Defenisi Sambungan Las
Pengelasan
adalah suatu proses penyambungan dua jenis metal atau lebih dengan menggunakan
panas atau tekanan atau kedua-duanya, dengan atau tanpa bahan penambah, untuk
menghasilkan suatu sambungan melalui fusi atau rekristalisasi antar permukaan.
Idealnya
mengelas suatu paduan dengan menggunakan bahan penambah yang tepat akan
memberikan beberapa keuntungan, yakni :
- Komposisi kimia yang uniform di seluruh sambungan las
- Gabungan yang tepat dari sifat-sifat fisik seperti warna, kepadatan (density) dan konduktivitas listrik serta thermal.
- Sifat mekanis yang merata di seluruh sambungan las dan baham induk setelah perlakuan paksa las.
Di dalam
kehidupan praktis, plat baja dengan satu jenis komposisi seperti A242, A441,
A588, API-5LX dapat dilas dengan elektroda dengan komposisi kimiawi yang
berbeda seperti E-7018 atau ER70S-3. demikian juga bahan non ferrous termasuk paduan aluminium 3004,
5005, 6061, 6070 dan A 357.0 biasa dilas dengan bahan penambah ER4043
menggunakan proses las gas metal arc
atau gas tungsten arc.
Apabila bahan
pengisi dan sifat distribusi panas tidak sesuai, sambungan las akan mengandung
komposit yang secara kimiawi bersifat heterogen dan terdiri dari paling banyak
6 daerah yang secara metalurgis berbeda mencolok, seperti :
1.
Zona komposit (Composite
Zone)
Campuran dari
bahan pengisi dengan bahan induk yang mencair berupa daerah fusi yang homogen
di zona komposit, sebagai contoh misalnya apabila besi tuang abu-abu dilas
dengan elektroda nikel, daerah komposit berasal dari kolam cair yang homogen
dari bahan filler nikel yang
terdilusi ke dalam cairan bahan induk besi tuang abu-abu. Demikian pula apabila
bahan elektroda E10018 digunakan untuk mengelas baja HY-80, komposisi kimiawi
dari zona komposit merupakan berat rata-rata dari elemennya, yakni karbon,
nikel, atau mangan baik dari bahan filler
maupun dari bahan induk. Bahkan bahan yang sama sekali berbeda seperti tembaga
dan nikel dapat dilas dengan menggunakan GTAW tanpa menggunakan bahan penambah
dan ternyata komposisi bahan di dalam zona kompositnya uniform. Proses pencampuran yang baik diperlancar oleh kontroversi
paksa di dalam kolam las yang terpadu dengan reduksi tambahan yang berasal dari
energi bebas sebagai hasil dari bertambah banyaknya entropi pencampuran.
2.
Zona tidak tercampur (unmix)
Daerah sempit
yang mengelilingi zona komposit disebut zona tidak tercampur yang terdiri dari
lampisan perbatasan (boundary layer)
dari cairan bahan induk yang membeku sebelum mengalami pencampuran di dalam
zona komposit cair. Lapisan ini berkomposisi sama dengan bahan induk dengan
ketebalan sekitar 0,05 hingga 0,10”, tergantung pada jenis proses las dan laju
pendinginan.
Walaupun zona
tidak tercampur selalu berada pada semua jenis las fusi, hanya akan tampak pada
jenis las yang menggunakan bahan induk sebagai bahan filler.
Sebagai contoh
pengelasan besi tuang abu-abu kelas 30 yang dilas dengan filler metal yang kaya dengan nikel menggunakan proses SMAW, zona
tidak tercampur tampak jelas, karena besi tuang abu-abu yang mencair membeku sebagai
struktur besi putih (dengan F3C eutektik ditambah γ), sedangkan zona
kompositnya mengandung sebgaian besar bahan filler
nikel, yang membeku sebagai austenite.
Lain halnya
dengan pengelasan nikel murni dengan bahan filler
nikel menggunakan proses las GTAW, zona tidak tercampur tidak tampak karena
komposisi cairan di zona komposit dan kondisi mendingin tidak berbeda dengan
cairan di zona tidak tercampur.
3.
Antar muka las
Daerah ketiga
dalam sambungan las adalah antar muka las (weld
interface). Permukaan ini dengan jelas menandai antara bahan induk yang
tidak tercairkan di satu sisi dan bahan las yang membeku di sisi lain. Pada
metal murni atau metal paduan yang sangat terpadu, jika dilas dengan
menggunakan bahan filler yang sangat
tepat, batas transisi dari bahan induk ke bahan las sulit untuk ditengarai
secara metalurgis, namun dapat ditandai setelah melalui proses etsa (etching). Pada umumnya ketika kandungan
bahan paduan dan cakupan solidifikasi antara liquidus dan solidus
suatu pengelasan bertambah, struktur solidifikasi akan tampak jelas setelah di
etsa.
4.
Zona yang mencair sebagian
Bagian bahan
induk yang berhimpitan dengan antar muka las, dimana terjadi beberapa pencairan
lokal, tampak zona pencairan sebagian (partially
melted zone). Di banyak bahan paduan yang mengandung kotoran yang bertitik
cair rendah atau segregasi bahan paduan di batas butir, akan terjadi proses liquasi (pemisahan cair) dari zat
mikroskopis yang bertitik lebur rendah di beberapa lokasi pada antar muka las
ke dalam zona pencairan sebagian. Kedalaman penetrasi proses liquasi ke dalam bahan induk tergantung
pada suhu solidus dari cairan,
contohnya adalah pengelasan baja HY-80, dimana liquasi bahan kotoran mangan sulfide dapat mengakibatkan retak
panas atau fissure mikro yang berkembang
dari zona tidak tercampur menyeberang antar muka las ke daerah pencairan
sebagian.
5.
Daerah terimbas panas (HAZ), dan
Zona terimbas
panas yang sebenarnya adalah sebagian dari sambungan las yang mengalami suhu
tertinggi yang mampu menghasilkan perubahan struktur mikro dalam keadaan padat
namun terlalu rendah untuk suatu pencairan, misalnya HAZ ini pada paduan lunak
(wrought) fase tunggal, tampak
sebagai bagian di luar HAZ yang mengandung kristal yang terus-menerus membesar
dan menjadi maksimum pada daerah antar muka las.
6.
Bahan induk yang tidak terimbas.
Akhirnya
bagian dari sambungan las yang tidak mengalami perubahan metalurgis disebut
bahan induk yang tidak terimbas. Walaupun secara metalurgis tidak berubah,
bahan induk yang tidak terimbas dan bagian sambungan las lainnya sangat mungkin
berada dalam pengaruh regangan sisa tranversal dan pengkerutan (shrinkage) longitudinal, tergantung pada kekangan (retrain) yang mengenai sambungan las tersebut.
Pembekuan (Solidifikasi) Las
Pertumbuhan epitaxial
Mekanisme
pembekuan yang mendasar yang direkayasa untuk metal tuangan telah diterapkan
dengan berhasil untuk solidifikasi pengelasan. Perbedaan yang masih ada antara
solidifikasi bahan tuangan dengan solidifikasi pengelasan adalah adanya
fenomena pertumbuhan epitaxial pada
jalur las. Pada metal tuangan pembentukan kristal padat dari cairan memerlukan
nukleasi heterogen dari partikel padat yang berada pada dinding cetakan (mold) yang kemudian diikuti dengan
pertumbuhan kristal. Sebaliknya proses nukleasi pada jalur las terhapus pada
awal terjadinya proses solidifikasi disebabkan oleh mekanisme pertumbuhan epitaxial dimana atom dalam kolam las
secara cepat terdeposisi pada lokasi lattice
yang paling awal terbentuk dekat bahan induk padat. Akibatnya struktur dan
orientasi crystallografis kristal HAZ
dalam antar muka las, berlanjut ke dalam daerah fusi las seperti yang terjadi
pada pengelasan nikel asli. Pada kenyataannya lokasi antar muka las yang tepat
sangat sulit untuk ditentukan pada deposit las metal murni yang menggunakan
bahan filler yang sangat sesuai.
Bahkan bentuk struktur mikro seperti annealing
twins yang berada dalam HAZ akan selalu tumbuh secara epitaxial ke dalam bahan las sewaktu pembekuan. Demikian juga
dengan bahan filler yang tidak sesuai
juga akan membeku secara epitaxial,
khususnya apabila bahan filler dan
bahan induk memiliki struktur kristal yang sama sewaktu pembekuan, misalnya
pengelasan monel (fcc) dengan nickel (fcc) sebagai bahan filler.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar