Las listrik

Las busur listrik umumnya disebut las listrik adalah salah satu cara menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik yang diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektrode yang menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat terus sampai habis. Logam cair dari elektrode dan dari sebagian benda yang akan disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang akan disambung, kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam tersebut.

Mesin las busur listrik dapat mengalirkan arus listrik cukup besar tetapi dengan tegangan yang aman (kurang dari 45 volt). Busur listrik yang terjadi akan menimbulkan energi panas yang cukup tinggi sehingga akan mudah mencairkan logam yang terkena. Besarnya arus listrik dapat diatur sesuai dengan keperluan dengan memperhatikan ukuran dan type elektrodanya.

Pada las busur, sambungan terjadi oleh panas yang ditimbulkan oleh busur listrik yang terjadi antara benda kerja dan elektrode. Elektrode atau logam pengisi dipanaskan sampai mencair dan diendapkan pada sambungan sehingga terjadi sambungan las. Mula-mula terjadi kontak antara elektrode dan benda kerja sehingga terjadi aliran arus, kemudian dengan memisahkan penghantar timbullah busur. Energi listrik diubah menjadi energi panas dalam busur dan suhu dapat mencapai 5500 °C.

Ada tiga jenis elektrode logam, yaitu elektrode polos, elektrode fluks dan elektrode berlapis tebal. Elektrode polos terbatas penggunaannya, antara lain untuk besi tempa dan baja lunak. Biasanya digunakan polaritas langsung. Mutu pengelasan dapat ditingkatkan dengan memberikan lapisan fluks yang tipis pada kawat las. Fluks membantu melarutkan dan mencegah terbentuknya oksida-oksida yang tidak diinginkan. Tetapi kawat las berlapis merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam berbagai pengelasan komersial.

Jenis-jenis mesin las busur listrik

Mesin las yang ada pada unit peralatan las berdasarkan arus yang dikeluarkan pada ujung-ujung elektrode dibedakan menjadi beberapa macam.

Mesin las arus bolak-balik (Mesin AC)

Mesin memerlukan arus listrik bolak-balik atau arus AC yang dihasilkan oleh pembangkit listrik, listrik PLN atau generator AC, dapat digunakan sebagai sumber tenaga dalam proses pengelasan. Besarnya tegangan listrik yang dihasilkan oleh sumber pembangkit listrik belum sesuai dengan tegangan yang digunakan untuk pengelasan.

Bisa terjadi tegangannya terlalu tinggi atau terlalu rendah, sehingga besarnya tegangan perlu disesuaikan terlebih dahulu dengan cara menaikkan atau menurunkan tegangan. Alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan ini disebut transformator atau trafo. Kebanyakan trafo yang digunakan pada peralatan las adalah jenis trafo step-down, yaitu trafo yang berfungsi menurunkan tegangan. Hal ini disebabkan kebanyakan sumber listrik, baik listrik PLN maupun listrik dari sumber yang lain, mempunyai tegangan yang cukup tinggi, padahal kebutuhan tegangan yang dikeluarkan oleh mesin las untuk pengelasan hanya 55 volt sampai 85 volt. Transformator yang digunakan pada peralatan las mempunyai daya yang cukup besar. Untuk mencairkan sebagian logam induk dan elektrode dibutuhkan energi yang besar, karena tegangan pada bagian terminal kumparan sekunder hanya kecil, maka untuk menghasilkan daya yang besar perlu arus besar. Arus yang digunakan untuk peralatan las sekitar 10 ampere sampai 500 ampere.Besarnya arus listrik dapat diatur sesuai dengan keperluan las. Untuk keperluan daya besar diperlukan arus yang lebih besar pula, dan sebaliknya.

Mesin las arus searah (Mesin DC)

Arus listrik yang digunakan untuk memperoleh nyala busur listrik adalah arus searah. Arus searah ini berasal dari mesin berupa dynamo motor listrik searah. Dinamo dapat digerakkan oleh motor listrik, motor bensin, motor diesel, atau alat penggerak yang lain. Mesin arus yang menggunakan motor listrik sebagai penggerak mulanya memerlukan peralatan yang berfungsi sebagai penyearah arus. Penyearah arus atau rectifier berfungsi untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Arus bolak-balik diubah menjadi arus searah pada proses pengelasan mempunyai beberapa keuntungan, antara lain:

1. Nyala busur listrik yang dihasilkan lebih stabil,
2. Setiap jenis elektrode dapat digunakan pada mesin las DC,
3. Tingkat kebisingan lebih rendah,
4. Mesin las lebih fleksibel, karena dapat diubah ke arus bolak-balik atau arus searah.

Mesin las DC ada 2 macam, yaitu mesin las stasioner atau mesin las portabel. Mesin las stasioner biasanya digunakan pada tempat atau bengkel yang mempunyai jaringan listrik permanen, misal listrik PLN. Adapun mesin las portabel mempunyai bentuk relatif kecil biasanya digunakan untuk proses pengelasan pada tempat-tempat yang tidak terjangkau jaringan listrik. Hal yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian mesin las adalah penggunaan yang sesuai dengan prosedur yang dikeluarkan oleh prabrik pembuat mesin, perawatan yang sesuai dengan anjuran. Sering kali gangguan-gangguan timbul pada mesin las, antara lain mesin tidak mengeluarkan arus listrik atau nyala busur listrik lemah.

Mesin las ganda (Mesin AC-DC)

Mesin las ini mampu melayani pengelasan dengan arus searah (DC) dan pengelasan dengan arus bolak-balik. Mesin las ganda mempunyai transformator satu fasa dan sebuah alat perata dalam satu unit mesin. Keluaran arus bolak-balik diambil dari terminal lilitan sekunder transformator melalui regulator arus. Adapun arus searah diambil dari keluaran alat perata arus. Pengaturan keluaran arus bolak-balik atau arus searah dapat dilakukan dengan mudah, yaitu hanya dengan memutar alat pengatur arus dari mesin las. Mesin las AC-DC lebih fleksibel karena mempunyai semua kemampuan yang dimiliki masing-masing mesin las DC atau mesin las AC. Mesin las jenis ini sering digunakan untuk bengkel-bengkel yang mempunyai jenis-jenis pekerjaan yang bermacam-macam, sehingga tidak perlu mengganti-ganti las untuk pengelasan berbeda.

Menentukan besarnya arus listrik

Besar arus dan tegangan listrik yang digunakan dalam pengelasan harus diatur sesuai kebutuhan. Daya yang dibutuhkan untuk pengelasan tergantung dari besarnya arus dan tegangan listrik yang digunakan. Tidak ada aturan pasti besar tegangan listrik pada mesin las yang digunakan.Hal ini berhubungan dengan keselamatan kerja operator las tubuh manusia tidak akan mampu menahan arus listrik dengan tegangan yang tinggi.

Tegangan listrik yang digunakan pada mesin las (tegangan pada ujung terminal) berkisar 55 volt sampai 85 volt. Tegangan ini disebut sebagai tegangan pembakaran. Bila nyala busur listrik sudah terjadi maka tegangan turun menjadi 20 volt sampai 40 volt. Tegangan ini disebut dengan tegangan kerja. Besar kecilnya tegangan kerja yang terjadi tergantung dari besar kecilnya diameter elektrode. Semakin besar arus yang terjadi.

Dengan alasan diatas maka pada mesin las pengaturan yang dilakukan hanya besar arusnya saja. Pengaturan besar kecilnya arus dilakukan dengan cara memutar tombol pengatur arus. Besar arus yang digunakan dapat dilihat pada skala yang ditunjukkan oleh amperemeter (alat untuk mengukur besar arus listrik) yang terletak pada mesin las. Pada masing-masing las, arus minimum dan arus maksimum yang dapat dicapai berbeda-beda, pada umunya berkisar 100 ampere sampai 600 ampere. Pemilihan besar arus listrik tergantung dari beberapa faktor, antara lain: diameter elektrode yang digunakan, tebal benda kerja, jenis elektrode yang digunakan, polaritas kutub -kutubnya dan posisi pengelasan.

Pengaruh arus listrik pada hasil las

Bila arus terlalu rendah (kecil), akan menyebabkan:

1. Penyalaan busur listrik sukar dan busur listrik yang terjadi tidak stabil,
2. Terlalu banyak tumpukan logam las karena panas yang terjadi tidak mampu melelehkan elektrode dan bahan bakar dengan baik,
3. Penembusan kurang baik,
4. Pinggiran-pinggiran dingin.

Pengaruh kecepatan elektrode pada hasil las

Untuk menghasilkan rigi–rigi las yang rata dan halus, kecepatan tangan menarik atau mendorong elektrode waktu mengelas harus stabil. Apabila elektrode di gerakkan:

1. Tepat dan stabil, menghasilkan daerah perpaduan dengan bahan dasar dan perembesan luasnya baik.
2. Terlalu cepat, menghasilkan perembesan las yang dangkal karena pemanasan bahan bakar dasar
3. Terlalu lambat, menghasilkan alur yang lebar (lihat gambar). Hal ini dapat menimbulkan kerusakan sisi las, terutama bila bahan dasar yang dilas tipis.

Elektrode

Elektrode atau kawat las ialah suatu benda yang dipergunakan untuk melakukan pengelasan listrik yang berfungsi sebagai pembakar yang akan menimbulkan busur nyala.

Las busur listrik menggunakan elektrode yang berselaput. Ciri khas elektrode ini adalah adanya perbedaan komposisi antara selaput elektrode dengan kawat intinya. Fluks di dalam kawat inti dibuat dengan metode pelapisan dengan teknik destrusi, teknik semprot atau teknik celup. Kawat inti elektrode las mempunyai standar ukuran yaitu ketebalan 1,5 milimeter hingga 7 milimeter. Sedangkan panjangnya berkisar antara 3,5 sentimeter hingga 4,5 sentimeter. Bahan pembuatan selaput fluks diantaranya selulosa, kalsium karbonat, titanium oksida, kaolin, kalium oksida, mangan, besi oksida, serbuk besi, besi silikon atau besi mangan. Tiap jenis elektrode dengan kegunaan yang berbeda-beda memiliki persentase campuran bahan yang berbeda-beda pula. Selaput elektrode mempunyai ketebalan antara 50-70% dibandingkan dengan diameternya. Perbedaan persentase ini menyesuaikan dengan jenis bahan pembuatan selaput elektrode.

Pengelasan dapat terjadi karena selaput elektrode meleleh ketika dialiri arus listirk. Lelehan selaput elektrode menghasilkan gas karbon dioksida yang membuat cairan las dan busur listrik yang timbul dapat terlindungi dari udara di lingkungan sekitarnya. Udara luar ini mengandung oksigen dan nitrogen dan dapat merusak kekuatan mekanis dari cairan las. Perlindungan ini membuat permukaan las yang masih panas terlapisi oleh terak yang terapung dan membeku di atasnya.

Secara umum, elektrode pengelasan menggunakan busur listrik dibedakan menjadi elektrode baja lunak dan elektrode baja paduan rendah. Jenis elektrode ini dibagi-bagi lagi menjadi beberapa jenis berdasarkan kekuatan tarik deposit, posisi pengelasan, jenis bahan selaput elektrode dan jenis arus listrik yang digunakan. Pada elektrode baja lunak, digunakan inti kawat yang sama sehingga jenisnya ditentukan oleh perbedaan bahan pembuatan selaputnya.

Elektrode Berselaput

Elektrode berselaput yang dipakai pada Ias busur listrik mempunyai perbedaan komposisi selaput maupun kawat Inti. Pelapisan fluksi pada kawat inti dapat dengah cara destrusi, semprot atau celup. Ukuran standar dia­meter kawat inti dari 1,5 mm sampai 7 mm dengan pan­jang antara 350 sampai 450 mm. Jenis-jenis selaput fluksi pada elektrode misalnya selulosa, kalsium karbonat (Ca C03), titanium dioksida (rutil), kaolin, kalium oksida mangan, oksida besi, serbuk besi, besi silikon, besi mangan dan sebagainya dengan persentase yang berbeda-beda, untuk tiap jenis elektrode. Tebal selaput elektrode berkisar antara 70% sampai 50% dari diameter elektrode tergantung dari jenis selaput. Pada waktu pengelasan, selaput elektrode ini akan turut mencair dan menghasilkan gas CO2 yang melindungi cairan las, busur listrik dan sebagian benda kerja terhadap udara luar. Udara luar yang mengandung O2 dan N akan dapat mempengaruhi sifat mekanik dari logam Ias. Cairan selaput yang disebut terak akan terapung dan membeku melapisi permukaan las yang masih panas.

Elektoda ( Kawat las) memiliki kode spesifikasi yang dapat kita lihat pada kardus pembungkusnya.

Spesifikasi kawat las terbungkus untuk untuk Mild Steel diatur dalam AWS A5.1

Berdasarkan peraturan American Welding Society (AWS), Spesifikasi kawat las terbungkus untuk untuk Mild Steel diatur dalam AWS A5.1

Dua digit pertama menunjukan Kekuatan tariknya dalam kilo- pound-square –inch ( Ksi )

• E6010 = kekuatan tariknya 60 ksi, (60000 psi),
• E7018 = kekuatan tariknya 70 ksi, (70000 psi),

Digit ketiga adalah Posisi pengelasan

• Exx1x – untuk semua posisi (flat, horisontal, vertikal, overhead)
• Exx2x – untuk posisi flat dan horizontal
• Exx3x – hanya untuk posisi flat

Untuk elektrode dengan lima digit angka maka tiga angka pertama merupakan kekuatan tarik

• E11010 = kekuatan tariknya 110 ksi, (110000 psi)

Contoh: Elektrode E6010

• E = Elektrode
• 60 = Kekeuatan Tarik
• 1 = Posisi Pengelasan
• 0 = tipe coating dan arus

Spesifikasi kawat k las terbungkus untuk Low k Steel diatur pada AWS A5.5

Empat digit pertama sama pembacaanya dengan kode untuk mild steel Diikuti dengan garis (dash) dan huruf serta angkasebagai sebagai unsur paduan

• A ditambahkan unsur carbon molybdenum
• B ditambahkan unsur chromium molybdenum
• C ditambahkan unsur nickel steel
• D ditambahkan unsur manganese molybdenum molybdenum
• G merupakan kode tambahan untuk penggunaan secara general bagi material yang belum teridentifikasi

R akhir kode mengindikasikan ketahanan terhadap serapan uap uap (moisture pickup) (80% humidity,, 80 °F, 9 jam)

Contoh:

• Kode kawat las: E7018-H8R

E7018-H8R artinya kekuatannya 70ksi, mengandung mengandung “iron powder iron oxide iron powder iron oxide”, mengandung sedikit hidrogen (low hydrogen), ketahanan terhadap uap air dan untuk dipakai pada pada pengelasan pengelasan mild steel.

• Kode Kawat Las: E8018-B2H4R

E8018-B2H4R artinya kekuatannya 80ksi, mengandung, iron powder iron oxide, dipadu dengan chrome moly serta low hydrogen, ketahanan terhadap uap air serta digunakan untuk mengelas paduan baja chrome moly

Spesifikasi kawat las terbungkus untuk Stainless Steel diatur dalam AWS A5.4

Tiga (3) digit pertama adalah nomor tipe AISI dari stainless steel Kemudian diikuti dengan garis dan 2 angka

• Angka 15 = lapisannya mengandung CaO,TiO2& arusnya DCRP.
• Angka 16 = lapisannya mengandung TiO & K2O & arusnya DCRP atau AC.
• Angka 17 = lapisannya mengandung CaO, TiO2 K2O SiO O SiO2& arusnya DCRP atau AC.. Bead lasnya halus dan pelepasan slagnya sangat mudah.

Contoh: Kode kawat las: Elektrode E 308L-16

Elektrode Baja Lunak

Dan bermacam-macam jenis elektrode baja lu­nak perbedaannya hanyalah pada jenis selaputnya. Sedang kan kawat intinya sama.

E 6010 dan E 6011

Elektrode ini adalah jenis elektrode selaput selulosa yang dapat dipakai untuk pengelesan dengan penembusan yang dalam. Pengelasan dapat pada segala posisi dan terak yang tipis dapat dengan mudah dibersih­kan. Deposit las biasanya mempunyai sifat sifat mekanik yang baik dan dapat dipakai untuk pekerjaan dengan peng­ujian Radiografi. Selaput selulosa dengan kebasahan 5% pada waktu pengelasan akan menghasilkan gas pelindung. E 6011 mengandung Kalium untuk mambantu menstabil­kan busur listrik bila dipakai arus AC.

E 6012 dan E 6013

Kedua elektrode ini termasuk jenis selaput rutil yang dapat manghasilkan penembusan sedang. Keduanya dapat dipakai untuk pengelasan segala posisi, tetapi ke­banyakan jenis E 6013 sangat baik untuk posisi pengeles­an tegak arah ke bawah. Jenis E 6012 umumnya dapat di­pakai pada ampere yang relatif lebih tinggi dari E 6013. E 6013 yang mengandung lebih benyak Kalium memudah­kan pemakaian pada voltage mesin yang rendah. Elektrode dengan diameter kecil kebanyakan dipakai untuk pangelasan pelat tipis.

E 6020

Elektrode jenis ini dapat menghasilkan penem­busan las sedang dan teraknya mudah dilepas dari lapisan las. Selaput elektrode terutama mengandung oksida besi dan mangan. Cairan terak yang terlalu cair dan mudah mengalir menyulitkan pada pengelasan dengan posisi lain daripada bawah tangan atau datar pada las sudut.

Elektrode dengan Selaput Serbuk Besi

Selaput elektrode jenis E 6027, E 7014. E 7018. E 7024 dan E 7028 mengandung serbuk besi untuk meningkatkan efisiensi pengelasan. Umumnya selaput elek­troda akan lebih tebal dengan bertambahnya persentase serbuk besi. Dengan adanya serbuk besi dan bertambah tebalnya selaput akan memerlukan ampere yang lebih tinggi.

Elektrode Hydrogen Rendah

Selaput elektrode jenis ini mengandung hydrogen yang rendah (kurang dari 0,5 %), sehingga deposit las juga dapat bebas dari porositas. Elektrode ini dipakai untuk pengelasan yang memerlukan mutu tinggi, bebas porositas, misalnye untuk pengelasan bejana dan pipa yang akan mengalami tekanan Jenis-jenis elektrode hydrogen rendah misalnya E 7015, E 7016 dan E 7018.

Kondisi Pengelasan

Berikut ini diberikan daftar kondisi pengelasan untuk elektrode Philips baja lunak dan baja paduan rendah.

Elektrode Untuk Besi Tuang

Elektrode yang dipekai untuk mengelas besi tuang adalah sebagei berikut:

• elektrode baja
• elektrode nikel
• elektrode perunggu
• elektrode besi tuang

Elektrode nikel

Elektrode jenis ini dipakai untuk mengelas besi tuang, bila hasil las masih dikerjakan lagi dengan mesin. Elektrode nikel dapat dipakai dalam sagala posisi pengelasan. Rigi-rigi las yang dihasilkan elektrode ini pada besi tuang adalah rata dan halus bila dipakai pada pesawat las DC kutub terbalik. Karakteristik elektrode nikel dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Elektrode baja

Elektrode jenis ini bila dipakai untuk mengelas besi tuang akan menghasilkan deposit las yang kuat se­hingga tidak dapat dikerjakan dengan mesin. Dengan demikian elektrode ini dipakai bila hasil las tidak di­kerjakan lagi. Untuk mengelas besi tuang dengan elektrode baja dapat dipakai pesawat las AC atau DC kutub terbalik.

Elektrode perunggu

Hasil las dengan memakai elektrode ini tahan ter­hadap retak, sehingga panjang las dapat ditambah. Kawat inti dari elektrode dibuat dari perunggu fosfor dan diberi selaput yang menghasilkan busur stabil.

Elektrode dengan Hydrogen rendah

Elektrode jenis ini pada dasarnya dipakai untuk baja yang mengandung karbon kurang dari 1,5%. Tetapi dapat juga dipakai pada pengelasan besi tuang dengan hasil yang baik. Hasil lasnya tidak dapat dikerjakan dengan mesin.

Elektrode Untuk Aluminium

Aluminium dapat dilas listrik dengan elektrode yang dibuat dari logam yang sama. Pemilihan elektrode aluminium yang sesuai dengan pekerjaan didasarkan pada tabel keterangan dari pabrik yang membuatnya. Elektrode aluminium AWS-ASTM AI-43 untuk las busur listrik adalah dengan pasawat las DC kutub terbalik dimana pemakaian arus dinyatakan dalam tabel berikut

Elektrode untuk palapis Keras

Tujuan pelapis keras dari segi kondisi pemakaian yaitu agar alat atau bahan tahan terhadap kikisan, pukulan dan tahan aus. Untuk tujuan itu maka Elektrode untuk pelapis keras dapat diklasifikasikan dalam tiga macam Yaitu:

• elektrode tahan kikisan
• elektrode tahan pukulan
• elektrode tahan aus.

Elektrode tehan kikisan.

Elektrode jenis ini dibuat dari tabung chrom karbida yang diisi dengan serbuk-serbuk karbida. Elektrode dengan diameter 3,25 mm - 6,5 mm dipakai peda pesawat las AC atau DC kutub terbalik. Elektrode ini dapat dipakai untuk pelapis keras permukaan pada sisi potong yang tipis, peluas lubang dan beberapa type pisau.

Elektrode tahan pukulan.

Elektrode ini dapat dipakai pada pesawat las AC atau DC kutub terbalik. Dipakai untuk pelapis keras bagian pemecah dan palu.

Elektrode tahan keausan.

Elektrode ini dibuat dari paduan-paduan non ferro yang mengandung Cobalt, Wolfram dan Chrom. Biasanya dipakai untuk pelapis keras permukaan katup buang dan dudukan katup dimana temperatur dan keausan sangat tinggi.

Referensi

Daftar pustaka

• Primahidin, Indra (2019). Pengelasan SMAW Asetilin dan Pengecoran Logam. Guepedia. ISBN 978-623-7401-54-4. 

Bacaan lanjutan

• Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Modern Welding Technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3 
• Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. (2001), Manufacturing Engineering and Technology, Prentice-Hall, ISBN 0-201-36131-0 
• Lincoln Electric (1994), The Procedure Handbook of Arc Welding, Cleveland, Ohio: Lincoln Electric, ISBN 99949-25-82-2 
• Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, New York: CRC Press, ISBN 0-8493-1773-8 
• ASM International (society) (2003). Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2
• Blunt, Jane and Nigel C. Balchin (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes. Cambridge: Woodhead. ISBN 1-85573-538-5.
• Hicks, John (1999). Welded Joint Design. New York: Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Arc welding.

Arc Flash Awareness video (25:39) from U.S. National Institute for Occupational Safety and Health