai tugas untuk menentukan prosedur pengelasan dan prosedur pengujian. Seorang Welding Technologist bertugas untuk menterjemahkan prosedur-prosedur tersebut kepada profesi las yang mempunyai level di bawahnya. Untuk melatih juru las (Welder) dibutuhkan seorang Welding Practititoneer dan yang melakukan pengelasan adalah Welder (juru las).

Lingkungan pada waktu pengelasan dilakukan merupakan faktor yang mempengaruhi  kualitas  las.  Pengelasan  yang  dilaksanakan  pada  kondisi  lingkungan sangat ekstrim, diperlukan prosedur khusus agar kualitas sambungan terjamin dengan baik. Pengelasan kapal yang terpaksa dilakukan di dalam air memerlukan mesin las yang dilengkapi dengan satu unit peralatan yang dapat melindungi elektroda dari sentuhan air. Disamping  itu  juga  dibutuhkan  Welder  yang  sesuai  dengan  pekerjaan  tersebut, pengelasan  dalam  air  cukup  sulit  dilakukan  karena  adanya  tekanan  gas  pelindung terhadap dinding kapal.

Keselamatan dan kesehatan kerja (K3) juga perlu dipertimbangkan dalam melaksanakan pengelasan. Seorang juru las tidak dapat bekerja dengan baik jika dia tidak menggunakan pakaian dan peralatan keamanan kerja yang pada gilirannya sambungan

las yang dihasilkan akan berkualitas tidak baik. Disamping itu jika peralatan K3 kurang memadahi apabila terjadi kecelakaan tidak dapat diantisipasi secara tepat dan cepat.

Sambungan   las   yang   telah   dibuat   harus   diperiksa   agar   dapat   diketahui kualitasnya. Sambungan las harus dibongkar jika terjadi cacat-cacat yang melampaui batas yang dipersyaratkan. Pemeriksaan dilakukan oleh seorang Welding Inspector (WI). Pemeriksaan las menggunakan uji visual, sinar-X, Ultrasonic, serta masih banyak metode lainnya.