FILLER METAL dalam Proses Pengelasan

DESKRIPSI UMUM

Filler metal adalah bahan penambah yang digunakan dalam pengelasan. Metal tersebut digunakan manakala kampuh cukup lebar dan diperlukan efisiensi sambungan yang sekuat bahan dasar yang utuh ( = 1 ) .

Terdapat beberapa jenis pengelasan yang tidak memerlukan bahan penambah , misalnya seperti ERW , EBW , explosion welding dan pengelasan  pada pelat tipis menggunakan GTAW atau OFW/OAW.

Filler metal terdiri dari elektroda , batang las ( rod ) dan kawat las ( welding wire ). Penggunaannya sangat beragam sehingga diperlukan sistim identifikasi untuk dapat mengelompokkan dan memilah milah filler metal apa tepat untuk jenis bahan induk apa. Bahan penambah yang tidak cocok dengan bahan induk ( incompatible )  tidak  dapat  dipaksakan ,  sebab hasilnya akan gagal ( retak ).Kalau terpaksa harus disambungkan harus digunakan bahan antara                   ( intermediate ) yang sesuai untuk keduanya. Untuk hal tersebut diuraikan pada bab pengelas metal berbeda ( dissimilar welding ).

SISTIM IDENTIFIKASI AWS.

AWS mengidentifikasi filler metal dalam bentuk huruf huruf dan angka yang menunjukkan kekuatan mekanis metal filler , posisi pengelasan yang paling tepat untuk jenis filler tertentu , jenis arus , dan bahan pelindung ( coating ).

apun uraiannya sebagai berikut :                               

Sebagai contoh misalnya :  E 6010 , E 7010 –X.

Untuk bahan non ferrous digit digit setelah E atau ER menunjukkan komposisi kimiawi metal penambah tersebut misalnya E 310 Mo-15 , ER – Ni –1 , ER. Ti 0.2 Pd . dst.

Setap pemanufaktur bahan ini dengan jelas akan mencantumkan spesifikasi produknya pada label kemasan. Oleh karena itu jangan sampai label tersebut terobek atau tertutupi oleh bahan cat sehingga tidak atau sulit dibaca. Kesalahan penggunaan spesifikasi dapat berakibat fatal. Dibawah ini adalah rincian identifikasi tersebut :

Simbol untuk bahan ferrous dan paduannya.

Untuk bahan non ferrous AWS mendesain sistim identifikasi yang berbeda seperti dibawah ini  :

Sebagai contoh , dibawah ini dikemukakan beberapa jenis  elektroda  yang terbuat dari metal paduan non ferrous :

·       Elektroda titanium dan paduannya : ER – Ti –1 , ER – Ti – 4.

·       Elektroda zirconium dan paduannya : ER – Zr – 1.

·       Elektroda aluminium dan paduannya : ER – 1100 , ER – 5554.

·       Elektroda tembaga dan paduannya : ER – Cu Sn – A , ER – Cu Zn – C.

Dibawah ini adalah rincian arti identifikasi tersebut diatas.

Komposisi final suatu bahan pengisi ( filler ) las ditentukan oleh tiga faktor yakni :                

-        Komposisi bahan filler

-        Tingkat pencairan  ( dilution ) bahan induk

-        Reaksi kimia

Komposisi metal filler termasuk elemen yang berasal dari flux  dan ingridient lainnya yang berada dalam coating elektroda  atau didalam flux ditengah tengah kawat las .  Untuk menentukan komposisi kimiawi apabila flux masih ada. Namun jika telah terdeposisi komposisinya lebih mudah dideteksi , sebagai contoh  misalnya  CSA W48.5-M1982  menentukan   elektroda   berintikan  flux       ( flux cored electrode ) berdasarkan komposisi kimiawi bahan las yang telah terdeposisi. Untuk  batang atau kawat pejal untuk las jenis gas shielded serta SAW , komposisi kimiawi diambil langsung dari bahan filler. Perlu diketahui bahwa komposisi filler belum tentu sama dengan komposisi bahan yang telah terdeposisi.

Pengaruh pencairan dapat diprakirakan cukup akurat untuk beberapa elemen dengan cara mengambil sebagian elemen dari bahan induk secara proporsional dan menambahkannya pada elemen yang didapat dari bahan filler kemudian mengasumsikan  bercampur secara  sempurna. Kondisi ini berlaku hanya untuk elemen yang tidak berreaksi seperti misalnya nikel dan mangan. Gambar diatas membantu kita untuk menentukan komposisi final bahan las setelah proses dilusi. Namun angka yang tepat sulit didapat , yang mungkin hanyalah jumlah persentase berupa cakupan ( range ). 

TINGKAT  PENCAIRAN  OXYGEN  DALAM   CAIRAN   BAJA YANG SEIMBANG DENGAN JUMLAH OKSIDA BESI MURNI.

 Reaksi kimia yang terjadi didalam bahan las , lapisan terak atau gas disekitar las dapat menghasilkan perubahan komposisi bahan las yang cukup mencolok , terutama reaksi antara gas lindung dengan bahan las .

Kegunaan gas lindung adalah untuk mengusir oxygen dan nitrogen dari kolam las  , namun hal ini tidak selalu berhasil dengan sempurna . Beberapa gradasi gas  lindung secara sengaja diberi kandungan oxygen atau gas aktif yang akan bereaksi dengan bahan las .

 Apabila besi berhubungan langsung dengan gas oxygen murni ,  oxygen tersebut terus larut hingga pada batas pencairan  dan membentuk FeO sebagai terak dipermukaan cairan metal. Pada 1550°C tingkat pencairan  0.2% ( O ) namun pada suhu yang lebih tinggi tingkat pencairan tersebut meningkat menjadi lebih dari 2% ( lihat diagram diatas ).

Jika  kolam las dilingkupi dengan gas CO2 ,  gas tersebut  bereaksi dan menghasilkan carbon dan oxygen yang keduanya larut dalam cairan metal :

                                        CO2  =  [ C ]Fe  +  2  [ O ] Fe

 

Dibelakang kolam las dimana terjadi proses pembekuan , menurunnya suhu menyebabkan oxygen dan carbon  bereaksi  dan menghasilkan gas CO :

                                        [ O ]Fe  + [ C ]Fe  =  CO.

CO berupaya untuk keluar namun terperangkap dan membentuk porositas ( gelembung gelembung gas ).

 Porositas dapat dicegah dengan menurunkan kandungan oxygen didalam kolam las sebelum terjadi pembekuan. Hal ini dilaksanakan dengan menambah zat deoxidant seperti silika kekawat las.

Silika bereaksi dengan oxygen membentuk terak silika  yang mengapung dipermukaan kolam las.

                                          2 [O ]Fe + [Si ] Fe  = SiO2

Pengaruh dari penambahna silika kedalam kolam las adalah :

-        Menurunkan kandungan oxygen

- Menaikkan level carbon  untuk menghasilkan carbon  monoksida .

-        Menaikkan level carbon  yang seimbang dengan gas CO2.

- Penggunaan zat deoxidant akan lebih banyak dalam pengelasan baja yang berkarat dibanding dengan baja yang baru.

Efektifitas silika akan bertambah dengan diberi tambahan mangan Proses dioxidasi berlanjut dengan ditambahkannya  titanium , zirconium atau aluminium ( tripple deoxidized wire ).

Kemampuan deoxidasi dari kawat las  tergantung pada kombinasi silika , mangan dan zat deoxidant lainnya.

Dibawah ini digambarkan sejumlah kawat las  dengan tingkat kandungan zat deoxidant yang jumlahnya menurun sesuai urutan dari atas kebawah.

ELEKTRODA GMAW DAN TENAGA DEOXIDASINYA

PROSES PENGELASAN  S.A.W.  DIMANA KOMPOSISI BAHAN LAS SANGAT DIPENGARUHI  OLEH  REAKSI  ANTARA KOLAM LAS DAN CAIRAN FLUX

Flux digunakan didalam beberapa jenis proses las seperti misalnya SAW dan FCAW . Fungsi utama dari flux pada SAW adalah membentuk lapisan terak yang melindungi bahan las yang mencair dari udara. Flux juga berfungsi untuk menstabilkan nyala busur dan dukungan terhadap kolam las . Tingkat pengerasan terak yang lambat lebih baik daripada yang mendadak , karena akan mengentalkan cairan las sehingga mempermudah pembentukan lajurnya. Perbedaan yang mencolok atas laju pengkerutan antara terak dengan bahan las menyebabkan lapisan terak akan  mudah pecah dan terlepas dengan sendirinta dari bahan las apabila telah mendingin , sehingga karenanya mudah untuk membersihkannya.

Flux yang terbuat dari oksida metal , mencair antara 1200 hingga 1400 ° C dan bersifat stabil secara kimiawi.

Bahan baku flux pada umumnya adalah MnO-SiO2 yang digunakan untuk mengatur suhu pencairan dengan mengatur komposisinya secara cermat .

Walaupun SiO2 memiliki sifat sifat yang baik sebagai bahan flux , namun pada suhu tinggi  oksida tersebut  menjadi aktif.

Keberadaan oxygen didalam metal akan seimbang ( equilibrium ) dengan jumlah SiO2 , sehingga

 dimana  : K adalah konstanta equilibrium.

                 [ ] menggambarkan  aktivitas komponen.

Jika silika tercampur dengan komponen lain  , keaktifan silika menjadi berkurang  tergantung dari kadar campuran tersebut.

Sewaktu cairan metal membeku  oxygen membentuk gelembung gelembung didalam bahan las dan menebabkan patah daktil ( ductile fracture )  yang terekspresikan pada bagian atas  kurva transisi Charpy. Jadi dapat dikatakan bahwa kandungan oxygen akan mempengaruhi sifat  keuletan metal .

Flux dengan kandungan silika tinggi memiliki sifat yang baik, misalnya berkapastitas arus tinggi , dan bentuk lajur yang baik , namun penggunaannya harus dibatasi  pada kondisi dimana keuletan tinggi tidak dipersyaratkan  . Ada beberapa jenis flux silika tinggi  yang disarankan hanya digunakan untuk pengelasan lajur pass tunggal saja. 

Index kebasaan ( basicity index ) sangat erat kaitannya dengan oxygen bahan las , hal ini dapat diekspresikan dalam rumus dibawah ini :

KONDISI OPERASI DAN KECEPATAN ELEKTRODA DALAM SMAW. UNTUK LAS FILLET DAN  LAS KAMPUH

SEMBURAN BUSUR ( ARC BLOW )

Arus listrik yang mengalir melalui elektroda , bahan induk dan arde , menghasilkan medan magnit sekitar  “ jejak arus “ ( current path ). Apabila medan magnit disekitar elektroda  atau bahan induk tidak seimbang  , busur akan menghindar dari konsentrasi medan magnit ynag terpadat . Perpindahan arah busur  dari arah yang semestinya  disebut semburan busur ( arc blow ) . Arc blow biasanya didapati jika digunakan arus searah  , hal ini disebabkan oleh medan magnit yang terjadi arahnya tetap . Sedangkan pada arus bolak balik terjadinya medan magnit sangat kecil , karena medan magnit yang terjadi akan terhapus manakala arah arus berbalik. Dibawah ini digambarkan  dua jenis semburan busur yakni kedepan arah pengelasan ( forward ) dan kebelakang arah pengelasan ( backward ). Semburan busur kadang kadang dapat terjadi menyamping manakala konsentrasi medan magnit berat kesamping .  Semburan kebelakang biasanya terjadi manakala arah pengelasan mendekati  sambungan grounding ( aarde ) , sedangkan semburan kedepan terjadi manakala arah pengelasan menjauhi sambungan grounding atau pada awal pengelasan. Arc blow ini dapat menjadi sangat mengganggu karena menghasilkan fusi kurang sempurna ( incomplete fusion ) dan spatter yang berlebihan terutama jika coatingnya terdiri sebagian besar dari iron powder.

Untuk jenis semburan kedepan , pada akhir pengelasan biasanya medan magnit makin menebal dan menimbulan masalah cukup serius.

Dibawah ini adalah cara untuk mengatasi masalah tersebut diatas :

·  Apabila masalahnya adalah backward blow , pasang sambungan grounding pada awal pengelasan.

·  Apabila masalahnya adalah forward blow , tempatkan sambungan gounding pada akhir pengelasan.

·         Usahakan busur nyala sependek mungkin.

·         Turunkan arus pengelasan

·         Mengelas kearah las titik yang besar.

·         Pergunakan pengelasan arah mundur

·         Pergunakan arus AC/ dan penggantian electroda baru