Pengelasan Busur Terk shield Gas Inert: Prinsip, Proses & Aplikasi Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan Busur Terk shield Gas Inert (IGSAW), yang umumnya dikenal sebagai Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW) atau Pengelasan Gas Inert Logam (MIG), adalah proses pengelasan yang menggunakan elektroda konsumsi yang terus menerus dan gas pelindung inert untuk menghasilkan sambungan las pada baja dan logam lainnya. Teknik ini ditandai dengan penggunaan busur listrik yang terbentuk antara elektroda kawat dan benda kerja, dengan busur yang dilindungi dari kontaminasi atmosfer oleh gas inert seperti argon atau helium.

Secara fundamental, IGSAW beroperasi berdasarkan prinsip konversi energi listrik menjadi panas, yang melelehkan elektroda dan logam dasar untuk membentuk ikatan metalurgi. Gas pelindung inert mencegah oksidasi dan kontaminasi kolam las cair, memastikan las berkualitas tinggi dengan cacat minimal. Proses ini diklasifikasikan dalam metode pengelasan busur, khususnya sebagai proses pengelasan busur terlindung gas, yang dibedakan dari metode lain dengan penggunaan gas inert daripada gas pelindung aktif atau campuran.

Dalam klasifikasi yang lebih luas dari metode penyambungan baja, IGSAW dianggap sebagai proses pengelasan busur semi-otomatis atau sepenuhnya otomatis yang cocok untuk produktivitas tinggi dan kualitas yang konsisten. Ini banyak digunakan dalam manufaktur, konstruksi, dan aplikasi perbaikan di mana kualitas las yang tinggi, kecepatan, dan otomatisasi diinginkan.

Dasar-Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Mekanisme fisik inti dari IGSAW melibatkan pembentukan busur listrik antara elektroda kawat konsumsi yang diberi makan secara terus menerus dan benda kerja. Busur menghasilkan panas lokal yang intens, biasanya mencapai suhu sekitar 6.500°C, cukup untuk melelehkan baik elektroda maupun bahan dasar. Gas pelindung inert mengalir secara koaksial di sekitar elektroda dan busur, menciptakan lingkungan pelindung yang mencegah oksidasi dan kontaminasi logam cair.

Sumber energi adalah pasokan listrik, biasanya sumber arus searah (DC), yang menyediakan busur yang stabil. Proses ini melibatkan pemberian kawat konsumsi melalui pistol pengelasan, yang mempertahankan panjang busur dan mengarahkan aliran gas inert. Saat kawat meleleh, ia membentuk kolam las yang menyatu dengan logam dasar, menciptakan ikatan metalurgi saat mengeras.

Penyebaran panas dikendalikan dengan menyesuaikan parameter seperti arus, tegangan, kecepatan pemberian kawat, dan laju aliran gas pelindung. Proses ini memastikan input panas yang konsisten, mendorong pencairan dan pengendapan yang seragam, yang sangat penting untuk mencapai las berkualitas tinggi.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, pembentukan sambungan melibatkan pencairan kawat elektroda dan logam dasar untuk menghasilkan kolam las cair. Saat kolam las mendingin, pengendapan terjadi, membentuk ikatan metalurgi yang ditandai dengan zona peleburan dan zona yang terpengaruh panas (HAZ). Zona peleburan adalah tempat pencairan dan pengendapan logam terjadi, menghasilkan mikrostruktur yang bergantung pada komposisi paduan dan laju pendinginan.

Pola pengendapan biasanya mengikuti pertumbuhan terarah, dengan struktur dendritik atau seluler yang terbentuk berdasarkan gradien termal dan elemen paduan. Mekanisme pengikatan metalurgi bergantung pada difusi atom dan difusi fase padat selama pendinginan, yang mengarah pada persatuan metalurgi yang bebas dari rongga atau retakan jika parameter dikendalikan dengan baik.

Dari sudut pandang termodinamika, proses ini melibatkan penyeimbangan input dan pengeluaran panas untuk mengontrol laju pendinginan, yang mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik. Dari sudut pandang kinetika, laju pengendapan mempengaruhi ukuran butir dan distribusi fase, berdampak pada ketangguhan dan kekuatan las.

Varian Proses

Varian utama dari pengelasan busur terlindung gas inert meliputi:

• Mode Transfer Semprot: Ditandai dengan arus tinggi dan semprotan stabil tetesan logam cair dari elektroda ke kolam las, cocok untuk bagian tebal dan laju deposisi tinggi.
• Mode Transfer Globular: Terjadi pada arus lebih rendah, dengan tetesan cair yang lebih besar terlepas dan berpindah melintasi busur, sering menghasilkan lebih banyak percikan.
• Mode Transfer Jangka Pendek: Melibatkan sirkuit pendek cepat dan transfer logam, ideal untuk bahan tipis dan pengelasan posisi tetapi dengan peningkatan percikan dan potensi porositas.
• Pengelasan Busur Logam Gas Pulsed: Menggunakan arus terputus untuk mengontrol input panas dan transfer logam, meningkatkan kualitas las dan mengurangi percikan.

Evolusi teknologi telah beralih dari sistem manual, semi-otomatis ke sistem robotik yang sangat otomatis, memungkinkan kontrol yang tepat terhadap parameter proses, meningkatkan kualitas las, dan meningkatkan produktivitas.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Utama Peralatan

Peralatan utama meliputi:

• Unit Sumber Daya: Menyediakan daya DC atau AC yang terkontrol dengan pengaturan tegangan dan arus yang dapat disesuaikan. Unit modern memiliki kontrol digital untuk penyesuaian parameter yang tepat.
• Pemberi Kawat: Secara terus menerus memasok elektroda kawat konsumsi pada laju pemberian yang terkontrol, memastikan deposisi yang konsisten.
• Pistol Pengelasan: Menampung ujung kontak, nosel gas pelindung, dan mekanisme pemberian kawat. Dirancang untuk penanganan ergonomis dan penempatan yang tepat.
• Pasokan Gas Pelindung: Terdiri dari silinder gas inert (argon, helium, atau campuran) dengan pengatur aliran dan selang yang mengalirkan gas secara koaksial di sekitar kawat.
• Konsol Kontrol: Antarmuka untuk mengatur dan memantau parameter proses, termasuk arus, tegangan, kecepatan pemberian kawat, dan laju aliran gas. Sistem canggih menggabungkan otomatisasi dan kontrol robotik.

Kemampuan otomatisasi mencakup lengan pengelasan robotik, pengontrol logika terprogram (PLC), dan sensor pemantauan waktu nyata, memungkinkan pengulangan tinggi dan intervensi operator minimal.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

IGSAW biasanya menggunakan sumber daya tegangan konstan (CV), memastikan karakteristik busur yang stabil. Sumber daya memberikan output DC yang teratur, dengan opsi untuk mode transfer terputus atau semprot. Mekanisme kontrol mencakup antarmuka digital untuk menyesuaikan parameter secara dinamis selama pengelasan.

Sistem perlindungan mencakup pemutus sirkuit, relay kelebihan beban, dan sensor aliran gas untuk mencegah kerusakan peralatan dan memastikan keselamatan. Fitur keselamatan juga mencakup tombol berhenti darurat, perlindungan kilatan busur, dan pembumian yang tepat.

Parameter Proses Kritis

Parameter kunci yang dapat dikendalikan meliputi:

• Arus Pengelasan: Berkisar dari 100 hingga 500 A tergantung pada ketebalan material; mempengaruhi penetrasi dan input panas.
• Tegangan: Dipertahankan dalam batas yang ditentukan (misalnya, 15-35 V); mempengaruhi stabilitas busur dan profil bead.
• Kecepatan Pemberian Kawat: Disesuaikan untuk mencocokkan pengaturan arus dan tegangan; mempengaruhi laju deposisi dan kualitas las.
• Laju Aliran Gas Pelindung: Biasanya 10-20 liter per menit; memastikan perlindungan yang memadai tanpa turbulensi.
• Kecepatan Perjalanan: Laju di mana pistol pengelasan bergerak sepanjang sambungan; mempengaruhi input panas dan bentuk bead.
• Ekstensi Elektroda (Stick-out): Biasanya 10-20 mm; mempengaruhi stabilitas busur dan distribusi panas.

Optimasi parameter ini melibatkan penyeimbangan penetrasi, penampilan bead las, dan meminimalkan cacat seperti porositas atau percikan.

Konsumsi