PERLAKUAN PANAS PENGELASAN

        Daerah lasan terdiri dari 3 bagian yaitu, logam lasan, daerah pengaruh panas yang dalam bahasa inggris disebut ”Heat Affected Zone”, disingkat menjadi daerah HAZ dan logam indduk yang tidak terpengaruh panas. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair dan kemudian membeku. Daerah pengaruh panas atau daerah HAZ adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat. Logam las tak terpengaruhi panas adalah bagian logam dasar di mana panas dan temperatur pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat. Disamping ketiga pembagian utama tersebut masih ada satu daerah khusus yang membatasi antara logam las dan daerah pengaruh panas, yang disebut batas las. Dalam membahas siklus termal daerah lasan hal-hal yang perlu dibahas meliputi proses pembekuan, reaksi yang terjadi dan struktur mikro yang terbentuk. 

        Proses perlakuan panas lazimnya diterapkan pada material untuk mengubah sifat material melalui pengubahan struktur mikro. Apabila struktur mikro berubah maka sifat mekanik material tersebut akan berubah pula. Pada proses pengelasan, didaerah HAZ perubahan struktur mikro akan diperoleh dengan mengekspos pada suatu temperatur yang cukup tinggi. Namun mengingat temperatur pada daerah HAZ tidak sama disetiap titik (semakin kecil jika lokasi titik di HAZ semakin jauh dari  logam las), maka di HAZ akan terjadi variasi struktur mikro. Dsitribusi temperatur disekitar daerah HAZ ditunjukkan gambar 1 di bawah ini.

                                            

Gambar 1. Distribusi temperatur disekitar logam las

(Sumber : Andrew D. Althouse, 1992)

Pada saat logam las masih cair maka pada daerah HAZ akan terjadi distribusi temperatur yang relatif tinggi (daerah yang berdekatan dengan logam las) dan berangsur-angsur menurun  di daerah-daerah yang menjauhi logam las. Dengan adanya distribusi temperatur seperti itu maka daerah HAZ akan terjadi transformasi fasa yang bervariasi pula disesuaikan dengan tinggi temperatur yang dialami.

Pada saat logam las masih cair; maka di HAZ akan terbentuk fasa-fasa γ (austenit) dan γ+α (austenit dan ferit); sedangkan pada bagian logam induk yang mengalami pemanasan sepanjang temperatur pemanasannya tidak melebihi 700^oC tidak akan terjadi perubahan struktur mikro kecuali jika bagian logam induk tersebut pernah mengalami pengerjaan dingin (cold work) maka tergantung pada besarnya temperatur yang dialami oleh bagian tersebut dan lamanya diekspos pada temperatur yang bersangkutan, maka pada bagian tersebut akan mengalami stress relieving atau rekristalisasi yang akan berdampak pada tingkat tegangan sisa dan bentuk butir. Bila diukur kekerasannya di daerah ini, maka daerah ini akan menjadi bagian yang lunak.

Pada saat logam las membeku (mengikuti pola pembekuan), maka di HAZ tergantung pada laju pendinginan yang dialaminya; maka fasa yang berubah adalah fasa austenit (γ) Jika laju pendinginannya tinggi maka austenit tersebut akan bertransformasi ke martensit, tetapi apabila laju pendinginannya tidak terlalu tinggi, maka austenit akan bertransformasi ke Bainit atau Trostit. Namun apabila laju pendinginannya sangat lambat, maka austenit akan bertransformasi ke perlit. Dengan demikian pada HAZ struktur yang terjadi setelah semua proses transformasi fasa selesai adalah campuran dari fasa-fasa tersebut diatas tergantung laju pendinginan  yang dialami oleh HAZ tersebut.

Disamping itu ukuran butirnya pun bervariasi dari relatif besar didaerah interface antara logam las dengan logam induk dan berangsur-angsur mengecil ke ukuran yang sama seperti di logam induk. Besarnya ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya temperatur yang bersangkutan.

Semua kejadian di atas (pengaruh laju pendinginan terhadap hasil akhir transformasi austenit) dapat dianalisis melalui diagram CCT (Continuous Cooling Transformation) sebagaimana ditunjukkan gambar 2. Jadi apabila martensit  itu harus dihindari maka harus diupayakan agar laju pendinginannya tidak terlalu tinggi dan ini dapat dilakukan dengan memberi Pre-Heat atau PWHT.  Kekuatan baja terutama batas luluhnya, sangat dipengaruhi oleh ukuran butir (Persamaan Hall-Petch). Selain itu, ukuran butir juga mempengaruhi harga impak dan perambatan retak. Makin halus butir akan semakin rendah temperatur transisi ulet-getasnya.

                                        

Gambar 2. CCT diagram untuk baja carbon

(Sumber : George E.Totten, 2006)

Pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada proses pengelasan dapat mengubah sifat bahan induk yang terkena pengaruh panas tersebut, sehingga menimbulkan zona terpengaruh panas (Heat Affected Zone = HAZ). Perubahan-perubahan yang sering terjadi adalah perubahan struktur mikro material, terjadinya distorsi dan munculnya tegangan sisa di dalam material.

Untuk menghindari atau memperkecil akibat tersebut maka perlu adanya perlakuan panas tertentu dalam pelaksanaan pengelasan, yaitu :

-       Pemanasan awal (preheating)

Adalah pemanasan pendahuluan yang dilakukan pada daerah yang akan dilas sebelum pengelasan dimulai sampai temperatur tertentu dengan tujuan agar tidak terjadi laju pendinginan yang sangat cepat sesudah pengelasan. Laju pendinginan yang terlalu cepat memungkinkan terbentuknya struktur martensitis yang terlalu banyak, yang mengakibatkan logam menjadi terlalu keras dan getas. Dengan pemanasan awal ini juga dapat dikurangi terjadinya distorsi maupun tegangan sisa. Pertimbangan penentuan pemanasan awal ini selain kandungan karbon juga unsur-unsur paduan Cr, Mn, Si, dan Mo. Ketebalan las yang akan dibuat juga merupakan pertimbangan untuk diadakannya pemanasan awal.

-       Temperatur antar lapis (inter pass temperature)

Inter pass temperature adalah temperatur lasan pada waktu akan dilaksanakan pengelasan berikutnya. Temperatur ini tidak diperkenankan di bawah temperatur pemanasan awal dan juga tidak diperkenankan terlalu tinggi. Temperatur interpass yang terlalu tinggi mengakibatkan zona terpengaruh panas (HAZ) yang terlalu luas yang tidak diinginkan dalam pelaksanaan pengelasan.

-       Perlakuan panas pasca las (postweld heat treatment = PWHT)

PWHT ialah perlakuan panas terhadap hasil pengelasan pada saat pengelasan selesai. Pada pengelasan baja karbon, laju pendinginan pasca pengelasan harus lambat, yang selain dengan pemanasan awal, sering proses perlambatan ini dikerjakan dengan menutup benda kerja dengan asbes atau bahan yang sejenis. Namun untuk pengelasan baja austenic, yang mengandung banyak khrom (Cr) dan karbon ( C ) yang memungkinkan terbentuknya chrom carbida yang merupakan endapan pada batas butir yang tidak dikehendaki keberadaannya. Laju pendinginan pasca pengelasan logam ini justru diusahakan lebih cepat pada temperatur sensitisasi (426 ~ 871 ^oC). bahaya dari terbentuknya endapan karboda ini adalah kerawanan korosi, yang merupakan korosi batas butir (inter granular corrosion). Jika diperlukan untuk perlakuan panas pasca pengelasan ini hasil lasan dipanaskan kembali sampai temperatur tertentu, kemudian didinginkan sesuai dengan laju yang dikehendaki. Skematik proses perlakuakn panas pada proses pengelasan ditunjukkan gambar 3. 

                

Keterangan gambar :

“A” Laju pemanasan dari preheat temperature sampai 720⁰C – 730⁰C tidak boleh lebih dari 200^oC / jam maximum.

“B” holding time pada 720⁰C – 730⁰C minimum 3 jam.

“C” Laju pendinginan dari 720⁰C – 730⁰C

Gambar 3. Grafik perlakuan panas disekitar logam las

(sumber : B4T Bandung 2001)

 

Pembekuan dan struktur logam las

            Dalam pengelasan cair bermacam-macam cacat terbentuk dalam logam las, misalnya pemisahan atau segregasi, lubang halus dan retak. Banyaknya dan macamnya cacat yang terjadi tergantung pada kecepatan pembekuan. Semua kejadian selama proses pendinginan dalam pengelasan hampir sama dengan pendinginan dalam pengecoran. Perbedaannya adalah :

1.      Kecepatan pendinginan dalam las lebih tinggi

2.      Sumber panas dalam las bergerak terus

3.      Dalam proses pengelasan, pencairan dan pembekuan terjadi secara terus menerus

4.      Pembekuan logam las mulai dari dinding logam induk yang dapat dipersamakan dengan dinding cetakan pada  pengecoran, hanya saja dalam pengelasan, logam las harus menjadi satu dengan logam induk, sedangkan dalam pengecoran yang terjadi harus sebaliknya.

Reaksi metalurgi yang terjadi dalam pembekuan

1.      Pemisahan

Di dalam logam las terdapat tiga jenis pemisahan, yaitu pemisahan makro, pemisahan gelombang dan pemisahan mikro. Pemisahan makro adalah perubahan komponen secara perlahan-lahan yang terjadi mulai dari sekitar garis lebur menuju ke garis sumbu las, sedangkan pemisahan gelombang adalah perubahan komponen karena pembekuan yang terputus yang terjadi pada proses terbentuknya gelombang manik las. Pemisahan mikro adalah perubahan komponen yang terjadi dalam satu pilar atau dalam bagian dari satu pilar.

2.      Lubang halus

Lubang-lubang halus terjadi karena adanya gas yang tidak larut dalam logam padat. Lubang-lubang tersebut disebabkan karena tiga macam cara pembentukan gas, yaitu yang pertama adalah pelepasan gas karena perbedaan batas kelarutan antara logam cair dan logam padat pada suhu pembekuan, yang kedua adalah terbentuknya gas karena adanya reaksi kimia di dalam logam las dan yang ketiga penyusupan gas ke dalam atmosfer busur.

Gas-gas yang terbentuk karena perbedaan batas kelarutan dalam baja adalah gas hidrogen dan gas nitrogen, sedangkan yang terjadi karena reaksi adalh terbentuknya gas CO₂ dalam logam cair dan yang menyusup adalah gas-gas pelindung atau udara yang terkurung dalam akar kampuh las.

3.      Proses deoksidasi

Sebenranya hanya sejumlah kecil oksigen yang larut dalma baja, tetapi karena tekanan disosiasi dari kebanyakan oksida sangat rendah, maka pada umumnya akan terbentuk oksida-oksida yng stabil. Karena pengukuran yang tepat untuk mengetahui jumlah oksigen yang larut dalam baja sangat sukar, maka untuk melepaskan oksigen dari larutan, biasanya dilakukan usaha-usaha seperti menghilangkan oksida. Proses menghilangkan oksida ini disebut proses deoksidasi.

Kadar oksigen dalam baja tergantung pada kadar Si, Mn dan lain-lainnya. Kadar oksigen dalam logam las sangat tergantung dari fluks yang digunakan, misalnya pada pengelasan busur dengan fluks oksida besi, kadar oksigen akan mencapai antara 0,08 sampai 0,12%, dan antara 0,01 sampai 0,02%.

            Ketangguhan logam las turun dengan naiknya kadar oksigen, karena itu harus selalu diusahakan agar logam las mempunyai kadar oksigen yang serendah-rendahnya. Usaha penurunan oksigen ini dapat dilakukan dengan menambah unsur-unsur yang bersifat deoksidasi seperti Si, Mn, Al dan Ti atau menaikkan kebasaan dari terak lasnya.

Posted in: Pengelasan