Pengelasan Saw dan Fcaw

1.Las Busur Rendam (SAW)

1.1 Las SAW

SAW atau las busur terbenam termasuk salah satu las busur listrik, dimana busur dan kawah las ditutupi oleh lelehan flux dan lapisan butiran-butiran flux seperti tampak pada Gambar 1

Gambar 1. Submerged Arc Welding (SAW)

Pada proses ini busur las tidak terlihat. Elektroda diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan dengan cara yang sama seperti pada proses GMAW. Panas busur melelehkan base metal, elektroda dan flux sehingga menghasilkan kawah las yang ditutupi oleh lapisan slag cair. Lapisan slag melindungi kawah las sampai membeku. Karena busur tidak terlihat, pengelasan dapat dilakukan tanpa menimbulkan radiasi besar dimana hal ini sudah merupakan sifat dari proses busur terbuka, dan juga menghasilkan sangat sedikit asap.

Pengelasan dengan proses SAW pada umumnya dilakukan di bengkel-bengkel, karena benda kerja dapat diletakkan dengan posisi datar untuk memperoleh laju pengisian yang lebih tinggi. Proses pengelasan SAW juga sudah digunakan dilapangan untuk mengelas dinding tangki penyimpanan minyak secara horizontal dengan menggunakan alat khusus pengelasan posisi jam 3, dan juga untuk mengelas plat bola yang dirakit dilapangan dan diatur untuk pengelasan posisi datar.

Karena penetrasi SAW dalam, proses ini tidak cocok untuk mengelas root pass tanpa terlebih dahulu diberi penyangga las. Penyangga (back up) dapat bersifat sementara atau permanen. Pengelasan dari arah satu sisi bisa dilakukan dengan memberi bahan penyangga sementara seperti batangan tembaga, flux back up, atau pita back up khusus dari bahan flux atau keramik. Bahan-bahan penyangga sementara yang lain adalah batangan baja, yang juga dapat digunakan untuk meluruskan sambungan. Penyangga ini dilepaskan sebelum mengelas dari arah sebaliknya.

Sambungan las untuk SAW pada umumnya dirancang dengan land lebih tebal dan tanpa celah agar dapat menopang logam las selama pengelasan dari sisi pertama. Karena penetrasi lebih dalam, sisi sebaliknya dapat dilas tanpa perlu diback gouging. Contohnya adalah double SAW (disingkat dengan DSW), yang dilakukan oleh pabrik-pabrik pembuat pipa.

1.2 Karakteristik Mesin SAW

SAW bisa digunakan dengan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), tetapi arus DC lebih banyak dipakai karena penyalaan busur lebih mudah dan penetrasinya lebih dalam. Jenis lain SAW adalah tandem arc welding, yang menggunakan dua batang elektroda sekaligus, dan bisa dikerjakan dengan arus DC-AC atau AC-AC. Proses las SAW biasanya dikerjakan secara otomatis. Bisa juga dilakukan secara semi-otomatis dengan gun genggam tetapi laju pengisian kurang memuaskan. Flux SAW harus disimpan ditempat yang hangat, kering dan harus direkondisi apabila .Gambar 2 menunjukan komponen yang terdapat dalam mesin las SAW.

Gambar 2. Komponen  mesin las SAW

lembab (sesuai dengan petunjuk pabrik). Kawat untuk pengelasan SAW juga mesti disimpan ditempat yang kering.

1.3 Jenis Kawat Las SAW

Kawat las yang digunakan untuk las busur rendam memiliki komponen yang kimia yang  koberbeda-beda tergantung pengunaanya. Secara kasar kawat –kawat tersebut dapat dibedakan berdasarkan kandugan mangan(Mn) sebagai berikut:

1.      Kelompok Mn rendah : kelompok ini mengandung Mn antara 0,2 sampai0,8% dan biasanya digunakan bersama-sama degan fluks jenis ikatan.

2.      Kelompok Mn sedang : Kandugan Mn dalam kawat las ini berkisar antara 0,8 sampai 1,8% dan biasanya digunakan degan fluks jenis leburan.

3.      Kelompok Mn tinggi   : Kawat las ini mengandung Mn 1,8 sampai 2,2% dan pengunaanya digabung degan fluks jenis leburan. Kawat ini bisa dipakai dalam berbagai pengunaan misal las lapis tunggal,las lapis banyak, las tumpul dan las sudut.

Komposisi kimia dari kawat kelompok Mn rendah dan Mn tinggi yang terdapat dip[asaran dapat di lihat pada tabel dibawah.kawat tersebut biasanya dibuat degan garis tengah 2,4 ; 3,2;  4,0 ; 4,8 ; 5,6 ; 6,4 dan 8,0 mm.berdasarkan efisiensi pengelasan,kawat yang banyak digunakan adalah kawat degan diameter 4,0 sampai 6,4 mm.

            Tabel 1. komposisi Mn tingi dan  Mn  rendah yang  biasa digunakan

Unsur dan Merek	C	Si	Mn
US 43 YA US 36 YD	0,06 0,07 0,12 0,13	0,01 0,01 0,03 0,02	0,37 0,57 1,95 1,94

Tabel 2. Diameter kawat dan Besar Arus 1

Diameter kawat (mm)	2,4	3,2	4,0	4,8	6,4	8,0
Besar arus (mm)	<400	300-500	350-800	500-1100	700-1600	>1000

Jenis Fliks Dalam Las Busur Rendam

Dalam las busur rendam fluks di klompokan dalam dua jenis yaitu jenis lebur dan jenis ikatan. Jenis lebur dibuat dari biji besi yang dicairkan lebih dulu dan kemudian ditumbuk. Sedangkan jenis fluks ikatan terbuat dari serbuk biji dan serbuk paduan yang dicampur dengan natrium silikat dan dijadikan adonan yang kemudian dibakar pada suhu rendah sehingga tidak terjadi peleburan.

  1.4 Keuntungan dari  Pengelasan SAW

Proses las SAW ini dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel, stainless steel dan beberapa paduan nikel tinggi. Proses ini digunakan secara luas untuk membuat lapisan anti karat dengan menggunakan elektroda berbentuk lembaran (tebal 0,5 mm dan lebar 60 mm). Proses las ini dapat dikerjakan dengan arus lebih tinggi serta elektroda berganda, sehingga diperoleh laju pengisian dua hingga sepuluh kali lebih cepat dari pada SMAW. Karakteristik penetrasi yang dalam dari proses SAW ini menyebabkan kampuh las bisa dibuat lebih sempit, sehingga dapat mengurangi jumlah lapisan yang diperlukan dan juga menghemat waktu pengelasan. Lapisan slag yang menyelimuti logam las memberikan perlindungan yang handal terhadap logam las cair, sehingga menghasilkan deposit las bermutu tinggi.

Sebagai sebuah proses las busur terbuka, SAW tidak menimbulkan radiasi tinggi dimana hal ini memberikan kenyamanan kepada juru las. SAW adalah proses las rendah hydrogen, tetapi kandungan hydrogennya tergantung dari tingkat kekeringan dan jenis flux yang dipakai. Kekerasan di daerah HAZ cenderung lebih rendah karena panas masukan yang lebih tinggi menyebabkan laju pendinginan menjadi lebih lambat. Pada umumnya tampilan bead yang halus dari pengelasan SAW membuat inspeksi visual menjadi lebih mudah terhadap cacat-cacat las karena kesalahan operator atau kesalahan fungsi peralatan.berikut ini merupakan kelebihan las SAW secara ringkas :

v  Proses pengelasan sangat efisien dengan arus las yang tinggi 10

v  Penetrasi lasannya dalam

v  Tidak diperlukan masker pelindung mata karena busurnya terkubur

v  Jarang terjadi percikan las (spatter) dan asap

v  Sedikit sekali gangguan dari angin

1.5 Kelemahan

Di dalam prakteknya, proses las SAW membutuhkan penanganan dan waktu pemasangan lebih banyak untuk meletakkan benda kerja sedemian rupa sehingga pengelasan dapat dilakukan dengan posisi datar. Terbatasnya pandangan mata terhadap busur dan kawah las selama pengelasan membuat proses ini menjadi lebih sulit dalam mempertahankan posisi las di atas sambungan, meskipun pada umumnya hal ini tidak menjadi masalah. Waktu pemasangan untuk pengelasan lebih lama dibandingkan dengan GMAW dan SMAW, sehingga proses ini tidak ekonomis pada pekerjaan-pekerjaan kecil. Apabila menggunakan panas masukan lebih besar, bisa terbentuk butiran-butiran kasar di daerah HAZ. Keadaan ini menyebabkan hilangnya sifat impact, yang pada beberapa aplikasi tidak diperbolehkan. Pada pengelasan dengan lapisan banyak, harus dipilih kombinasi kawat/flux yang sesuai sehingga dapat mencegah pembentukan unsur Mn dan Si pada logam las, karena unsur-unsur ini akan menaikan kekerasan, menurunkan ketangguhan, dan menimbulkan masalah retak pada sour service.

1.6  Cacat-cacat las yang umum terjadi pada SAW:

1)      Porosity karena kontaminasi pada pengelasan. Hal ini terjadi karena pembersihan karat dan kerak pada sambungan tidak sempurna.

2)      Slag inclusion karena muka las terlalu cembung atau undercut. Hal ini terjadi karena slag terkurung disepanjang sisi logam las dan tidak terbuang selama pembersihan.

3)      Retak ditengah las-lasan karena bentuk bead tidak tepat. Hal ini terjadi pada pengelasan dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan lebar.

2. Flux Cored Arc Welding (FCAW)

Flux cored arc welding atau las busur berinti flux mirip dengan proses las GMAW, yaitu menggunakan elektroda solid dan tubular yang diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan. Elektroda diumpankan melalui gun atau torch sambil menjaga busur yang terbentuk diantara ujung elektroda dengan base metal. FCAW menggunakan elektroda dimana terdapat serbuk flux di dalam batangnya. Butiran-butiran dalam inti kawat ini menghasilkan sebagian atau semua shielding gas yang diperlukan. Jadi berlawanan dengan GMAW, dimana seluruh gas pelindung berasal dari sumber luar. FCAW bisa juga menggunakan gas pelindung tambahan, tergantung dari jenis elektroda, logam yang dilas, dan sifat dari pengelasan yang dikerjakan.

Ada dua jenis variasi FCAW yang memiliki kegunaan berbeda-beda tergantung dari metode gas pelindung.

- Gas Shielded (FCAW-G).

- Self-shielded (FCAW-SS).

Proses (FCAW-G) atau berpelindung gas memerlukan shielding gas yang berasal dari sumber luar (biasanya CO₂ atau campuran argon-CO₂ seperti tampak pada Gambar 3.

Gambar 3. FCAW Pelindung Gas

Proses (FCAW-SS) memiliki pelindung sendiri misalnya Lincoln Innershield, seperti tampak dalam gambar 3. FCAW dapat dikerjakan secara otomatis atau semi-otomatis, tetapi yang paling banyak dipakai adalah proses semi-otomatis.

2.1 Karakteristik Mesin las FCAW

Mesin las FCAW  pada prinsipnya adalah sama dengan mesin GMAW yang dibagi dalam 2 golongan, yaitu : Mesin las arus bolak balik (Alternating Current / AC Welding Machine) dan Mesin las arus searah (Direct Current / DC Welding Machine), namun sesuai dengan tuntutan pekerjaan dan jenis bahan yang dilas yang kebanyakan adalah jenis baja, maka secara luas proses pengelasan dengan FCAW adalah menggunakan mesin las DC. Umumnya mesin las arus searah ( DC ) mendapatkan sumber tenaga listrik dari trafo las ( AC ) yang kemudian diubah menjadi arus searah dengan voltage yang konstan

(constant-voltage ). Gas yang di gunakan sama dengan apa yang di gunakan diproses pengelasan GMAW.

2.2 Jenis Elektroda FCAW-G dan FCAW-SS

    2.2.1 Gas Shielded Flux Cored Arc Welding

Elektroda FCAW-G dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel dan stainless steel. Berpedoman pada AWS. Pada pengelasan carbon steel dan low alloy steel, elektroda berinti flux yang banyak dipakai adalah dari jenis T-1 (acid slag), T-2 (single pass welding) dan T-5 (basic slag).

Elektroda T-1 memiliki sifat-sifat pengelasan bagus, tetapi acid slag tidak membantu menjaga logam las menjadi rendah hydrogen kecuali bila dibuat secara khusus. Hanya sejumlah tertentu elektroda berinti flux yang memenuhi syarat low hydrogen (kurang dari 10 ml/100 g logam las), dan ini adalah yang paling banyak tersedia dari jenis T-1. Elektroda tipe T-1 bisa digunakan baik dengan gas pelindung CO₂ ataupun campuran argon-CO₂. Elektroda T-1 akan memiliki busur lebih halus dan percikan las lebih sedikit bila menggunakan gas pelindung argon-CO₂, meskipun logam las mempunyai unsur Mn dan Si sedikit lebih tinggi. Elektroda EX0T-1 didisain hanya untuk mengelas pada posisi datar dan horizontal saja. Elektroda EX1T-1 dibuat untuk pengelasan semua posisi dengan diameter hingga 1/16 inch. Pengelasan posisi vertikal umumnya dikerjakan dengan arah las naik.

Elektroda tipe T-2 dirancang untuk pengelasan single pass pada logam-logam berkarat, dan mempunyai deoxidizer Mn dan Si lebih tinggi. Elektroda T-2 ini jangan sekali-kali digunakan untuk pengelasan multipass karena peningkatan unsur Mn dan Si menyebabkan tensile strength logam las yang tidak terlarut akan bertambah besar (lebih dari 100 ksi), sehingga menimbulkan masalah retak ketika sedang dilas atau pada kondisi pemakaian sour service.

Elektroda tipe T-5 mempunyai basic slag dengan kandungan hydrogen logam las lebih rendah dan memperbesar impact properties dan daya tahan terhadap retak yang memuaskan. Meskipun demikian, elektroda ini juga mempunyai sifat-sifat pengelasan lebih buruk dibandingkan dengan elektroda T-1. Saat ini elektroda T-1 terbaru sudah dikembangkan yang menggabungkan dua jenis elektroda yang paling baik, sehingga elektroda T-5 menjadi jarang dipakai lagi.

   2.2.2 Self Shielded Flux Cored Arc Welding

Elektroda EX1T-8 adalah elektroda FCAW-SS (Lincoln Innershield) untuk pengelasan carbon steel dan low alloy steel yang mendapat perhatian besar dari beberapa perusahaan. Elektroda ini bisa dipakai untuk pengelasan semua posisi, notch toughness bagus dan pada umumnya mempunyai kandungan hydrogen rendah (kurang dari 10 ml/100 logam las). Elektroda-elektroda ini digunakan dengan berbagai diameter mulai dari 0,068 hingga 3/32 inch. Pengelasan semua posisi dilakukan dengan elektroda diameter 5/64 inch atau lebih kecil, sementara elektroda dengan ukuran lebih besar hanya digunakan untuk pengelasan posisi datar dan horizontal saja. Las turun umumnya tidak dilakukan kecuali bila menggunakan elektroda khusus yang dirancang untuk pengelasan pipe line. Elektroda self-shielded mempunyai denitrifiers guna menghindarkan porosity karena tangkapan nitrogen selama proses pengelasan. Pada umumnya aluminum dipakai sebagai denitrifyng las, karena deposit las dengan kandungan aluminum hingga 1% dianggap tidak berbahaya.

Pengelasan dengan proses FCAW-SS pada pekerjaan-pekerjaan yang kritikal seperti sambungan T-Y-K dan kombinasinya pada anjungan lepas pantai, membutuhkan juru las yang dilatih secara khusus dan mematuhi prosedur las yang sudah dibuat dengan ketat, seperti elektroda, lebar ayunan, tebal lapisan dan pemanasan awal.

2.3 Keuntungan

Proses FCAW-G mempunyai keunggulan yaitu penetrasinya lebih dalam dan laju pengisian lebih tinggi dibandingkan dengan proses SMAW. Dengan demikian proses las ini menjadi lebih ekonomis pada pekerjaan di bengkel-bengkel las. Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan pada inti flux untuk membuat jenis komposisi menjadi lebih banyak, termasuk beberapa logam paduan rendah dan stainless steel. Flux memberikan perlindungan bagus pada kawah las dengan membentuk selubung gas pelindung dan lapisan slag. Meskipun demikian, proses ini tidak mentolerir tiupan angin lebih dari 5 mph tanpa porosity berlebihan. FCAW-G cocok untuk pengelasan semua posisi tanpa menimbulkan masalah lack of fusion seperti yang terdapat pada GMAW hubungan singkat.

Filler metal FCAW-SS menghilangkan kebutuhan terhadap gas pelindung dari luar dan mentoleransi kondisi angin yang lebih kuat tanpa menimbulkan porosity. Proses ini dianggap sama dengan proses elektroda terbungkus terhadap toleransi angin. Dengan juru las yang dilatih dengan baik dan pengawasan yang berhati-hati, FCAW-SS bisa digunakan untuk pengelasan dari arah satu sisi, pada sambungan T-Y-K seperti struktur anjungan lepas pantai untuk menggantikan elektroda terbungkus. FCAW-SS juga bisa digunakan untuk fill pass pengelasan semua posisi pada butt weld atau fillet weld. Juru las perlu dilatih dengan prosedur khusus tetapi proses tersebut mudah dipakai. Aplikasi proses FCAW-SS meliputi pengelasan benda-benda tebal, pipelines dan pelapisan.

2.4 Kelemahan

FCAW-G dan FCAW-SS kedua-duanya membentuk lapisan slag yang harus dikikis diantara lapisan-lapisan las. Baik FCAW-G ataupun FCAW-SS bukan merupakan proses low hydrogen; filler metal harus dibeli dari pabrik elektroda yang dilengkapi dengan syarat-syarat low hydrogen. Pengelasan yang dilakukan dengan proses ini dapat menimbulkan notch toughness yang buruk. Filler metal yang digunakan harus memenuhi persyaratan uji impak seperti elektroda T-1, T-5 dan T-8. Elektroda-elektroda ini umumnya memiliki kandungan hydrogen lebih rendah dan mempunyai persyaratan kimia khusus untuk menghasilkan sifat yang lebih konsisten. Proses pengelasan FCAW-G tidak boleh dilakukan apabila kecepatan angin lebih dari 5 mph karena ada resiko porosity berlebihan. Menaikkan aliran gas untuk mengatasi hembusan angin yang tinggi bukan menyelesaikan masalah, karena dapat menimbulkan kondisi yang lebih buruk karena menghasilkan turbulensi yang akan menarik udara disekitarnya.

Proses FCAW-G menghasilkan lebih banyak asap dari pada kawat solid GMAW. Kawat FCAW-SS bahkan menimbulkan lebih banyak asap, sehingga pada pekerjaan di bengkel-bengkel las dibutuhkan ventilasi yang memadai dan kadang-kadang memerlukan alat khusus pembuang asap di daerah welding gun. Tingkat asap pada FCAW-SS stainless steel atau pada kawat-kawat FCAW-G hampir sama dengan elektroda stick, dan lebih kecil dari pada kawat carbon steel berpelindung diri (self-shielded wires). Pengelasan yang dilakukan dengan kawat FCAW-SS perlu kontrol yang ketat terhadap tebal dan lebar bead dan elektrode stickout guna mendapatkan sifat-sifat ketangguhan yang tinggi.

2.5 Aplikasi pada Pekerjaan

Proses FCAW-G dapat dilakukan dengan semua posisi untuk pengelasan struktural, pipa atau pressure vessel secara butt weld atau fillet weld. Proses FCAW-SS terutama mempunyai keunggulan karena dapat digunakan untuk pengelasan struktur, seperti bangunan dan anjungan lepas pantai dimana lokasi lapangan atau rumitnya struktur membuat pemakaian peralatan las SAW menjadi tidak praktis dan penggunaan proses SMAW kurang kompetitif. Elektroda-elektroda berpelindung diri (self-shielded wires) bisa digunakan untuk pengelasan root pass dan fill pass dari arah satu sisi pada sambungan T-Y-K pada anjungan lepas pantai, apabila pihak Kontraktor dapat mendemontrasikan bahwa mereka mempunyai pengalaman dengan proses tersebut, welder dan inspektor yang terlatih, serta memiliki prosedur las yang sudah diakui.