Jenis Tungsten yang digunakan pada pengelasan TIG dengan arus DC adalah

Pada proses pengelasan las tungsten inert gas (TIG) atau GTAW ada beberapa peralatan umum yang digunakan antara lain sebagai berikut (Sriwidharto, 2006):

a) Stang Las/Obor (torch welding)

Stang las atau obor GTAW berfungsi sebagai pemegang elektroda tidak terkonsumsi (tungsten) yang menyalakan arus pengelasan ke busur listrik, serta menjadi sarana penyalur gas pelindung ke zona busur (arc zone). Obor dipilih sesuai dengan kemampuan menampung arus las maksimum ke busur nyala tanpa mengalami over heating. Sebagian besar obor didesain untuk mengakomodasi segala ukuran elektoda serta berbagai tipe ukuran nozzle (Sriwidharto, 2006).

20

Pada umumnya obor untuk pengelasan manual memiliki sudut kepala (heat angle), yakni antara sudut elektroda dan pegangan (handle) 120o dan jenis-jenis obor lainnya seperti obor dengan sudut kepala yang dapat diatur, sudut kepala siku (90o), dan kepala bentuk pensil. Obor GTAW manual memiliki switch dan katub tambahan yang dipasang pada peganganya yang digunakan untuk mengendalikan arus dan aliran gas pelindung, sedangkan obor untuk mesin GTAW otomatis hanya dapat diatur pada permukaan sambungan, sepanjang sambungan, dan jarak antara obor dan bahan yang akan dilas (Sriwidharto, 2006).

Gambar 4. Stang las/obor (torch welding) (Sriwidharto, 2006). b) Mesin las AC/DC

Mesin las AC/DC merupakan mesin las pembangkit arus AC/DC yang digunakan di dalam pengelasan las gas tungsten. Pemilihan arus AC atau DC biasanya tergantung pada jenis logam yang akan dilas (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

21

Gambar 5. Mesin Las AC/DC (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004). c) Tabung Gas Lindung, Regulator Gas Lindung dan flowmeter

Tabung gas lindung adalah tabung tempat penyimpanan gas lindung seperti argon dan helium yang digunakan di dalam mengelas gas tungsten. Regulator gas lindung adalah pengatur tekanan gas yang akan digunakan di dalam pengelasan gas tungsten. Pada regulator ini biasanya ditunjukkan tekanan kerja dan tekanan gas di dalam tabung. Sedangkan Flowmeter dipakai untuk menunjukkan besarnya aliran gas lindung yang dipakai di dalam pengelasan gas tungsten (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

Gambar 6. Tabung Gas Lindung, Regulator Gas Lindung dan Flowmeter (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

22

d) Kabel Elektroda Selang Gas dan Perlengkapannya

Kabel elektoda dan selang gas berfungsi menghantarkan arus dari mesin las menuju stang las, begitu juga aliran gas dari mesin las menuju stang las. Selang gas dan perlengkapannya berfungsi sebagai penghubung gas dari tabung menuju pembakar las. Sedangkan perangkat pengikat berfungsi mengikat selang dari tabung menuju mesin las dan dari mesin las menuju pembakar las (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

e) Collet

Segala ukuran diameter elektroda dapat dipegang oleh piranti pemegang elektroda (electrode holder) yang disebut Collet atau Chuck. Piranti ini terbuat dari paduan tembaga. Collet ini akan menggenggam erat elektroda saat penutup obor diikat erat. Hubungan baik antar elektroda dengan bagian dalam diameter collet penting untuk penyaluran arus las dan pendingin elektroda.

23

f) Moncong (Nozzle)

Nozzle berfungsi untuk mengarahkan gas pelindung pada pengelasan. Nozzle antar cup ini dapat dipasang pada kepala obor, dan juga terpasang pada kepala obor piranti pengatur aliran gas (diffuser) atau piranti jet yang terpatent. Fungsi diffuser adalah untuk meluruskan arah aliran gas. Bahan nozzle adalah bahan tahan panas (heat resisting material) dalam berbagai ukuran dan bentuk. Pemasangannya pada kepala obor menggunakan ulir atau genggaman friksi (tight fit). Nozzle terbuat dari keramik, metal, keramik berlapis metal, quartz yang dicor atau bahan lain. Bahan keramik adalah bahan yang paling umum digunakan karena murah namun sangat mudah pecah, oleh karenanya harus sering diganti (Sriwidharto, 2006).

Nozzle quartz bersifat bening/transparan, karenanya memungkinkan juru las melihat dengan jelas elektroda dan busur nyala listrik sewaktu mengelas. Namun karena kontaminasi dari uap metal, menyebabkan nozzle tersebut menjadi buram (opaque) dan mudah pecah. Nozzle yang terbuat dari metal yang didinginkan dengan air berumur lebih panjang dan biasanya digunakan untuk GTAW secara manual dan otomatis dimana arus pengelasan yang relatif besar.

Suatu piranti yang berfungsi memastikan aliran gas lindung menjadi laminar disebut lensa gas. Lensa gas ini mengandung diffuser penghalang yang berpori (porous barrier diffuser) yang dipasang ketat melingkari elektroda atau collet. Lensa gas menghasilkan aliran

24

gas yang lebih panjang dan tidak terganggu yang memungkinkan juru las menempatkan obor las 1 inchi atau lebih dari permukaan bahan yang dilas sehingga lebih mudah melihat posisi elektroda dan kondisi kolam las, serta memudahkan pengelasan di sudut-sudut dan celah yang relatif sempit (Sriwidharto, 2006).

Gambar 8. Moncong (Nozzle) (Sriwidharto, 2006). g) Elektroda Tungsten

Elektroda tungsten adalah elektroda tidak terumpan (non-consumable electode) yang berfungsi sebagai pencipta busur nyala saja yang digunakan untuk mencairkan kawat las yang ditambahkan dari luar dan benda yang akan disambung menjadi satu kesatuan sambungan. Elektroda ini tidak berfungsi sebagai logam pengisi sambungan sebagaimana yang biasa dipakai pada elektroda batang las busur metal maupun elektroda gulungan pada las MIG (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

Titik lebur metal tungsten adalah 6.170oF (3.410o C). Pada saat tungsten mendekati suhu tersebut, sifatnya menjadi thermonic (sumber pemasok elektron). Suhu tersebut dihasilkan melalui tahanan

25

listrik, jika saja bukan karena pengaruh pendinginan dari penguapan elektron yang keluar dari ujung elektroda, elektroda tersebut akan mencair oleh panas yang dihasilkan dari tahanan listrik tersebut. Pada kenyataannya suhu pada ujung elektroda jauh lebih dingin daripada bagian dari elektroda diantara ujungnya dan bagian collet yang paling dingin (Sriwidharto, 2006).

Ada beberapa tipe elektroda tungsten yang biasa dipakai di dalam pengelasan sebagaimana dijelaskan pada tabel 2 berikut:

Tabel 2. Elektroda Tungsten

Sumber: Cary, 1993

Tabel di atas disusun berdasarkan klasifikasi AWS dimana kode- kodenya dapat dijelaskan sebagai berikut:

E : elektroda

W : wolfram atau tungsten

P : tungsten murni (pure tungsten)

26

Sedangkan untuk kode Ce-2, La-1, Th-1, Th-2, dan Zr-1 masing- masing adalah komposisi tambahan sebagaimana yang dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 3. Penggunaan Elektroda Tungsten Untuk Mengelas Baja Karbon

Sumber: Heri Sunaryo, 2008

Elektroda tungsten murni biasa digunakan untuk pengelasan AC pada pengelasan aluminium maupun magnesium. Elektroda tungsten thorium digunakan untuk pengelasan DC. Elektroda tungsten Zirconium digunakan untuk AC- HF Argon dan AC Balanced Wave Argon. Elektroda tungsten disediakan dalam berbagai ukuran diameter dan panjang. Untuk diameter dari mulai ukuran 0,254 mm sampai dengan 6,35 mm. Untuk panjang disediakan mulai dari 76,2 mm sampai dengan 609,6 mm.

27

Pengasahan elektroda tungsten dilakukan membujur dengan arah putaran gerinda. Pengasahan dengan arah ini akan mempermudah aliran arus yang akan digunakan di dalam pengelasan, sebaliknya jika penggerindaan dilakukan melintang dengan arah putaran batu gerinda akan mengakibatkan terhambatnya jalannya arus yang digunakan untuk mengelas. Adapun ukuran penggerindaan elektroda tungsten dapat dilihat pada Gambar 9 (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

Gambar 9. Penggerindaan Elektroda Tungsten (Tim Fakultas Teknik UNY, 2004).

Pengertian Gas tungsten arc welding (GTAW) adalah salah satu jenis dari pengelasan yang seperti namanya yaitu pengelasan dengan menggunakan nonconsumable elektroda jenis tungsten. Pengelasan jenis ini menggunakan gas pelindung, tanpa penerapan tekanan, dan dapat digunakan dengan atau tanpa bahan tambahan yang berupa filler metal.

Gas pelindung yang digunakan pada jenis pengelasan ini yaitu helium, argon, atau gabungan dari helium dan argon sehingga biasa disebut dengan TIG (tungsten inert gas), tujuan diberikannya gas pelindung ini yaitu agar tidak terjadi oksidasi akibat pengaruh dari udara di sekitar area pengelasan yang dapat menyebabkan terjadinya porosity.

Proses pengelasan GTAW

Proses pengelasan GTAW terjadi saat busur listrik timbul karena terdapat perpindahan ion saat ujung elektroda menyentuh dengan benda kerja. Pengelasan terjadi saat panas dari busur listrik tersebut melelehkan benda kerja dan filler metal (apabila menggunakan bahan tambahan).

Welding torch bergerak mengikuti benda kerja dan busur listrik semakin melelehkan permukaan sambungan. Gas pelindung di keluarkan dari welding torch untuk melindungi bahan induk dan elektroda, sementara logam pada pengelasan mengeras. Gambar 1 merepresentasikan proses pengelasan GMAW.

Gambar 1. Proses pengelasan GTAW

Kelebihan dan kekurangan Las GTAW

Kelebihan pengelasan GTAW :

• Lebih fleksibel karena dapat menggunakan logam pengisi ataupun tanpa logam pengisi.
• Kontrol yang baik pada penetrasi root.
• Menghasilkan pengelasan autogenous yang konsisten dengan kualitas unggul karena memiliki kecepatan tinggi, bebas percikan, dan umumnya menghasilkan sedikit cacat.
• Relatif lebih murah.
• Hampir semua jenis logam dapat di las dengan metode GTAW.

Kekurangan dari pengelasan GTAW :

• Karena menggunakan nonconsumable elektroda menyebabkan deposisi pada proses GTAW lebih rendah daripada pengelasan proses lain.
• Lebih sensitive atau memiliki toleransi yang rendah terhadap kontaminan aktif dari bahan pengisi ataupun dari logam dasar yang digunakan dalam pengelasan.
• Akan lebih mahal apabila digunakan untuk mengelas bahan dasar dengan ketebalan dibawah 10 mm.
• Gas pelindung yang digunakan pada pengelasan GTAW akan sulit dikendalikan apabila terdapat medan magnet.
• Sulit melakukan pengelasan apabila dalam kondisi berangin karena shielding gas yang digunakan bisa terkena angin atau terbang.

Parameter pengelasan GTAW :

1. Travel Speed.

Travel speed atau kecepatan dalam proses pengelasan mempengaruhi penetrasi serta mempengaruhi lebar dari busur las tungsten gas. Travel speed pada umumnya dijadikan sebagai patokan dalam menilai kualitas pengelasan, sehingga travel speed ditetapkan dalam pengelasan mekanis.

Nilai dari travel speed ini saling mempengaruhi antar variable lainnya, seperti jumlah energi yang dihasilkan oleh busur sebanding dengan arus dan tegangan sedangakan jumlah energi yang dihasilkan persatuan panjang las berbanding terbalik dengan travel speed itu sendiri.

2. Arus (welding current).

Welding current memiliki pengaruh terhadap penetrasi dalam pengelasan dan juga tegangan, dimana nilai arus akan sebanding dengan nilai tegangan. Semakin besar nilai arus maka akan semakin besar pula nilai tegangannya, begitu juga sebaliknya. Pada pengelasan GTAW dapat menggunakan jenis arus AC ataupun DC, disesuaikan dengan logam yang digunakan.

Untuk arus DC sendiri dibagi menjadi dua jenis yaitu DCEN (Direct current elektroda negatif) atau bisa juga disebut DCSP (Direct Current straight polarity) dan DCEP (Direct Current elektroda positif) atau dapat juga disebut DCRP (Direct Current Revers Polarity). Penggunaan polaritas AC, DCEN, dan DCEP dijelasakan sebagai berikut :

• Polaritas DCEN.
  Dimana elektroda pada pengelasan disambungkan ke kutub negative sedangkan benda kerja dihubungkan dengan kutub positif. Penggunaan polaritas DCEN ini memiliki keunggulan dimana memiliki penetrasi yang dalam serta kecepatan pengelasan yang relative cepat.
• Polaritas DCEP.
  Kebalikan dari polaritas DCEN dimana elektroda disambung di kutub positif sedangkan benda kerja disambung di kutub negative. Polaritas DCEN jarang digunakan dalam pengelasan GTAW karena menimbulkan panas yang berlebih (overheat) dalam elektroda sedangkan pada material yang akan di las pemanasan yang didapat kurang.
• Penggunaan arus AC.
  Memiliki kelebihan dimana pembersihan yang dilakukan dengan cara menghilangkan oksidasi tahan api dari permukaan logam atau biasa dinamakan dengan sputtering. Proses sputtering ini hanya bisa terjadi apabila gas yang digunakan dalam pengelasan berupa gas argon.

3. Tegangan Busur (Arc Voltage)

Tegangan busur adalah tegangan yang dihasilkan antara elektroda tungsten dan benda kerja. Variabel yang mempengaruhi nilai dari tegangan busur antara lain :

• Jarak antara elektroda tungsten dan benda kerja
• Arus pengelasan
• Jenis gas pelindung
• Bentuk ujung elektroda tungsten
• Tekanan udara lingkungan

4. Wire Feed Speed atau kecepatan umpan kawat.

Wire feed speed memiliki pengaruh yang berbeda bergantung proses pengelasan yang digunakan baik pengelasan secara manual ataupun secara otomatis. Pada pengelasan secara manual wire feed speed berpengaruh terhadap nilai fusi yang dihasilkan serta tampilan akhir setelah pengelasan selesai dilakukan. Sedangkan pada pengelasan otomatis dan mekanis, wire feed speed mempengaruhi penetrasi dan perataan kontur manik.

Peralatan Las GTAW

Peralatan yang digunakan dalam pengelasan GTAW dijelaskan pada Gambar 2.

Gambar 2. Peralatan yang digunakan dalam pengelasan GTAW

1. Welding Torches atau welding gun.

Welding Torches atau welding gun berfungsi untuk menahan elektroda tungsten yang mengalirkan arus pengelasan ke busur dan sebagai tempat pengeluaran gas pelindung dalam pengelasan GTAW. Pada pengelasan GTAW manual, welding gun dilengkapi dengan sakelar dan katup tambahan yang terpasang pada gagang, yang fungsinya untuk mengontol arus dan aliran gas. Welding Torches atau welding gun berdasarkan pendinginannya terdiri dari 2 jenis yaitu gas cooled torch dan water cooler torch.

• Gas cooled torch.
  Merupakan welding gun yang didinginkan oleh aliran gas pelindung. Pada Gas cooled torch ini arus yang digunakan dibatasi sebesar 200 A.
• Water cooler torch.
  Welding gun yang menggunakan air sebagai media pendinginannya. Arus yang digunakan dengan welding gun ini adalah maksimal 300 sampai 500 A, walaupun beberapa welding gun dapat menggunakan arus sebesar 1000A.

2. Elektroda Tungsten

Pada pengelasan GTAW elektroda berfungsi sebagai salah satu terminal busur listrik yang mana dapat mensuplay panas untuk melelehnya material dasar ataupun filler metal.

Tabel 1. Jenis elektroda pengelasan GTAW

Gambar 3. Pengelasan GTAW dengan menggunakan hot wire

4. Wire Feeder.

Wire Feeder berfungsi untuk menambahkan logam pengisi dalam bentuk gulungan kawat pada pengelasan secara mekanik atau otomatis. Wire feeder terdiri dari dua jenis yaitu cold wire dan hot wire.

• Cold wire.
  Terdiri dari tiga komponen utama yaitu mekanisme penggerak kawat, control kecepatan, dan sambungan wire guide.
• Hot wire.
  Memiliki perbedaan dengan cold wire yaitu pada hot wire kawat dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai suhu lelehnya. Penggunaan hot wire akan meningkatkan laju deposisi dan kecepatan pengelasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan cold wire.

5. Power Sources.

Power source atau sumber energi adalah energi utama untuk menyalakan busur listrik dalam pengelasan GTAW. Output pada power source ini adalah arus DC dan juga AC tergantung dari kebutuhan dalam pengelasan. Namun, karena pada pengelasan GTAW terdapat gas tambahan yang digunakan sebagai pelindung maka power source terdapat regulator dari gas shielding.

6. Arc Voltage Control (AVC).

Arc voltage control pada pengelasan otomatis atau mekanik GTAW berfungsi untuk mempertahankan panjang busur. AVC melakukan pengukuran tegangan untuk menentukan kecepatan dan arah elektroda dalam pengelasan. Perubahan tegangan yang dihasilakan dari gerakan las terdeteksi dan siklus berulang untuk memepertahankan tegangan busur yang diinginkan.

7. Shielding Gases.

Gas pelindung diarahkan oleh welding torch ke busur dan kampuh las untuk melindungi elektroda dan logam cair dari kontaminasi udara luar. Penggunaan cadangan gas dalam kondisi yang terkontrol akan mengurangi retak pada akar dan porosity di lasan.

Tabel 2. Jenis arus, elektroda dan shielding gas yang disesuaikan dengan material dasar

8. Shielding gas selection

Pemilihan gas tergantung pada jenis material yang digunakan, untuk pengelasan dengan menggunakan gas argon menghasilkan busur yang dihasilkan lebih halus dan senyap, sehingga cocok untuk pengelasan manual dengan material yang tipis, selain itu penggunaan argon juga lebih rendah biaya per unitnya. Sedangkan helium digunakan untuk material logam yang lebih besar yang membutuhkan penetrasi panas yang lebih tinggi.

Referensi :

• American welding society (AWS) Welding handbook committee, 2004, welding handbook ninth edition volume 2 welding processes part 1., Miami : American Welding Society.

Ditulis oleh : Rahayu Dwi Lestari, S.T.