Pengelasan Busur Terk shield: Prinsip, Teknik & Aplikasi dalam Penyambungan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pengelasan Busur Terk shield (SAW) adalah proses pengelasan busur yang mendasar yang digunakan secara luas di industri baja untuk menyambung logam ferrous, terutama bagian yang tebal. Proses ini melibatkan pembuatan busur listrik antara elektroda yang dapat digunakan habis dan benda kerja, dengan pelapisan fluks yang menghasilkan atmosfer gas pelindung dan terak untuk melindungi kolam las cair dari kontaminasi atmosfer. Proses ini menghasilkan las berkualitas tinggi dan kuat yang cocok untuk aplikasi struktural, bejana tekan, dan pipa.

Pada dasarnya, SAW beroperasi berdasarkan prinsip pemanasan busur, di mana energi listrik diubah menjadi energi termal untuk melelehkan bahan dasar dan bahan pengisi. Pelapisan fluks memainkan peran metalurgi yang kritis dengan mengontrol komposisi kimia logam las, mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik. Sebagai subset dari pengelasan busur, SAW diklasifikasikan di bawah metode pengelasan manual, semi-otomatis, atau otomatis, yang dibedakan oleh laju deposisi yang tinggi dan kemampuan penetrasi yang dalam.

Dalam klasifikasi yang lebih luas dari metode penyambungan baja, SAW diakui karena efisiensinya yang tinggi, penetrasi las yang dalam, dan kesesuaiannya untuk pengelasan bagian tebal. Ini sering dibandingkan dengan teknik pengelasan busur lainnya seperti Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW) atau Pengelasan Busur Tungsten Gas (GTAW), terutama karena sistem pelindung berbasis fluks yang unik dan produktivitas yang tinggi.

Dasar-Dasar Proses dan Mekanisme

Prinsip Kerja

Pada intinya, Pengelasan Busur Terk shield bergantung pada busur listrik yang dibentuk antara elektroda yang dapat digunakan habis dan benda kerja. Ketika arus listrik mengalir melalui elektroda, elektroda tersebut memanas dan meleleh, membentuk kolam las cair. Pelapisan fluks pada elektroda terurai saat dipanaskan, melepaskan gas dan membentuk terak yang membungkus logam cair, mencegah oksidasi dan kontaminasi.

Sumber energi biasanya adalah sumber daya arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), yang memberikan busur yang stabil dengan arus dan tegangan yang terkontrol. Panas yang dihasilkan oleh busur menyebabkan pelelehan lokal dari logam dasar dan elektroda, menciptakan bead las. Konstituen kimia fluks mempengaruhi stabilitas busur, pembentukan terak, dan kimia logam las, memastikan pengikatan metalurgi dan mikrostruktur yang diinginkan.

Selama pengelasan, distribusi panas terkonsentrasi di zona busur, dengan gradien termal yang meluas ke dalam bahan dasar. Proses ini melibatkan pemanasan cepat, pelelehan, dan pendinginan selanjutnya, yang mengarah pada transformasi metalurgi di zona las dan zona yang terpengaruh panas (HAZ). Parameter proses, seperti arus, tegangan, kecepatan perjalanan, dan laju umpan elektroda, dioptimalkan untuk mencapai kualitas las yang diinginkan dan sifat mekanik.

Dinamika Pembentukan Sambungan

Di tingkat mikrostruktur, pembentukan sambungan dimulai dengan pelelehan bahan dasar dan logam pengisi, membentuk kolam logam cair. Saat las mendingin, pembekuan terjadi, mengikuti prinsip termodinamika yang menentukan transformasi fase dan perkembangan mikrostruktur. Pola pembekuan dipengaruhi oleh gradien termal dan laju pendinginan, menghasilkan mikrostruktur las yang biasanya terdiri dari ferit, perlit, atau martensit, tergantung pada komposisi paduan dan kondisi pendinginan.

Pengikatan metalurgi terjadi melalui pembekuan logam las dan difusi di sepanjang antarmuka las. Terak yang terbentuk dari dekomposisi fluks berinteraksi dengan logam cair, mempromosikan homogenitas kimia dan mengurangi porositas. Stabilitas termodinamika fase dan faktor kinetik seperti laju pendinginan menentukan mikrostruktur akhir, yang secara langsung mempengaruhi sifat mekanik.

Proses ini melibatkan mekanisme transfer panas yang kompleks, termasuk konduksi, konveksi dalam kolam cair, dan radiasi. Pengendalian parameter proses yang tepat memastikan input panas yang seragam, meminimalkan cacat seperti porositas, retakan, atau fusi yang tidak lengkap. Termodinamika elemen paduan dan transformasi fase sangat penting untuk mencapai integritas las yang optimal.

Varian Proses

Varian utama dari Pengelasan Busur Terk shield meliputi:

• Pengelasan Busur Terk shield Manual (Manual SAW): Dilakukan oleh operator terampil menggunakan elektroda genggam, cocok untuk pekerjaan kecil atau perbaikan. Ini menawarkan fleksibilitas tetapi produktivitas yang lebih rendah.

• Pengelasan Busur Terk shield Semi-Otomatis: Memanfaatkan sistem umpan mekanis untuk kemajuan elektroda, meningkatkan konsistensi dan efisiensi. Umum di bengkel fabrikasi.

• Pengelasan Busur Terk shield Otomatis: Sistem sepenuhnya mekanis atau robotik yang mengotomatiskan umpan elektroda, pergerakan torch, dan kontrol proses, memungkinkan laju deposisi yang tinggi dan las yang presisi.

Perkembangan teknologi telah beralih dari sistem manual ke otomatis, didorong oleh permintaan untuk produktivitas yang lebih tinggi, konsistensi, dan keselamatan. Peralatan SAW modern menggabungkan sistem kontrol canggih, pengontrol logika terprogram (PLC), dan pemantauan waktu nyata untuk mengoptimalkan parameter proses dan memastikan kualitas.

Peralatan dan Parameter Proses

Komponen Utama Peralatan

Peralatan utama untuk Pengelasan Busur Terk shield meliputi:

• Unit Sumber Daya: Menyediakan arus dan tegangan yang diperlukan, mampu memberikan daya DC atau AC dengan pengaturan yang dapat disesuaikan. Unit modern memiliki kontrol digital untuk regulasi parameter yang tepat.

• Pemegang Elektroda dan Kabel: Mengalirkan arus listrik ke elektroda yang dapat digunakan habis, dirancang untuk kapasitas arus tinggi dan isolasi termal.

• Elektroda yang Dapat Digunakan Habis: Biasanya kawat padat atau kawat berinti fluks, dipilih berdasarkan kompatibilitas material dan sifat las yang diinginkan.

• Sistem Pengiriman Fluks: Dalam beberapa varian, fluks diaplikasikan sebelumnya atau disuplai secara terpisah; dalam SAW tradisional, pelapisan fluks pada elektroda sudah cukup.

• Kepala Pengelasan atau Sistem Mekanis: Untuk SAW semi-otomatis atau otomatis, mencakup mekanisme untuk umpan elektroda, pergerakan torch, dan pemposisian.

• Sistem Pendinginan dan Ventilasi: Mengelola dissipasi panas dan menghilangkan asap, memastikan keselamatan operator dan umur panjang peralatan.

Kemampuan otomatisasi mencakup urutan las yang dapat diprogram, umpan elektroda yang disinkronkan, dan sensor terintegrasi untuk umpan balik proses, meningkatkan keterulangan dan kualitas.

Sumber Daya dan Sistem Pengiriman

SAW biasanya menggunakan sumber daya DC atau AC berkapasitas tinggi yang mampu memberikan arus berkisar antara 200 hingga lebih dari 2000 ampere, tergantung pada ukuran las dan kebutuhan kecepatan. Sistem pengiriman daya mencakup kabel dan konektor berat yang dirancang untuk arus tinggi dan stabilitas termal.

Mekanisme kontrol mengatur arus, tegangan, dan panjang busur, sering kali terintegrasi dengan sistem otomatis untuk penyesuaian dinamis. Pengaturan tegangan dan arus dioptimalkan berdasarkan ketebalan material, konfigurasi sambungan, dan penetrasi las yang diinginkan.

Sistem perlindungan mencakup pemutus sirkuit, relay kelebihan beban, dan unit ekstraksi asap. Fitur keselamatan seperti pemadaman darurat, pembumian, dan peralatan pelindung pribadi (PPE) wajib ada untuk mengurangi bahaya listrik dan paparan asap.

Parameter Proses Kritis

Parameter kunci yang dapat dikendalikan yang mempengaruhi kualitas las meliputi:

• Arus Pengelasan: Biasanya antara 300-1500 A;