Pengelasan Metal yang Berbeda Jenis

Pengelasan Metal yang Berbeda-beda

Pengelasan besi tuang

Sering kali pengelasan besi tuang untuk perbaikan dan pemeliharaan tidak berhasil/ gagal, walaupun diupayakan dengan segala cara, sehingga pelaksanaannya memakan waktu yang cukup lama dan sangat melelahkan.

Untuk menghindari kegagalan ini, sebaiknya kita pelajari dulu aspek teoritis dari pengelasan besi tuang secara lebih mendalam.

Besi tuang dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yakni :

1. Besi tuang kelabu (grey cast iron)
2. Besi tuang nodular
3. Besi tuang malleable
4. Besi grafit terpadatkan (compacted graphite cast iron)
5. Besi tuang putih (white cast iron)
6. Besi tuang ductile

Kandungan karbon yang cukup tinggi di dalam besi tuang sangat mempengaruhi daya mampu lasnya. Daya mampu las ini sangat bervariasi, mulai dari yang mudah dilas hingga yang tidak dapat dilas sama sekali.

Jenis besi tuang yang tidak dapat dilas adalah besi tuang putih (white cast iron) berhubung sifatnya yang sangat getas.

1.      Besi tuang abu-abu (grey cast iron)

Jenis besi tuang ini yang paling umum digunakan (sekitar 70% dari seluruh pemakaian berbagai jenis). Struktur mikronya mengandung keeping-keping grafit (graphite flakes) yang tersebar dalam matriks ferrite, pearlite, atau keduanya.

Grafit tidak memiliki kekuatan mekanis sama sekali, karenanya sering terjadi pecah pada bagian yang banyak mengandung grafit, dan karena grafit berwarna abu-abu, maka pecahan bagian tersebut juga akan berwarna abu-abu.

Biasanya besi tuang abu-abu mengandung karbon hingga 4.5% dan silicon hingga 3%. Beberapa diantara jenis besi tuang ini bahkan banyak mengandung belerang dan fosfor sehingga menyulitkan pengelasannya. Namun akhir-akhir ini dengan teknologi mutakhir, kasus seperti tersebut di atas tidak terjadi lagi dan pengelasannya jarang menemui masalah.

2.      Besi tuang putih (White cast iron)

Karena sifatnya sangat keras dan tahan abrasi, besi tuang ini digunakan untuk komponen-komponen yang diperuntukkan menderita abrasi. Komposisinya sama dengan besi tuang abu-abu hanya dengan kandungan silicon yang lebih rendah. Kadang-kadang besi tuang ini diberi stabilisator karbid seperti unsur chromium (Cr), Molybdenum (Mo), dan Vanadium (V).

Struktur mikronya mengandung karbid yang tersebar dalam matriks martensitik atau pearlitik. Karena sifat karbid keras dan getas maka di bagian yang pecah akan berwarna putih.

Jenis besi tuang ini praktis tidak dapat di las, walaupun kadang-kadang pengelasan permukaan untuk pengerasan (hard facing overlay) berhasil cukup baik dengan menggunakan elektroda OK Autorod 12.51.

3.      Besi tuang Daktil (Lunak)

Besi tuang daktil memiliki komposisi yang sama dengan besi tuang abu-abu, namun lebih murni. Penambahan sedikit kandungan magnesium menyebabkan terkumpulnya grafit dalam bentuk bola dan tersebar secara merata (uniform) ke seluruh struktur bahan. Dalam kondisi dianil, besi beton jenis ini dapat memiliki sifat mekanis mirip baja lunak (mild steel). Karenanya pengelasannya jarang mengalami kesulitan. Namun demikian perlakuan panas yang cukup tinggi dalam pengelasan bersama-sama dengan pencairan (dilusi) bahan besi tuang mengharuskan penggunaan elektroda khusus dan prosedur pengelasan yang ketat.

4.      Besi tuang CG (Compacted Graphite)

Besi tuang CG bersifat antara besi tuang daktil dan besi tuang abu-abu. Besi tuang ini dihasilkan dengan menambahkan secara terkendali unsur magnesium, titanium, dan cerium, untuk menghasilkan komposisi mirip besi tuang abu-abu. Cara pengelasannya sama dengan pengelasan pada besi tuang abu-abu.

5.      Besi tuang Malleable (besi dapat ditempa)

Besi tuang malleable dibuat dengan cara memberi perlakuan panas pada besi tuang putih untuk menjadikan lebih daktil dari besi tuang abu-abu. Besi tuang jenis ini memiliki kandungan karbon dan silicon lebih rendah dari besi tuang abu-abu untuk mengamankan pembekuan besi putih (white iron). Struktur mikronya mengandung grafit yang tidak tertentu bentuknya dan tersebar dalam matrix ferrite, pearlite, atau martensit yang terlunakkan (tempered). Sifat mekanisnya sama dengan besi tuang daktil > pengelasan besi tuang jenis ini akan menghasilkan selapis tipis daerah yang terisi besi tuang putih pada bahan las dan daerah terimbas panas (H.A.Z) dekat bahan las. Namun demikian komponen yang dihasilkan dengan pengelasan biasanya memiliki daya pengelasan (Weldability) yang sangat baik melalui perlakuan panas dekarburasi (decarburizing heat treatment).

6.      Besi tuang paduan (Alloyed Cast Iron)

Untuk meningkatkan sifat fisiknya seperti misalnya ketahanan terhadap panas, karat dan abrasi, dan kekuatan mekanisnya, ditambahkan bahan paduan ke dalam besi tuang paduan, sebagai contoh “Ni resist” yang tahan karat, “nicrosilal” yang tahan panas, dan “mechanite” yang berkekuatan tarik tinggi. Jenis besi tuang ini memiliki daya las sama seperti besi daktil.

Salah satu jenis yang khusus dari besi tuang ini adalah yang disebut “Ni hard”. Besi ini memiliki sifat mirip besi tuang putih, karenanya tidak dapat dilas.

Hal-hal yang mempengaruhi pengelasan

Besi tuang putih dan “Ni hard” karena sifatnya yang sangat getas selalu retak ketika dilas. Masalah juga dihadapi pada pengelasan besi tuang malleable jenis “white heart” berupa porosity akibat gas yang terkandung dalam besi tuang jenis ini.

Pengelasan besi tuang akan berhasil baik apabila factor-faktor di bawah ini dapat diminimalkan. Faktor-faktor tersebut adalah :

1. Tegangan pendinginan (cooling stresses)

Bahan las cenderung mengerut sewaktu mendingin. Proses pengkerutan ini biasanya lebih besar disbanding pengkerutan pada bahan induk besi tuang.

Karena sifat besi tuang yang getas, tegangan pengkerutan yang terjadi pada bahan las harus ditanggulangi untuk menghindari keretakan.

Penganggulangan tegangan pengkerutan dilaksanakan dengan menggunakan parameter las yang benar, misalnya dengan :

a.       Pengelasan dengan stringer pendek (kurang dari 30mm).

b.      Ampere rendah

c.       Urutan pengelasan yang benar

Makin sedikit daerah yang mendingin, makin kecil tegangan pendinginnya. Pengelasan dengan teknik mengayun memperluas daerah yang terpanaskan sehingga makin luas daerah yang membeku kembali, sehingga akan menambah tegangan pendinginan.

Pengelasan dengan lajur berganda (multi layer) akan memanaskan kembali lajur yang telah mendingin sehingga karenanya membuang sebagian tegangan yang terbentuk pada pengelasan terdahulu.

Akan halnya pengelasan pelat tipis, untuk mengurangi masukan panas, pengelasan dilaksanakan secara vertical turun dengan menggunakan elektroda OK 92.60.

           

d.   Cara selanjutnya untuk menurunkan tegangan sisa dalam bahan las atau tegangan pendinginan dapat digunakan bahan las yang lunak (dakktil) dengan tegangan yield rendah.

e.    Tegangan yield suatu bahan biasanya menurun dengan meningkatkan suhu. Karenanya apabila tegangan pendinginan yang berasal dari pengelasan dapat diakomodasikan sepenuhnya dalam bahan las pada suhu yang lebih tinggi dari suhu kamar, maka tegangan sisa akan lebih kecil. Itulah sebabnya pemanasan awal akan menurunkan pengaruh tegangan pendinginan.

f.        Peening, akan menimbulkan tegangan kompresi dalam bahan las sewaktu pengelasan dan bukan tegangan tarik, sehingga merupakan cara terefektif untuk menghilangkan kemungkinan retak dalam pengelasan besi tuang.

2. Bentuk yang tidak beraturan

Pengecoran besi tuang biasanya di desain untuk kekakuan (rigity). Benda tuangan ini jarang berbentuk uniform dan pada umumnya berbentuk tidak beraturan dan rumit dengan bagian-bagian yang bentuknya mendadak berubah dan berbeda satu dengan yang lainnya sehingga tidak siap untuk menanggung pengkerutan. Ditambah dengan sifatnya yang getas, maka pengkerutan ini dapat menyebabkan keretakan.

Karena sifatnya lunak, besi tuang SG tidak peka terhadap retak pengkerutan. Untuk menghindari keretakan pada bagian ini yang disebabkan oleh tegangan pengkerutan (contractional stress) akibat pengelasan, sebaiknya dilaksanakan pemuaian terlebih dahulu bagian yang akan dilas dengan pemanasan awal, sehingga dapat mengimbangi tegangan pengkerutan yang akan terjadi.

Pemanasan awal ini disebut pemanasan awal tidak langsung. Jika prosedur ini digunakan, sebaiknya laksanakan pemanasan dengan suhu rendah pada permukaan yang luas, daripada pemanasan awal dengan suhu yang lebih tinggi pada permukaan yang sempit/ kecil.

Namun demikian pemanasan awal dengan suhu yang lebih tinggi masih diperlukan juga pada bagian yang akan dilas apabila diperlukan sambungan las yang kemudian masih dapat dibentuk dengan mesin (lunak).

Pemanasan awal harus dilaksanakan secara perlahan agar suhu dapat merata ke seluruh benda kerja. Suhu pemanasan awal biasanya sekitar 600 derajat Celcius. Makin rumit bentuk tuangan, makin diperlukan pemanasan awal yang merata sebelum pengelasan.

3. Pengerasan di daerah HAZ

Daerah terimbas panas (H.A.Z) dekat bahan las yang akan mengeras sewaktu pengelasan karena kandungan karbonnya yang tinggi.

Kekerasan dari bagian yang tidak cair dari daerah terimbas panas tergantung pada kecepatan penginginan dan luasan yang terkena masukan panas.

Bagian HAZ yang dekat dengan garis fusi sebagian terdiri dari logam yang mencair. Struktur mikro zona ini sangat rumit yang merupakan campuran antara martensit, autenit, primary carbide, dan lederburite yang mengelilingi nodules graphite yang larut sebagian atau keeping-keping grafit (flake). Bagian ini merupakan bagian yang terkeras dari sambungan las.

Luas dan tingkat kekerasan dari zona ini tergantung pada penggunaan suhu tertinggi, masukan panas, dan laju pendinginan selama pengelasan.

Berhubung suhu tertinggi hampir sama dalam setiap pengelasan SMAW apapun bahan lasnya, maka sifat sambungan las tersebut tergantung pada masukan panas dan laju pendinginan.

Untuk menurunkan kekerasan pada daerah HAZ diperlukan pemanasan awal hingga 500 derajat Celcius. Untuk mengurangi kekerasan pada garis fusi (partly remelted zone), saat pencapaian suhu tertinggi, sewaktu pengelasan, dipersingkat dengan menggunakan ampere rendah.

4. Penyerapan unsur carbon (C pick up) dari bahan induk

Dilusi dengan bahan induk akan menyebabkan penyerapan unsur karbon dalam bahan las dari bahan induk, dan juga akan menyebabkan peningkatan kandungan sulfur dan fosfor dalam bahan las apabila unsur tersebut terdapat dalam besi tuang.

Adapun cara memperkecil penyerapan karbon tersebut adalah sebagai berikut :

a.       Menggunakan kombinasi pemanasan awal dengan pendinginan lambat. Hal ini lebih penting apabila digunakan elektroda berbasis Ferrum.

b.      Menggunakan bahan las yang penyerapan karbonnya tidak berpengaruh buruk, misalnya dengan menggunakan bahan las berbasis nikel.

5. Penyerapan minyak (Impregnation) oleh besi tuang

Minyak dapat terserap oleh grafit dan lubang-lubang mikro dalam besi tuang sehingga meresap jauh ke dalam bahan tersebut. Sewaktu pengelasan, minyak ini menguap dan menyebabkan porosity dalam bahan las.

Apabila minyak telah meresap jauh ke dalam tuangan, tidak mungkin dibersihkan dengan menggunakan degreasing agent karena hanya akan membersihkan bagian luar saja. Untuk membersihkan minyak secara tuntas, benda tuangan diberi perlakuan panas pada suhu 500 derajat Celcius selama 4 hingga 8 jam.

Namun dalam banyak hal, perlakuan panas selama ini tidak praktis. Gouging dengan menggunakan elektroda OK 21.03 dianggap sudah cukup memadai untuk menghilangkan resapan minyak di sekitar kampuh las.

Andaikata masih terdapat porosity, maka untuk menghasilkan sambungan las yang bersih, harus dilaksanakan gouging dan pengelasan ulang jika perlu hingga lebih dari sekali sampai porosity benar-benar hilang.