BAB III

STUDI LITERATUR

3.1 PROSES PENGELASAN

Proses pengelasan adalah proses penyambungan antar plat logam (base metal)

dengan pemanasan dimana bagian base metal yang akan disambungkan tersebut akan

ikut meleleh menjadi sambungan. Umumnya, pada proses pengelasan juga

ditambahkan dengan bahan penyambung atau filler metal seperti kawat atau batang

las. Pada pengelasan, suhu yang digunakan antara 1500 hingga 1600 derajat Celcius

untuk memastikan terjadinya pelelehan base metal.

3.2 LAS TITIK (RESISTANCE SPOT WELDING)

Las titik atau Resistance Spot Welding (RSW) adalah proses pengelasan

dimana permukaan logam yang berkontak disambungkan oleh panas yang didapat dari

resistansi terhadap arus listrik. Biasanya lembaran logam ini berada pada kisaran tebal

1.5 sampai 3 mm. Proses ini menggunakan 2 elektroda tembaga aloy untuk

memusatkan arus las ke suatu titik sekaligus untuk mencengkram lembaran tersebut.

Figure 1. Mesin Las Titik

Figure 2. Las Titik Robot

Pengelasan ini dilakukan dengan cara menjepit dua atau lebih lembaran logam

diantara elektroda logam. Saat logam dijepit, arus bertegangan rendah dialirkan

diantara elektroda, hal itu membuat logam yang bersinggungan menjadi panas dan

suhunya naik sampai mencapai suhu pengelasan. Saat suhu pengelasan tercapai,

logam akan meleleh dan tekanan diantara elektroda memaksa logam menjadi satu

sehingga membentuk sambungan las. Sesudah itu arus dihentikan tetapi masih

dilakukan penekanan. Setelah logam mendingin, tekanan dilepaskan dan benda kerja

dipindahkan.

Jumlah energi yang dialirkan kepada titik ini dipengaruhi oleh resistansi, arus

dan durasi arus mengalir. Komposisi tersebut ditentukan agar sesuai dengan sifat

material, tebal material dan tipe elektroda yang digunakan. Secara umum, prinsip dari

las titik adalah Hukum Joule dimana Panas Q yang dihasilkan dipengaruhi oleh tiga

faktor dalam persamaan:

Dimana,

I : arus yang mengalir di dalam kombinasi metal (A)

R : tahanan dari base metal dan muka kontak (Ω)

t : durasi waktu dari arus yang tersedia (s).

Figure 3. Tahapan Las Titik

3.2.1 APLIKASI

Aplikasi spot welding biasanya digunakan pada pengelasan lembaran metal.

Untuk spesimen yang lebih tebal lebih susah unutk dilakukan spot welding karena

panas akan sangat mudah menyebar ke lingkungan sekitar sehingga proses menjadi

tidak efektif.

Pada industri, spot welding akan umum ditemui pada industri manufaktur

otomotif dan pesawat terbang, dimana secara umum digunakan untuk

menyambungkan lempengan yang membentuk chasis dari mobil tersebut. Las titik

baik digunakan untuk menyambungkan lembaran logam atau sheet metal yang lazim

digunakan untuk membentuk body dari mobil maupun pesawat. Industri otomotif dan

pesawat terbang juga mengharuskan adanya produk yang kokoh namun juga ringan.

Menurut literatur, hasil pengelasan menghasilkan berat tambahan yang berkisar antara

1-1.5% dari berat konstruksi. Hal ini jelas lebih baik dibandingkan dengan

menggunakan paku keling atau mur-baut yang bisa menambah berat konstruksi antara

2.5-4%. Pengerjaan konstruksi las lebih cepat dan karena tidak ada proses

pelubangan, maka kekuatannya tetap utuh. Ada 2 macam prosedur las titik yang biasa

dilakukan pada manufaktur pesawat dan mobil:

Overlapped Spots:

Non- Overlapped Spots:

Aplikasi lain dapat digunakan pada strap baterai Nikel-Cadmium dan Nikel-

Metal-Hidrida. Spot welding digunakan untuk menyambungkan sel baterai karena

dapat mencegah baterai menjadi terlalu panas, dibanding dengan penggunaan solder.

3.2.2 DISTRIBUSI PANAS

Distribusi temperatur pada dasarnya dibagi menjadi 5 zona temperatur. Zona

temperatur tertinggi terjadi pada daerah kontak karena disanalah terjadi tahanan

listrik yang terbesar. Lima zona yang dimaksud tersebut adalah satu zona pada antar

muka (nantinya terbentuk weld nugget), dua zona pada sekitar permukaan logam yang

kontak dengan elektroda, dan dua lagi pada logam itu sendiri diluar zona–zona yang

telah disebutkan.

Figure 4. Distribusi Temperatur Las Titik

3.2.3 PARAMETER LAS TITIK

Parameter las titik dapat diartikan sebagai variabel-variabel yang berpengaruh

terhadap kondisi dan hasil kerja dari las titik. Dalam pengerjaan aktual, parameter dari

las titik ada banyak, dan bahkan beberapa ilmuwan menemukan lebih dari 100 poin

parameter yang mempengaruhi las titik. Untuk mendapatkan pemahaman yang

sistematis maka berikut akan dijelaskan beberapa parameter yang paling berpengaruh.

a) Weld Current (Arus Pengelasan)

Weld current adalah parameter paling penting dalam las titik. Ukuran weld

nugget bertambah dengan cepat seiring bertambahnya weld current, tetapi

arus yang terlalu tinggi akan mengakibatkan kerusakan dan keausan

elektroda. Harga weld current harus sesuai dengan sifat dari material yang

akan di las. Dalam menentukan besar weld current, arus dinaikan secara

perlahan sampai adanya serpihan las (weld spatter) yang tercipta diantara

lempengen metal tersebut. Ini menandakan bahwa arus yang tepat sudah

terpenuhi.

Figure 5. Besar Weld Current Untuk Alat Las Titik Tertentu

b) Squeeze Time (Waktu Tekan)

Waktu tekan ialah waktu pada saat logam dijepit dengan 2 elektroda sebelum

arus listrik dialirkan. Waktu tekan diperlukan untuk menunda masuknya arus

sampai penekanan oleh elektroda sudah mencapai kondisi yang diinginkan.

c) Welding Force (Gaya Las)

Fungsi dari adanya gaya penekanan oleh elektroda adalah untuk menekan

lembaran untuk disatukan. Benda kerja perlu adanya penekanan pada gaya

tertentu pada bagian weld zone untuk memastikan arus dapat mengalir. Jika

penekanan terlalu lemah maka dapat terjadi pemisahan seketika saat dialirkan

arus karena resistansi kontak yang sangat besar. Jika gaya tekan terlalu besar

maka area kontak akan membesar yng menyebabkan kecilnya arus yang

mengalir dan kecilnya resistansi kontak yang secara signifikan mengurangi

panas yang dihasilkan serta ukuran weld nugget.

Figure 6. Relasi Gaya Terhadap Waktu

d) Weld Time (Waktu Las)

Waktu las yaitu waktu ketika logam dijepit dan dialiri arus listrik tegangan

agar temperatur logam naik dan memaksanya menjadi satu. Panas yang

dihasilkan elektroda berbanding lurus dengan waktu las. Untuk spot welding

lamanya berkisar antara 3-50 Hz. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam

menentukan weld time:

Weld time harus sekecil mungkin. Weld time yang terlalu lama akan

merusak material dan elektroda.

Weld time harus memastikan diameter weld nugget cukup besar dalam

pengelasan lembar yang tebal.

Weld time harus seminimal mungkin menghindari adanya indentasi

pada matrial akibat penekanan oleh elektroda.

e) Hold Time (Waktu Tenggang)

Hold time atau disebut juga cooling time adalah waktu dimana arus telah

dihentikan tetapi penekanan masih dipertahankan. Hold time berfungsi agar

weld nugget dapat mengeras. Hold time yang terlalu lama akan menyebabkan

panas dari lasan untuk menjalar ke elektroda yang menyebabkan elektroda

rentan terhadap aus. Hold time terlalu lama dapat juga menyebabkan material

berkarbon tinggi (lebih dari 0.1%) menjadi terlalu getas.

f) Resistansi Kontak

Resistansi kontak pada muka las adalah parameter paling berpengaruh yang

berhubungan dengan material benda kerja walaupun untuk prose pengaruhnya

sangat dinamis. Saat welding force naik, maka resistansi kontak juga naik

begitupun sebaliknya. Resistansi kontak yang tinggi dipengaruhi oleh

berbagai pengotor pada permukaan benda kerja seperti oksidan, uap air,

lemak, minyak, debu dan lainnya. Pada saat benda dipanaskan, pengotor ini

akan menjadi yang pertama untuk terbakar, sehingga seiring naiknya

temperatur, semakin kecil pula resistansi kontak suatu logam.

Figure 7. Contoh Relasi Resistansi Kontak Terhadap Tekanan dan Suhu

g) Permukaan Kontak Elektroda

Salah satu kriteria umum dari las titik adalah harus mempunyai ukuran

diameter nugget minimal sebesar 5t1/2, dimana t adalah tebal dari lembaran

logam tersebut. Untuk mencapai ini, diameter dari elektroda yang digunakan

haruslah lebih besar dari diameter nugget yang diinginkan.

3.3 STANDAR DAN SPESIFIKASI

Pada tugas kerja praktek kali ini digunakan standar spesifikasi dari AIRBUS

dengan kode spesifikasi I+D-P-182 A tentang "Resistance Welding Of Metals".

Spesifikasi ini adalah sebagai panduan dalam segala kegiatan spot welding untuk

segala parts yang dibuat untuk AIRBUS.

3.3.1 MATERIAL

Material dikelompokan dalam berbagai grup:

1. Material grup I : Baja Alloy Rendah (<5% kandungan alloy)

2. Material grup II : Baja Alloy Tinggi (>5% kandungan alloy)

3. Material grup III : Titanium dan berbagai alloynya

4. Material grup IV : Aluminium, Magnesium dan berbagai alloynya

Rasio antara lembaran yang tebal dengan tipis yang akan di las tidak boleh

melebihi rasio 4:1. Jumlah maksimum lembaran yang akan di las tidak boleh melebihi

4 untuk las titik tipe non-overlapped dan 2 untuk las titik tipe overlapped.

Table 1. Batasan Ketebalan

Material Group I dan II III IV

Thickness Range 0,4 - 2,0 mm 0,4 - 3,2 mm 0,6 2,0 mm

Untuk tugas kerja praktek ini akan lebih banyak dijelaskan untuk material

yang paling umum dan banyak digunakan pada proses manufaktur pesawat terbang di

PT Dirgantara Indonesia yaitu Grup IV dengan kualitas pengelasan Class B.

3.4 FLOW PROCESS SPOT WELDING

3.4.1 PREVIOUS CLEANING

Previous cleaning adalah bagian dari poses surface preparation dimana tujuan

dari previous cleaning adalah untuk membersih kan permukaan logam yang akan

dilakukan las titik dari pengotor yang akan menurunkan resistansi kontak. Proses ini

dilakukan dengan berbagai campuran kimia.

Table 2. Maximum time between the cleaning and welding

Material to be welded Welding class Maximum time

Aluminium and its alloysA 24 hours (1 day)

B & C 144 hours (6 days)

Magnesium alloys B & C 96 hours (4 days)

3.4.2 MACHINE QUALIFICATION

Machine qualification adalah proses untuk menentukan batas minimum dan

maksimum dari kemampuan suatu mesin. Proses machine qualification di desain

untuk memastikan bahwa nantinya hasil lasan akan mempunyai kualitas yang

konsisten dalam kondisi operasi konvensional.

A. Syarat

Proses machine qualification umumnya hanya dilakukan sekali seumur hidup

yaitu saat mesin baru diinstalasi, dengan catatan:

1. Mesin tersebut dipakai untuk pengelasan material yang sama

2. Mesin tersebut tidak dipindahkan ke tempat lain. Pemindahan mesin akan

mempengaruhi lingkungan kondisi kerja mesin dan juga perbedaan sumber

dan besarnya tegangan listrik.

3. Mesin belum pernah rusak dan adanya perbaikan yang besar.

4. Adanya mesin lain dengan tipe yang sama. Jika satu mesin telah melewati

proses machine qualification, maka mesin lain dapat dianggap telah

terkualifikasi. Suatu mesin dikatakan berbeda tipe jika berbeda: pembuatnya,

nomor model, panel kontrol, kapasitas listrik, penggunaan arus, atau sistem

pemberian tekanan pada elektroda.

B. Prosedur

Secara umum, proses kualifikasi ini harus dilakukan menggunakan material

yang akan dipakai dalam produksi. Panduan pemilihan material dan spesimen uji

sebagai berikut:

Table 3. Test specimen definition

Material

Group

Base

MaterialConfiguration

I and II

Inconel 718Mininum 0,4 : 0,4 mm

Maximum 2,0 : 2,0 mm

RepresentativeIt shall be defined in the

Certification Program

III

Ti6Al-4vMininum 0,4 : 0,4 mm

Maximum 3,2 : 3,2 mm

RepresentativeIt shall be defined in the

Certification Program

IV

2024 T3

alclad (sheet)

Mininum 0,6 : 0,6 mm

Maximum 2,0 : 2,0 mm

RepresentativeIt shall be defined in the

Certification Program

Untuk masing-masing grup material, proses kualifiksi akan dilaksanakan

melewati 3 tahap. 2 tahap pertama, material akan dinilai batasan prosesnya. 2 lembar

dengan ketebalan minimum dan 2 lagi dengan ketebalan maksimum akan di las

sesuai dengan Tabel 2. Setelah dilaksanakan dan diatur parameter dari mesin tersebut,

tahap ke 3 akan menggunakan sampel representatif dari 2 tahap awal untuk kemudian

dilakukan tes sesuai tabel berikut:

Table 4. Speciments to test in the resistance welding machine qualification

Weld Number of test specimens

Type ClassVisual

inspection

Radiographic

inspection

Shear

test

Flatwise

tensile

test

(1)

Macrographic Micrographic

Core

fold

(2)

Non-

overlapped

spots

A ALL ALL 100 25 --- 5 3

B &

CALL --- 100 25 5 --- 3

Overlapped

spots

A ALL 600 mm10x25

mm--- --- 600 mm 3

B &

CALL ---

10x25

mm--- 600 mm --- 3

keterangan,

1) hanya untuk material yang dikeraskan (hardened) dalam proses las

2) dibutuhkan hanya untuk las spaced spots Class A aluminium alloy dan continous

spots atau las discontinous overlaped Class B dan las spaced spots Class A berbasis

Nikel atau Cobalt.

3.4.3 PROCESS CERTIFICATION

Process certification didefinisikan sebagai proses penentuan parameter yang

sesuai untuk proses manufaktur suatu assembly part. Parameter ini mencakup weld

current, squeeze time, weld force, holding time dan lainnya.

A. Syarat

Process certification baru boleh dilakukan apabila sebelumnya mesin telah

melewati proses machine qualification. Setting parameter untuk sertifikasi proses

tidak perlu dilakukan untuk assembly unit dengan material yang sama, process

treatment dan susunan tebal lembar yang sesuai.

B. Prosedur

Panduan pemilihan material untuk proses sertifikasi dapat dilihat dari referensi

Tabel 2. Jumlah spesimen yang dipakai untuk pengujian process certification adalah

sebagai berikut:

3.4.5 INSPECTION DURING MANUFACTURING

Inspeksi rutin adalah kegiatan yang wajar dilakukan di dalam industri

manufaktur yang bertujuan mengontrol kinerja mesin untuk menjamin kualitas hasil

produksi. Untuk inspeksi ini biasanya digunakan sampel 10 buah spesimen, dengan

masing-masing diberi satu titik pengelasan, atau 10 buah titik overlapped spot.

Inspeksi harus dilakukan secara periodik dengan penjelasan sebagai berikut:

Pada awal proses manufaktur

Untuk kelas A: pada interval 1 jam.

Untuk kelas B dan C: pada interval 2 jam.

Setelah penggantian elektroda pada mesin las titik.

3.4.4 SPECIMENS TEST

1. Visual Inspection

Visual inspection adalah metode inspeksi dengan mata langsung tanpa

alat pembantu. Termasuk di dalamnya beberapa parameter berikut:

Penampakan permukaan:

Kehalusan permukaan luar dan ada tidaknya crack pada

bagian yang di las.

Pemisahan:

Saat pengelasan titik ada kemungkinan terjadi

pemisahan (gap) antara 2 material tersebut. Jarak pemisahan

tersebut masih dapat diterima jika masih dalam rentang 0.12 -

0.15mm atau 10% dari tebal rata-rata dari material Class A dan

0.15mm atau 15% untuk material Class B.

Indentasi

Kedalaman indentasi tidak bolh melebihi 0.13mm atau

10% tebal rata-rata untuk Class A dan B dan 0.13mm atau 20%

untuk Class C.

Cacat Terlihat

Visible Defects Acceptable Non-

Repaired (max % of

total spots)

Additional repaired (max

% of total spots)

A B C A B C

Non-authorized separation

of the sheets

3 5 10

Pitting or blowing of ⱷ >

1.5mm within trace

0 0 10

Pitting or blowing of ⱷ <

1.5mm within trace

3 5 10

Non-allowed traces

Distance to edge

exceeding the minimum

specified in drawing

2. Radiographic Inspection

Radiography inspection dikenal juga sebagai industrial radiography,

termasuk dalam nondestructive testing (NDT) atau tes yang dilaksakan dengan

tidak mendeformasi fisik dari suatu material. Metode ini digunakan untuk

mencari cacat dalam material dengan memanfaatkan kemampuan radiasi

elektromagnetik gelombang pendek dengan energi foton yang tinggi.

Sinar radiasi ini harus diarahkan ke area material yang akan diinspeksi

dengan sudut datang tegak lurus dari permukaan material tersebut. Material

ditempatkan diantara sumber sinar dengan alat deteksi. Perbedaan jumlah

energi radiasi yang diterima dengan yang diberikan ini akan memberikan

gambaran tentang ketebalan maertial atau komposisi internal material.

Figure 8. Radiographic Inspection

3. Shear Test

Shear test adalah tes paling umum dilakukan untuk mengecek

kekuatan dari las titik. Prinsip dari shear test adalah dilakukannya penarikan

pada 2 ujung material yang dilakukan las dengan satu titik dampai dialami

kegagalan. ada 5 modus kegagalan yang umum terjadi:

Figure 9. Shear Test Modes

4. Flatwise Tensile Test

Flatwise tensile test adalah metode inspeksi, sama seperti shear test, untuk

mengetahui kekuatan material hasil las. Bedanya adalah pada flawise tensile

test, gaya yang diberikan adalah gaya normal keluar terhadap permukaan

material.

Figure 10. Flatwise Tensile Test

5. Macrographic

Macrographic test bertujuan untuk mengecek kedalaman penetrasi

hasil las sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Hal ini dapat dicek

dengan melihat potongan melintang pada daerah las lalu menghitungnya.

Figure 11. Measurement of the spot diameter

Table 5. minimum spot diameter (applicable to all metals)

"e" thickness of

the thinnest

sheet to be

welded (mm)

"D" minimum

spot diameter

(mm)

"e" thickness of

the thinnest

sheet to be

welded (mm)

"D" minimum

spot diameter

(mm)

0.25 1.52 1.42 4.82

0.30 1.78 1.60 5.08

0.40 2.16 1.80 5.33

0.50 2.29 2.03 5.71

0.55 2.54 2.30 6.10

0.60 2.68 2.50 6.35

0.65 3.05 2.80 6.60

0.70 3.30 3.20 7.11

0.80 3.56 3.60 7.62

0.90 3.81 4.10 8.13

1.00 4.06 4.60 8.64

1.14 4.32 4.80 8.89