Pengelasan Manual: Teknik dan Aplikasi dalam Penyambungan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan manual adalah proses penyambungan logam yang mendasar di mana seorang operator terampil menerapkan panas dan bahan pengisi untuk menyatukan komponen baja tanpa menggunakan mesin otomatis. Proses ini bergantung pada keterampilan manusia untuk mengoperasikan alat pengelasan, memastikan kontrol yang tepat atas input panas, gerakan obor, dan penambahan bahan pengisi. Teknik ini ditandai dengan fleksibilitasnya, kemampuan beradaptasi dengan geometri yang kompleks, dan kesesuaiannya untuk aplikasi skala kecil atau perbaikan.

Secara fundamental, pengelasan manual beroperasi berdasarkan prinsip pencairan lokal dan pengikatan metalurgi. Proses ini melibatkan pemanasan logam dasar hingga titik lebur atau suhu mendekati lebur, memungkinkan pembentukan kolam cair. Ketika bahan pengisi diperkenalkan, ia meleleh dan bercampur dengan logam dasar, menciptakan sambungan yang mengeras saat mendingin. Dasar metalurgi bergantung pada pembentukan ikatan metalurgi melalui peleburan, menghasilkan sambungan yang idealnya menunjukkan sifat mekanik yang sebanding dengan bahan induk.

Dalam klasifikasi yang lebih luas dari metode penyambungan baja, pengelasan manual termasuk dalam teknik pengelasan peleburan. Ini berbeda dengan pengelasan resistensi, yang bergantung pada panas resistensi listrik, dan pengelasan keadaan padat, yang menyambungkan logam tanpa meleleh. Pengelasan manual mencakup berbagai metode spesifik seperti Pengelasan Busur Logam Terk shield (SMAW), Pengelasan Busur Tungsten Gas (GTAW atau TIG), Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW atau MIG), dan lainnya, masing-masing dibedakan oleh sumber panas, metode perlindungan, dan jenis elektroda mereka.

Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Inti dari pengelasan manual melibatkan penerapan sumber energi eksternal—busur listrik, nyala api, atau plasma—untuk menghasilkan panas yang cukup untuk melelehkan logam dasar dan bahan pengisi. Sumber energi yang paling umum dalam pengelasan manual baja adalah busur listrik, yang menghasilkan panas lokal yang intens melalui pelepasan listrik antara elektroda dan benda kerja.

Dalam pengelasan busur, sirkuit listrik dibentuk di mana elektroda bertindak sebagai sumber panas dan bahan pengisi (kecuali dalam pengelasan TIG, di mana batang pengisi terpisah digunakan). Ketika elektroda dibawa ke kontak atau dekat dengan benda kerja, busur listrik terbentuk, mempertahankan plasma suhu tinggi yang melelehkan permukaan logam. Operator mengontrol panjang busur, kecepatan perjalanan, dan sudut elektroda untuk mengatur input panas dan bentuk bead las.

Penyebaran panas selama pengelasan manual sangat bergantung pada teknik operator, jenis elektroda, pengaturan arus, dan lingkungan perlindungan. Proses ini menghasilkan kolam cair yang mengeras dengan cepat, membentuk ikatan metalurgi. Urutan ini melibatkan pencairan awal dari bahan dasar, deposisi logam pengisi, dan pendinginan serta penghardan berikutnya, yang menentukan mikrostruktur dan sifat mekanik sambungan.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, pembentukan sambungan dimulai dengan pencairan logam dasar dan bahan pengisi, menciptakan kolam cair dengan bentuk dan ukuran tertentu. Saat kolam las mendingin, penghardan terjadi, yang mengarah pada pembentukan zona peleburan di mana logam dasar dan pengisi terikat secara metalurgi.

Mikrostruktur zona peleburan tergantung pada laju pendinginan, komposisi paduan, dan parameter pengelasan. Pendinginan yang cepat dapat menghasilkan mikrostruktur butiran halus dengan kekuatan tinggi, sementara pendinginan yang lebih lambat dapat menghasilkan butiran yang lebih kasar dan potensi stres sisa. Zona yang terpengaruh panas (HAZ), yang berdekatan dengan zona peleburan, mengalami siklus termal yang mengubah mikrostrukturnya tanpa meleleh, sering kali menyebabkan pertumbuhan butiran atau transformasi fase.

Dari sudut pandang termodinamika, proses ini melibatkan perubahan fase yang diatur oleh diagram fase paduan, dengan pola penghardan yang dipengaruhi oleh komposisi dan gradien termal. Dari sudut pandang kinetika, laju penghilangan panas mempengaruhi ukuran butiran dan distribusi fase, berdampak pada sifat mekanik dan integritas las.

Varian Proses

Varian utama dari pengelasan manual termasuk Pengelasan Busur Logam Terk shield (SMAW), Pengelasan Busur Tungsten Gas (GTAW atau TIG), dan Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW atau MIG). SMAW menggunakan elektroda yang dapat digunakan habis yang dilapisi fluks, yang menyediakan gas perlindungan dan pembentukan terak. GTAW menggunakan elektroda tungsten yang tidak dapat digunakan habis dengan logam pengisi terpisah, menawarkan presisi tinggi dan las yang bersih. GMAW memanfaatkan umpan kawat kontinu dan gas perlindungan, memungkinkan produktivitas yang lebih tinggi.

Perkembangan teknologi telah mengalihkan pengelasan manual dari elektroda stik dasar ke proses yang dilindungi gas yang canggih. Kemajuan termasuk pengembangan elektroda rendah hidrogen untuk baja berkekuatan tinggi, pengenalan teknik arus pulsa untuk kontrol yang lebih baik, dan integrasi sistem kontrol jarak jauh untuk konsistensi yang lebih baik.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Peralatan Utama

Peralatan utama untuk pengelasan manual mencakup unit pasokan daya, obor pengelasan atau pemegang elektroda, penjepit grounding, dan aksesori tambahan seperti pengumpan kawat atau silinder gas. Pasokan daya menyediakan arus dan tegangan yang dapat disesuaikan, disesuaikan dengan metode pengelasan dan ketebalan material tertentu.

Obor pengelasan atau pemegang elektroda mengarahkan panas dan bahan pengisi ke sambungan. Untuk SMAW, ini adalah pegangan terisolasi sederhana dengan elektroda yang dapat digunakan habis; untuk GTAW, ini mencakup elektroda tungsten dan nosel gas; untuk GMAW, ini menggabungkan mekanisme umpan kawat. Sistem modern mungkin memiliki kontrol digital, program yang telah disetel sebelumnya, dan desain ergonomis untuk meningkatkan kenyamanan dan presisi operator.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

Sumber daya biasanya adalah transformator AC atau DC atau unit berbasis inverter, yang mampu memberikan arus stabil yang dapat disesuaikan sesuai untuk berbagai grade dan ketebalan baja. Mekanisme kontrol mencakup regulasi tegangan dan arus, modulasi pulsa, dan kontrol panjang busur, yang mempengaruhi bentuk bead, penetrasi, dan input panas.

Sistem pengiriman melibatkan kabel, selang, dan saluran gas perlindungan. Gas perlindungan seperti argon, karbon dioksida, atau campuran disuplai melalui regulator dan aliran meter untuk melindungi kolam las cair dari kontaminasi atmosfer. Fitur keselamatan mencakup perlindungan sirkuit, alarm kelebihan beban, dan sistem pemutus darurat.

Parameter Proses Kritis

Parameter yang dapat dikontrol yang kunci termasuk arus pengelasan, tegangan, kecepatan perjalanan, sudut elektroda, panjang busur, dan laju aliran gas perlindungan. Misalnya, meningkatkan arus meningkatkan penetrasi tetapi dapat menyebabkan input panas yang berlebihan, yang mengarah pada distorsi atau cacat. Sebaliknya, arus yang terlalu rendah menghasilkan fusi yang buruk.

Rentang yang dapat diterima tergantung pada ketebalan dan jenis material; untuk baja lunak, arus tipikal berkisar antara 80 hingga 250 ampere. Pemilihan parameter yang tepat memastikan kualitas las yang optimal, sifat mekanik, dan cacat minimal. Operator sering menggunakan parameter yang telah disetel sebelumnya berdasarkan standar atau pengalaman masa lalu, dengan penyesuaian dilakukan selama pengelasan untuk merespons kondisi waktu nyata.

Consumables dan Material Tambahan

Consumables termasuk elektroda (untuk SMAW), batang pengisi (untuk GTAW), dan kawat pengelasan (untuk GMAW). Elektroda diklasifikasikan berdasarkan jenis pelapisan, diameter, dan kapasitas arus, mengikuti standar seperti AWS A5.1 untuk elektroda baja karbon.

Kriteria pemilihan tergantung pada grade baja, sifat mekanik yang diinginkan, dan kondisi lingkungan. Penyimpanan yang tepat di lingkungan kering yang terkontrol suhu mencegah penyerapan kelembaban, yang dapat menyebabkan retak akibat hidrogen. Persiapan melibatkan pembersihan permukaan logam dasar untuk menghilangkan karat, minyak, atau cat, memastikan fusi yang baik dan integritas las.

Desain dan Persiapan Sambungan