Pengelasan Gas: Prinsip, Teknik & Aplikasi dalam Penyambungan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan gas adalah proses penyambungan logam manual atau semi-otomatis yang menggunakan gas yang dapat terbakar, biasanya asetilena, yang dikombinasikan dengan oksigen untuk menghasilkan nyala api suhu tinggi yang mampu melelehkan baja dan logam ferrous serta non-ferrous lainnya. Teknik ini bergantung pada pembakaran campuran gas untuk menghasilkan panas lokal, yang melelehkan bahan dasar dan, ketika dikombinasikan dengan bahan pengisi, membentuk ikatan metalurgi saat mengeras.

Secara fundamental, pengelasan gas beroperasi berdasarkan prinsip-prinsip kimia pembakaran dan transfer panas. Pembakaran asetilena dengan oksigen menghasilkan suhu nyala api sekitar 3.200°C (5.792°F), cukup untuk melelehkan baja di zona sambungan. Proses ini melibatkan kontrol yang tepat terhadap laju aliran gas, karakteristik nyala api, dan penambahan bahan pengisi untuk memastikan fusi yang tepat dan integritas sambungan.

Dalam klasifikasi yang lebih luas dari metode penyambungan baja, pengelasan gas dikategorikan sebagai proses pengelasan fusi, yang dibedakan oleh penggunaan nyala api eksternal sebagai sumber panas. Berbeda dengan pengelasan busur atau pengelasan resistansi, pengelasan gas ditandai oleh portabilitasnya, kesederhanaannya, dan kesesuaiannya untuk aplikasi manual atau perbaikan skala kecil. Ini sering digunakan dalam pekerjaan lapangan, pemeliharaan, dan fabrikasi di mana fleksibilitas dan aksesibilitas menjadi prioritas.

Dasar-Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Mekanisme fisik inti dari pengelasan gas melibatkan pembakaran gas bahan bakar—paling umum asetilena—dengan oksigen untuk menghasilkan nyala api suhu tinggi. Panas dari nyala api melelehkan logam dasar di antarmuka sambungan, menciptakan kolam cair. Ketika logam pengisi diperkenalkan ke dalam kolam ini, ia meleleh dan menyatu dengan bahan dasar, membentuk ikatan metalurgi saat mendingin.

Sumber energi adalah reaksi kimia antara asetilena dan oksigen, yang melepaskan panas. Proses pembakaran dikendalikan dengan mengatur aliran gas melalui obor, yang membentuk nyala api dan menentukan suhu serta ukurannya. Distribusi panas bersifat lokal, memungkinkan kontrol yang tepat atas zona peleburan, meminimalkan distorsi dan tegangan sisa.

Selama operasi, urutan proses melibatkan pemanasan awal area sambungan, menetapkan jenis nyala api yang benar (netral, karburisasi, atau oksidasi), menambahkan bahan pengisi sesuai kebutuhan, dan kemudian mendinginkan sambungan secara bertahap. Transformasi metalurgi mencakup peleburan logam dasar dan pengisi, pencampuran pada tingkat molekuler, dan mengeras untuk membentuk sambungan yang kuat dan terikat secara metalurgi.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, sambungan terbentuk melalui peleburan dan pengkristalan selanjutnya dari logam dasar dan bahan pengisi. Bentuk kolam cair dan laju pendinginan mempengaruhi mikrostruktur, termasuk ukuran butir dan distribusi fase. Kontrol yang tepat terhadap input panas memastikan zona fusi yang baik dengan porositas dan inklusi minimal.

Pola pengkristalan biasanya mengikuti pendinginan terarah dari kolam cair ke luar, mempromosikan ikatan metalurgi melalui fusi. Secara termodinamika, proses ini melibatkan transfer panas dari zona cair, didorong oleh konduksi melalui logam padat di sekitarnya dan konveksi dalam kolam cair. Secara kinetik, laju pendinginan mempengaruhi perkembangan mikrostruktur, mempengaruhi sifat mekanik.

Pembentukan sambungan bergantung pada pemeliharaan gradien suhu yang sesuai, mengontrol atmosfer untuk mencegah oksidasi, dan memastikan aliran logam pengisi yang tepat. Ikatan metalurgi yang dihasilkan ditandai oleh zona fusi dengan mikrostruktur yang mencerminkan kondisi pendinginan dan komposisi paduan.

Varian Proses

Pengelasan gas mencakup beberapa varian yang disesuaikan untuk aplikasi dan bahan tertentu:

• Pengelasan Oksigen-Asetilena: Bentuk yang paling umum, menggunakan asetilena dan oksigen untuk menghasilkan nyala api netral yang cocok untuk baja dan logam lainnya.
• Pengelasan Oksigen-Propan: Menggunakan propan sebagai bahan bakar, menawarkan suhu nyala api yang lebih rendah tetapi meningkatkan keselamatan dan portabilitas.
• Pengelasan Oksigen-Metana: Menggunakan metana, memberikan suhu nyala api yang lebih tinggi dibandingkan propan, cocok untuk bahan yang lebih tebal.
• Pengelasan Oksigen-Hidrogen: Menggunakan gas hidrogen, menghasilkan nyala api suhu sangat tinggi, terutama digunakan untuk aplikasi khusus.

Perkembangan teknologi telah membawa dari obor genggam sederhana ke peralatan yang lebih canggih, dapat disesuaikan dengan kontrol aliran yang tepat, regulasi gas otomatis, dan fitur keselamatan. Varian modern mungkin menggabungkan pemanasan awal, pemanasan pasca, atau teknik gabungan untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi sambungan.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Utama Peralatan

Peralatan utama untuk pengelasan gas mencakup sistem pasokan gas, obor pengelasan, dan aksesori tambahan:

• Silinder gas: Menyimpan asetilena dan oksigen terkompresi, dilengkapi dengan regulator tekanan untuk mengontrol laju aliran.
• Regulator dan meter aliran: Mengatur tekanan dan aliran gas dengan tepat, memastikan karakteristik nyala api yang konsisten.
• Obor pengelasan: Alat genggam atau mekanis yang mencampur gas dan mengarahkan nyala api ke benda kerja.
• Selang dan konektor: Saluran fleksibel yang mengalirkan gas dari silinder ke obor, dirancang untuk keselamatan dan daya tahan.
• Pasokan bahan pengisi: Biasanya dalam bentuk batang, kawat, atau strip, dimasukkan secara manual atau mekanis ke dalam kolam cair.
• Perangkat keselamatan: Penangkal balik, katup cek, dan katup pemutus untuk mencegah kebakaran balik dan kebocoran gas.

Kemampuan otomatisasi bervariasi dari pengaturan manual sederhana hingga sistem semi-otomatis atau sepenuhnya otomatis dengan kontrol elektronik, tampilan digital, dan antarmuka operasi jarak jauh.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

Pengelasan gas bergantung pada gas terkompresi yang disimpan daripada daya listrik. Sistem pengiriman melibatkan silinder bertekanan tinggi yang terhubung melalui regulator dan meter aliran ke obor. Mekanisme kontrol mencakup katup yang dapat disesuaikan dan regulator aliran yang memodulasi campuran gas dan laju aliran, secara langsung mempengaruhi suhu dan bentuk nyala api.

Sistem perlindungan mencakup katup pelepas keselamatan, penangkal balik, dan perangkat pemutus otomatis untuk mencegah kecelakaan. Seluruh sistem dirancang untuk memastikan operasi yang stabil dan aman, dengan kepatuhan terhadap standar keselamatan seperti ISO 2503 dan regulasi OSHA.

Parameter Proses Kritis

Parameter kunci yang dapat dikendalikan meliputi:

• Laju aliran gas: Biasanya diukur dalam liter per menit (L/min), dengan nyala api netral dicapai pada rasio tertentu (misalnya, asetilena:oksigen = 1:1).
• Jenis nyala api: Netral, karburisasi, atau oksidasi, dipilih berdasarkan bahan dan persyaratan sambungan.
• Sudut dan jarak obor: Biasanya sudut 15-30° dan jarak 5-15 mm dari benda kerja, mempengaruhi transfer panas dan kualitas las.
• Suhu pemanasan awal dan pemanasan pasca: Dikendalikan untuk meminimalkan tegangan termal dan meningkatkan sifat metalurgi.
• Laju umpan logam pengisi: Disesuaikan untuk mempertahankan ukuran dan komposisi kolam cair yang tepat.

Rentang parameter optimal tergantung pada ketebalan bahan, desain sambungan, dan kondisi lingkungan. Kontrol dan pemantauan yang tepat sangat penting untuk menghasilkan las yang bebas dari cacat dengan sifat mekanik yang konsisten.