Teknik Dasar Pengelasan SMAW
Proses pengelasan SMAW (Shield Metal Arc Welding) adalah proses pengelasan yang menggunakan panas untuk mencairkan material dasar atau logam induk dan elektroda (bahan pengisi). Berikut ini akan disampaikan beberapa hal yang terkait dalam teknik dasar pengelasan SMAW.
1. Arus Pengelasan
Arus las (welding current) adalah aliran pembawa muatan listrik dari mesin las yang digunakan untuk menyambung dua logam dengan mengalirkan panas ke logam pengisi atau elektroda.
a. Jenis Arus Pengelasan
Besarnya arus pengelasan yang diperlukan tergantung pada diameter elektroda, tebal bahan yang dilas, jenis elektroda yang digunakan, diameter inti elektroda, dan posisi pengelasan. Makin tinggi arus las, makin besar penembusan dan kecepatan pencairannya. Berikut ini beberapa jenis arus pengelasan pada mesin.
1) Mesin Las Dengan Arus Bolak Balik (AC)
Mesin las arus AC yang dihasilkan oleh pembangkit listrik, listrik PLN atau generator AC yang digunakan sebagai sumber tenaga dalam proses pengelasan. Mesin las ini sangat banyak dipergunakan karena rendahnya biaya operasi serta hargayang relatif murah. Mesin las ini membutuhkan tegangan rata-rata antara 55—85 Volt. Kelebihan menggunakan mesin las arus AC adalah harga yang murah, kabel yang bisa diganti, dan nyala busur las listrik yang kecil. Sementara itu, kelemahan mesin las arus AC adalah berbahan jenis logam dan elektroda terbatas serta kurang stabil.
2) Mesin Las Dengan Arus Searah (DC)
Mesin las arus DC dihasilkan dari dinamo motor listrik searah. Dinamo dapat digerakkan oleh motor listrik, motor bensin, dan motor diesel. Mesin las arus DC memerlukan peralatan yang berfungsi sebagai penyearah arus. Penyearah arus atau rectifier berfungsi untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).
Kelebihan menggunakan mesin las arus DC adalah nyala busur listrik stabil, bisa untuk semua jenis elektroda, mudah dioperasikan, suara tidak bising dan bisa untuk las tipis. Sementara itu, mesin las arus DC memiliki kelemahan, yaitu memiliki polaritas yang berbeda- beda sehingga tidak bisa digunakan pada kutub sembarangan karena berakibat pada hasil las.
3) Mesin Las Listrik Ganda (AC-DC)
Mesin las AC-DC dapat digunakan dengan dua arus yang berbeda sekaligus karena sudah dilengkapi dengan transformator (trafo) satu frasa dan sebuah alat perata dalam satu unit mesin.
Kelebihan mesin las arus AC-DC adalah penggunaan lebih fleksibel, cocok di berbagai bidang pekerjaan, memiliki kemampuan ganda yang cocok untuk berbagai material logam (besi, stainless steel,alumunium), heavy duty (kemampuan untuk pekerjaan pengelasan yang lebih berat dan lama). Sedangkan kelamahannya yaitu mesin lebih berat serta pengaturan lebih banyak.
2. Polaritas Pengelasan
Pengertian “polaritas” dalam pengelasan adalah penempatan atau pemasangan kabel elektroda dan kabel massa ke kutub positif atau negatif pada mesin las. Pemilihan polaritas akan berpengaruh pada distribusi panas pada busur pengelasan
a. DCEN (Direct Current Electrode Negative)
Polaritas pengelasan DCEN adalah ketika benda kerja yang hendak dilas disambungkan pada kutub positip (+) dan elektroda disambungkan ke kutub negatif (-) mesin las DC (Gambar 1.). Dengan polaritas ini, 2/3 panas berada pada base metal (logam induk) dan umumnya digunakan untuk pengelasan root dan pelat dengan tebal lebih dari 8 mm. Polaritas jenis ini digunakan agar penetrasi dapat dimaksimalkan karena panas lebih besar ada di media kerja dan lebih mudah tergerus.
Gambar 1. Electrode Negative (DCEN), Straight Polarity (DCSP).
b. DCEP (Direct Current Electrode Positive)
Polaritas DCEP adalah ketika benda kerja yang akan dilas disambungkan pada kutub negatif (-) dan elektroda disambungkan pada kutub positif (+) mesin las DC seperti yang diperlihatkan Gambar 2.
Polaritas ini 2/3 panas berada pada elektroda. Umumnya, ini dilakukan untuk pengelasan filler, capping, dan pengelasan plat tipis dengan tujuan menghindari panas yang berlebih, namun dapat mengakibatkan plat menjadi berlubang.
C. Polaritas Alternating Current (AC)
Polaritas arus bolak-balik (AC) menggunakan arus bolak-balik dan tidak ada kutub negatif atau positif sehingga pemasangan kabel holder (pemegang las) dan kabel massa boleh terbalik atau ditukar posisi karena hal ini tidak akan berpengaruh. Pada polaritas jenis ini 50% panas disalurkankan ke elektroda las dan 50% disalurkan ke logam dasar (base metal).Frekuensi arus AC adalah 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi arus AC 60Hz, akan terjadi 60 siklus setiap detik. Aliran elektron terus berganti-ganti setiap 1/120 detik dari elektroda las ke sampai bahan dasar (base material) seperti yang diperlihatkan Gambar 3. Pada Gambar 4. ditunjukkan kontruksi penempatan elektroda dan kabel massa pada polaritas AC.
Gambar 4. Alternating Polarity (AC).
3. Daya Las ( Welding Power )
Daya pengelasan merupakan energi listrik yang diserap oleh suatu rangkaian setiap satuan waktu. Semakin besar daya listrik pada suatu rangkaian, semakin besar pula energi yang akan diserap.
a. Constant Voltage/Tegangan Konstan (CV)
Tegangan busur tetap konstan pada pengaturan yang dipilih meskipun panjang busur dan arus listrik bertambah atau berkurang.
b. Rising Arc ( RAV)
Tegangan busur meningkat seiring dengan meningkatnya arus listrik.
c. Constan Current/Arus Konstan (CC)
Jenis arus konstan pada mesin las dapat mengatur/ mengontrol arus dengan baik tetapi tidak memiliki kontrol untuk tegangan. Jenis daya ini juga disebut Drooping Arc Voltage (DAV), karena tegangan busur berkurang dengan meningkatnya arus listrik.
4. Teknik Pengelasan
Teknik mengelas yang diterapkan dalam proses pengelasan dapat dilakukan dengan mengikuti aturan atau ketentuan yang umum berlaku pada pengelasan. Skema proses pengelasan memperlihatkan bahwa beberapa parameter untuk pengelasan yang dilakukan pada posisi di bawah tangan.
a. Arah pengelasan
Arah Pengelasan merupakan arah pergerakan elektroda pada saat melakukan proses pengelasan. Di dalam pengelasan terdapat dua metode yang digunakan, antara lain drag/pull dan push seperti yang ditunjukkan Gambar 5.
b. Orientasi Elektroda
Orientasi elektroda las berupa arah dan gerakan elektroda pada saat melakukan pengelasan. Gerakan elektroda las ada 2 yaitu gerakan lurus (stringer bead) dan gerakan ayunan (weave). Gerakan elektroda dalam pengelasan berfungsi untuk mendapatkan hasil lasan yang halus dan rata serta menghindari cacat pada hasil lasan. Bentuk gerakan ayunan dari elektroda las dapat kalian lihat pada Gambar 6.
Selanjutnya untuk contoh gerakan elektroda las dengan gerakan lurus (stringer bead) dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Posisi elektroda untuk stringer beads (lurus) pada posisi
mendatar.
Bentuk rigi-rigi las dipengaruhi oleh posisi elektroda las ketika pengelasan dilakukan. Pada Gambar 8. ditunjukkan bagaimana penerapan posisi elektroda las dalam memebentuk rigi-rigi las dengan gerakan ayunan (weave motion).
c. Arah Pengelasan ( Travel Angle )
Sudut elektroda terdiri atas dua posisi, yaitu sudut kerja (work angle) dan sudut arah pengelasan (travel angle) seperti yang ditunjukkan Gambar 9. Sudut kerja adalah sudut yang terbentuk dari garis horisontal tegak lurus terhadap arah pengelasan. Pada posisi fiat (mendatar), work angle yang digunakan sebesar 900. Sudut arah pengelasan (travel angle) adalah sudut pada arah pengelasan terhadap garis vertikal dan mungkin berubah dari 15 hingga 30 derajat.
Gambar 9. Sudut kerja elektroda
dan sudut arah pengelasan (travel angle).
d. Panjang Busur
Jarak elektroda ke benda kerja yang baik umumnya adalah besarnya diameter elektroda yang digunakan. Sebagai contoh, jika besarnya diameter inti elektroda adalah 3,2 mm, jarak elektroda ke bahan dasar logam lasan sebesar 3,2 mm seperti yang ditunjukkan Gambar 10. Usahakan dalam proses pengelasan jarak elektroda ke benda kerja ini relatif konstan.
e. Root gap atau root opening
Root gap atau root opening adalah jarak antara dua benda yang akan dilas. Menurut AWS, root gap adalah sebesar 0—3 mm. Tujuan diberi jarak tersebut adalah agar cairan las dapat masuk ke dalam sehingga akan menghasilkan penetrasi pengelasan yang lebih baik dan sambungan kuat. Pada Gambar 11. ditunjukkan root opening pada sebuah sambungan las.
f. Kecepatan Laju Pengelasan ( Travel Speed )
Kecepatan pengelasan selama proses pengelasan diusahakan konstan mulai dari saat pengelasan sampai pada penyelesaian pengelasan. Seorang welder membutuhkan latihan yang terus menerus, agar kecepatan pengelasan dengan pencairan elektroda terjadi dengan baik.
g. Penetrasi Pengelasan
Penetrasi adalah penembusan logam lasan mencapai kedalaman pada bahan dasar logam yang dilas. Penetrasi ini juga merupakan pencairan antara elektroda dengan bahan dasar dari tepi bagian atas sampai menembus pelat pada kedalaman tertentu. Penetrasi yang memenuhi standar harus dapat mencapai seluruh ketebalan plat yang dilas seperti yang ditunjukkan Gambar 12. Bagi juru las tingkat dasar hal ini sulit dicapai, tetapi dengan latihan secara terus-menerus, standar penetrasi ini akan dapat dicapai.
5. Menyalakan Busur Las
Menyalakan busur las dapat dilakukan dengan dua cara seperti yang ditunjukkan Gambar 13. Jika mesin las yang digunakan mesin AC, maka penyalaan busur api dilakukan dengan cara menggoreskan elektroda pada benda kerja. Jika mesin las yang digunakan adalah mesin las DC, penyalaan busur las dilakukan dengan cara disentuhkan atau dihentakkan ke benda kerja.
Gambar 13. Metode menyalakan busur las: (a) Tapping, (b) Scratching.
6. Jenis Sambungan Las
Secara umum, jenis sambungan las untuk pelat terdiri dari lima jenis, yaitu butt joint (sambungan tumpul), corner joint (sambungan sudut), edge joint/ pararel joint (sambungan tepi), lap joint (sambungan tumpang), dan T-joint (sambungan T) seperti yang ditunjukkan Gambar 14.
Sambungan tumpul (butt joint) digunakan untuk menyambung ujung- ujung pelat yang datar dengan ketebalan yang sama atau hampir sama, biasanya divariasikan pada kampuh. Sambungan tumpang (lap joint) dalam prosesnya dilaksanakan dengan las sudut dan las isi. Sambungan tumpang digunakan untuk menyambung pelat dengan ketebalan yang berbeda dan kelebihannya ialah sambungan ini tidak membutuhkan kampuh atau kampuh.
Sambungan T dibagi dua jenis, yaitu sambungan las dengan kampuh (groove) dan las sudut. Sambungan T digunakan untuk menyambung pelat pada bagian-bagian built up, seperti profil T, Profil I, atau bagian-bagian yang berbentuk rangka. Sambungan sudut (corner joint) digunakan untuk menyambung kontruksi dengan membentuk penampang boks segi empat terangkai (built-up) seperti untuk balok baja yang membutuhkan ketahanan terhadap torsi yang tinggi. Sambungan sisi (edge joint) digunakan untuk menjaga dua atau lebih pelat agar tetap pada suatu bidang tertentu ataupun untuk mempertahankan kedudukan seperti semula
7. Posisi Pengelasan Pelat
Posisi dalam pengelasan atau sikap pengelasan berhubungan dengan pengaturan posisi atau letak gerakan elektroda las. Posisi pengelasan yang digunakan biasanya tergantung dari letak kampuh-kampuh atau celah-celah benda kerja yang akan dilas. Empat posisi dasar untuk pengelasan adalah datar, horizontal, vertikal, dan di atas kepala. Perhatikan Tabel dibawah ini.
Contoh penerapan posisi pengelasan dapat dilihat pada Gambar di bawah ini
