Selain faktor proses, faktor proses pengelasan lainnya, seperti ukuran alur dan ukuran celah, sudut kemiringan elektroda dan benda kerja, serta posisi spasial sambungan, juga dapat memengaruhi pembentukan las dan ukuran las.
Pengaruh Arus Pengelasan terhadap Pembentukan Lasan
Dalam kondisi tertentu, seiring peningkatan arus pengelasan busur, kedalaman penetrasi dan penguatan sambungan las meningkat, dan lebar las sedikit bertambah. Alasannya adalah sebagai berikut:
1) Seiring peningkatan arus pengelasan busur, gaya busur yang bekerja pada benda las meningkat, masukan panas busur ke benda las meningkat, dan posisi sumber panas bergerak ke bawah, yang kondusif untuk konduksi panas ke arah kedalaman kolam lelehan dan meningkatkan kedalaman penetrasi. Kedalaman penetrasi kira-kira sebanding dengan arus pengelasan. Kedalaman penetrasi las H kira-kira sama dengan Km × I. Dalam rumus tersebut, Km adalah koefisien penetrasi (jumlah milimeter peningkatan kedalaman penetrasi las ketika arus pengelasan ditingkatkan sebesar 100 A), yang terkait dengan metode pengelasan busur, diameter kawat, jenis arus, dll. seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1-1.
| metode pengelasan busur | diameter elektroda/mm | arus pengelasan/A | tegangan/V | kecepatan pengelasan/mh-1 | koefisien penetrasi/m m-100A-1 |
pengelasan busur argon tungsten | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
| | Bukaan nosel 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1.2~2 |
| Bukaan nosel 3,4 | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
pengelasan busur terendam | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1.0~1.7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
pengelasan busur argon elektroda fusi | 1.2~2.4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Pengelasan CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabel 1-1 Koefisien kedalaman leleh Km untuk berbagai metode dan parameter pengelasan busur (baja las)
2) Kecepatan peleburan inti las atau kawat las dalam pengelasan busur berbanding lurus dengan arus pengelasan. Karena peningkatan arus pengelasan dalam pengelasan busur menyebabkan peningkatan kecepatan peleburan kawat las, jumlah kawat las yang meleleh meningkat secara proporsional, sementara lebar las meningkat lebih sedikit, sehingga penguatan las meningkat.
3) Setelah arus pengelasan meningkat, diameter kolom busur meningkat. Namun, kedalaman penetrasi busur ke dalam benda kerja meningkat, dan jangkauan pergerakan titik busur terbatas. Oleh karena itu, peningkatan lebar las relatif kecil.
Dalam pengelasan MIG (Metal Inert Gas Welding) dengan pelindung gas, ketika arus pengelasan meningkat, kedalaman penetrasi las juga meningkat. Jika arus pengelasan terlalu besar dan kepadatan arus terlalu tinggi, penetrasi berbentuk jari cenderung terjadi, terutama saat mengelas aluminium.
Pengaruh tegangan busur terhadap pembentukan las
Dalam kondisi tertentu, ketika tegangan busur ditingkatkan, daya busur meningkat, dan masukan panas ke benda las juga meningkat. Namun, peningkatan tegangan busur dicapai dengan meningkatkan panjang busur. Peningkatan panjang busur menyebabkan peningkatan radius sumber panas busur dan peningkatan disipasi panas busur. Akibatnya, kepadatan energi yang dimasukkan ke benda las menurun, sehingga kedalaman penetrasi sedikit berkurang sementara lebar manik las meningkat. Pada saat yang sama, karena arus pengelasan tetap tidak berubah dan jumlah lelehan kawat las tidak berubah, penguatan manik las menurun.
Untuk berbagai metode pengelasan busur, untuk mendapatkan pembentukan las yang tepat, yaitu, untuk mempertahankan koefisien pembentukan las φ yang sesuai. Saat meningkatkan arus pengelasan, tegangan busur harus ditingkatkan secara tepat. Diperlukan agar tegangan busur dan arus pengelasan memiliki hubungan yang sesuai. Hal ini paling umum terjadi pada pengelasan busur elektroda habis pakai.
Pengaruh kecepatan pengelasan terhadap pembentukan las
Dalam kondisi tertentu, peningkatan kecepatan pengelasan akan menyebabkan penurunan masukan panas pengelasan, sehingga mengurangi lebar dan penetrasi lapisan las. Karena jumlah logam kawat yang diendapkan per satuan panjang las berbanding terbalik dengan kecepatan pengelasan, hal ini juga menyebabkan penurunan penguatan lapisan las.
Kecepatan pengelasan merupakan indikator penting untuk mengevaluasi produktivitas pengelasan. Untuk meningkatkan produktivitas pengelasan, kecepatan pengelasan harus ditingkatkan. Namun, untuk memastikan ukuran las yang dibutuhkan dalam desain struktural, saat meningkatkan kecepatan pengelasan, arus pengelasan dan tegangan busur harus ditingkatkan sesuai kebutuhan. Ketiga besaran ini saling terkait. Pada saat yang sama, perlu juga dipertimbangkan bahwa ketika meningkatkan arus pengelasan, tegangan busur, dan kecepatan pengelasan (yaitu, menggunakan busur pengelasan daya tinggi dan kecepatan pengelasan tinggi), cacat pengelasan seperti undercut dan retakan dapat terjadi selama pembentukan kolam lelehan dan proses pembekuan kolam lelehan. Oleh karena itu, peningkatan kecepatan pengelasan dibatasi.
Pengaruh jenis dan polaritas arus pengelasan serta ukuran elektroda terhadap pembentukan lasan.
1. Jenis dan polaritas arus pengelasan
Jenis arus pengelasan dibagi menjadi arus searah dan arus bolak-balik. Di antaranya, pengelasan busur arus searah selanjutnya dibagi menjadi arus searah konstan dan arus searah pulsa berdasarkan ada atau tidaknya pulsa pada arus; dibagi lagi menjadi arus searah koneksi positif (benda las dihubungkan ke positif) dan arus searah koneksi terbalik (benda las dihubungkan ke negatif) berdasarkan polaritasnya. Pengelasan busur arus bolak-balik selanjutnya dibagi menjadi arus bolak-balik gelombang sinus dan arus bolak-balik gelombang persegi berdasarkan bentuk gelombang arus yang berbeda. Jenis dan polaritas arus pengelasan dapat memengaruhi jumlah panas yang masuk dari busur ke benda las, sehingga dapat memengaruhi pembentukan las. Pada saat yang sama, hal itu juga dapat memengaruhi proses transfer tetesan dan penghilangan lapisan oksida pada permukaan logam dasar.
Saat pengelasan busur inert gas tungsten (TIG) digunakan untuk mengelas material logam seperti baja dan titanium, penetrasi las paling dalam terjadi ketika arus searah dihubungkan searah positif, penetrasi paling dangkal terjadi ketika arus searah dihubungkan berlawanan arah, dan arus bolak-balik berada di antara keduanya. Karena penetrasi las paling dalam terjadi ketika arus searah dihubungkan searah positif dan elektroda tungsten memiliki kehilangan pembakaran paling sedikit, koneksi positif arus searah harus digunakan saat pengelasan busur inert gas tungsten digunakan untuk mengelas material logam seperti baja dan titanium. Saat pengelasan arus searah pulsa digunakan dalam pengelasan busur inert gas tungsten, karena parameter pulsa dapat disesuaikan, ukuran pembentukan las dapat dikontrol sesuai kebutuhan. Saat pengelasan busur inert gas tungsten digunakan untuk mengelas aluminium, magnesium, dan paduannya, perlu menggunakan efek pembersihan katoda dari busur untuk membersihkan lapisan oksida pada permukaan logam dasar. Arus bolak-balik lebih baik. Karena parameter bentuk gelombang arus bolak-balik gelombang persegi dapat disesuaikan, efek pengelasannya lebih baik.
Dalam pengelasan busur logam gas, ketika arus searah dihubungkan secara terbalik, penetrasi las dan lebar las keduanya lebih besar daripada dalam kasus koneksi positif arus searah. Penetrasi dan lebar pengelasan arus bolak-balik berada di antara keduanya. Oleh karena itu, dalam pengelasan busur terendam, koneksi terbalik arus searah umumnya digunakan untuk mendapatkan penetrasi yang lebih besar; sedangkan dalam pengelasan permukaan busur terendam, koneksi positif arus searah digunakan untuk mengurangi penetrasi. Dalam pengelasan busur logam gas dengan gas pelindung, karena koneksi terbalik arus searah tidak hanya memiliki kedalaman penetrasi yang besar, tetapi juga busur las dan proses transfer tetesan lebih stabil daripada dalam koneksi positif arus searah dan arus bolak-balik, dan memiliki efek pembersihan katoda, maka banyak digunakan. Koneksi positif arus searah dan arus bolak-balik umumnya tidak digunakan.
2. Pengaruh bentuk ujung elektroda tungsten, diameter kawat las & panjang ekstensi
Sudut dan bentuk ujung depan elektroda las sangat berpengaruh terhadap konsentrasi busur dan tekanan busur. Pemilihan sudut dan bentuk tersebut harus disesuaikan dengan arus pengelasan dan ketebalan benda kerja. Secara umum, semakin terkonsentrasi busur dan semakin besar tekanan busur, semakin besar kedalaman penetrasi yang terbentuk, sementara lebar las akan berkurang.
Dalam pengelasan busur logam gas, ketika arus pengelasan konstan, semakin tipis kawat las, semakin terkonsentrasi pemanasan busur, kedalaman penetrasi meningkat, dan lebar las berkurang. Namun, ketika memilih diameter kawat las dalam proyek pengelasan aktual, besarnya arus dan morfologi kolam las juga harus dipertimbangkan untuk menghindari pembentukan las yang buruk.
Ketika panjang ekstensi kawat pada pengelasan busur logam gas meningkat, panas resistansi yang dihasilkan oleh arus pengelasan yang melewati bagian kawat yang diperpanjang juga meningkat, yang menyebabkan kecepatan peleburan kawat meningkat. Oleh karena itu, penguatan las meningkat, sementara kedalaman penetrasi sedikit menurun. Karena resistivitas kawat las baja yang relatif besar, pengaruh panjang ekstensi kawat terhadap pembentukan las relatif jelas pada pengelasan dengan baja dan kawat halus. Resistivitas kawat las aluminium relatif kecil, sehingga pengaruhnya tidak signifikan. Meskipun peningkatan panjang ekstensi kawat dapat meningkatkan koefisien peleburan kawat, dengan mempertimbangkan secara komprehensif aspek stabilitas peleburan kawat dan pembentukan las, terdapat rentang variasi yang dapat diterima untuk panjang ekstensi kawat.
Pengaruh faktor proses lainnya terhadap faktor pembentukan las
Selain faktor-faktor proses di atas, faktor-faktor proses pengelasan lainnya, seperti ukuran alur dan ukuran celah, sudut kemiringan elektroda dan benda kerja, serta posisi spasial sambungan, juga dapat memengaruhi pembentukan las dan ukuran las.
1. Alur dan celah
Saat mengelas sambungan tumpul dengan pengelasan busur listrik, biasanya ditentukan apakah akan menyisakan celah, ukuran celah, dan bentuk alur yang dibuat sesuai dengan ketebalan pelat las. Dalam kondisi tertentu, semakin besar ukuran alur atau celah, semakin kecil penguatan lasan yang dilas, yang setara dengan penurunan posisi lasan. Pada saat ini, rasio fusi menurun. Oleh karena itu, menyisakan celah atau membuat alur dapat digunakan untuk mengontrol ukuran penguatan dan menyesuaikan rasio fusi. Dibandingkan dengan menyisakan celah dan tidak menyisakan celah serta membuat alur, kondisi pembuangan panas keduanya agak berbeda. Secara umum, kondisi kristalisasi dengan membuat alur lebih menguntungkan.
2. Kemiringan elektroda (kawat las)
Selama pengelasan busur, berdasarkan hubungan antara arah kemiringan elektroda dan arah pengelasan, terdapat dua jenis kemiringan: kemiringan elektroda ke depan dan kemiringan elektroda ke belakang. Ketika kawat las miring, sumbu busur juga miring sesuai dengan kemiringan tersebut. Ketika kawat las miring ke depan, pengaruh gaya busur pada pelepasan logam cair ke belakang melemah. Lapisan logam cair di bagian bawah kolam lelehan menjadi lebih tebal, kedalaman penetrasi berkurang, kedalaman penetrasi busur ke dalam benda las berkurang, jangkauan pergerakan titik busur meluas, lebar las meningkat, dan penguatan berkurang. Semakin kecil sudut kemiringan ke depan α dari kawat las, semakin jelas pengaruh ini. Ketika kawat las miring ke belakang, situasinya berlawanan. Dalam pengelasan busur logam terlindung, metode kemiringan elektroda ke belakang paling banyak diadopsi, dan sudut kemiringan α antara 65° dan 80° relatif tepat.
3. Kemiringan bagian pengelasan
Kemiringan sambungan las sering ditemui dalam produksi aktual dan dapat dibagi menjadi pengelasan menanjak dan pengelasan menurun. Pada saat ini, di bawah pengaruh gravitasi, logam cair cenderung mengalir ke bawah sepanjang kemiringan. Pada pengelasan menanjak, gravitasi membantu mengalirkan logam cair ke bagian belakang kolam lebur, sehingga penetrasi dalam, lebar las sempit, dan penguatan tinggi. Ketika sudut kemiringan α adalah 6° hingga 12°, penguatan terlalu besar, dan mudah terjadi undercut di kedua sisi. Pada pengelasan menurun, efek ini mencegah logam cair mengalir ke bagian belakang kolam lebur. Busur tidak dapat memanaskan logam secara mendalam di bagian bawah kolam lebur, penetrasi berkurang, jangkauan pergerakan titik busur meluas, lebar las meningkat, dan penguatan berkurang. Jika sudut kemiringan sambungan las terlalu besar, akan menyebabkan penetrasi yang tidak cukup dan luapan logam cair dari kolam lebur.
4. Bahan dan ketebalan pengelasan
Kedalaman penetrasi las berkaitan dengan arus pengelasan dan juga konduktivitas termal serta kapasitas panas volumetrik material. Semakin baik konduktivitas termal material dan semakin besar kapasitas panas volumetriknya, semakin banyak panas yang dibutuhkan untuk melelehkan satuan volume logam dan menaikkan suhu dengan jumlah yang sama. Oleh karena itu, dalam kondisi tertentu lainnya seperti arus pengelasan, kedalaman penetrasi dan lebar las akan berkurang. Semakin besar densitas atau viskositas cairan material, semakin sulit bagi busur untuk menggeser logam cair yang meleleh, dan semakin dangkal penetrasi las. Ketebalan bagian yang dilas memengaruhi konduksi panas di dalam bagian yang dilas. Ketika kondisi lainnya sama, seiring bertambahnya ketebalan bagian yang dilas, disipasi panas meningkat, dan baik lebar las maupun kedalaman penetrasi berkurang.
5. Fluks, lapisan elektroda, dan gas pelindung
Komposisi fluks atau lapisan elektroda yang berbeda menyebabkan penurunan tegangan yang berbeda di daerah elektroda busur dan gradien potensial kolom busur yang berbeda, yang pasti akan memengaruhi pembentukan las. Ketika fluks memiliki kepadatan rendah, ukuran partikel besar, atau tinggi tumpukan kecil, tekanan di sekitar busur rendah, kolom busur mengembang, dan titik busur memiliki jangkauan pergerakan yang besar. Oleh karena itu, penetrasi kecil, lebar las besar, dan penguatan kecil. Ketika pengelasan busur daya tinggi digunakan untuk mengelas benda kerja tebal, penggunaan fluks seperti batu apung dapat mengurangi tekanan busur, mengurangi penetrasi, dan meningkatkan lebar las. Selain itu, terak las harus memiliki viskositas dan suhu leleh yang sesuai. Jika viskositas terlalu tinggi atau suhu leleh relatif tinggi, terak akan memiliki ventilasi yang buruk, dan mudah membentuk banyak cekungan pada permukaan las, sehingga menghasilkan pembentukan permukaan las yang buruk.
Komposisi gas pelindung untuk pengelasan busur (seperti Ar, He, N2, CO2) berbeda, dan sifat fisiknya seperti konduktivitas termal juga berbeda. Hal ini menyebabkan penurunan tegangan di daerah kutub busur dan gradien potensial kolom busur, penampang konduktif kolom busur, gaya aliran plasma, dan distribusi fluks panas spesifik menjadi berbeda. Semua faktor ini memengaruhi pembentukan sambungan las.
Singkatnya, ada banyak faktor yang memengaruhi pembentukan las. Untuk mendapatkan pembentukan las yang baik, perlu memilih metode pengelasan dan kondisi pengelasan yang tepat sesuai dengan material dan ketebalan bagian yang dilas, posisi spasial las, bentuk sambungan, kondisi kerja, persyaratan kinerja sambungan, dan ukuran las. Pada saat yang sama, hal terpenting adalah sikap tukang las terhadap pengelasan! Jika tidak, pembentukan las dan kinerjanya mungkin tidak memenuhi persyaratan, dan bahkan berbagai cacat pengelasan dapat muncul.
