PENYAMBUNGAN MATERIAL

Rininta Triaswinanti1206217332

Teknik Metalurgi & MaterialFakultas Teknik Universitas Indonesia

2015

1. Jelaskan prinsip kerja las resistansi listrik. Serta mengapa tembaga dipilih sebagai elektrodanya.Jawab:Prinsip kerja las resistansi listrik adalah penyambungan permukaan logam dalam bentuk lembaran (sheet), dalam bentuk sambungan tumpang (lap joint) dan sambungan tumpul (butt joint), penekanan satu sama lain dengan penggunaan elektroda dan pengaliran arus listrik sehingga permukaan tersebut menjadi panas dan mencair karena adanya resistansi listrik. Panas diproduksi dari ketahanan material yang timbul dan dibutuhkan untuk membawa kuat arus dalam ampere yang tinggi. Makin besar ketahanan yang dimiliki logam makin tinggi pula intensitas panas yang dihasilkan. Tekanan diaplikasikan untuk mengkonsolidasikan nugget agar mendapatkan kekuatan las yang diinginkan.

Tembaga dipilih sebagai elektroda pada pengelasan resistansi listrik karena tembaga memenuhi persyaratan sifat-sifat elektroda, antara lain:

Konduktifitas listrik yang tinggi. Konduktifitas termal yang tinggi. Ketahanan terhadap deformasi yang tinggi. Stabilitas sifat fisika yang baik pada temperatur yang tinggi. Tidak mudah terkontaminasi oleh benda kerja. Harga yang relatif murah.

2. Jelaskan tahapan kerja dari las titik (spot welding). Serta jelaskan mengapa pelelehan terjadi pada bagian tengah kedua pelat yang disambung.Jawab:Tahapan kerja dari las titik (spot welding) adalah sebagai berikut.Dua lembaran tumpang tindih disambung menggunakan prinsip pencairan setempat yang disebabkan oleh arus yang terkonsentrasi antara elektroda-elektroda yang berbentuk silinder. Konsentrasi arus ditentukan oleh luas kontak antara elektroda dan benda kerja. Berikut merupakan mekanisme tahapan proses pada spot selding :

1. Dua elektroda yang berbentuk silinder diletakkan pada permukaan sambungan benda kerja dan benda kerja yang akan disambung.

2. Panas yang dihasilkan dari tahanan dikombinasikan dengan pemberian tekanan yang akan menghasilkan spot welding.

| Tugas - 04 2

3. Panas tersebut akan berakibat terbentuknya nugget pada permukaan sambungan dari dua benda kerja. Umumnya diameter dari nugget ini adalah 6-10 mm.

4. Arus yang dihasilkan berkisar antara 3000 - 40.000 A 5. Waktu pengelasan biasanya sekitar 0,6 dan 0,8 detik.

Pelelehan terjadi pada bagian tengah kedua pelat yang disambung disebabkan karena pada pengelasan spot welding diharapkan tahanan listrik terbesar pada permukaan antar material (r3) sedangkan tahanan listrik antara material yang akan dilas dengan elektroda harus sekecil mungkin (r1 dan r5) sehingga panas yang dihasilkan melelehkan bagian tengah pada pelat yang disambung. Sesuai dengan persamaan (1):

Keterangan gambar:r2 dan r4 = tahanan listrik material yang dilas

| Tugas - 04 3

r1 dan r5 = tahanan listrik pada permukaan kontak antara elektroda dengan benda kerja

r3 = tahanan listrik permukaan antar material

3. Jelaskan pengaruh arus, waktu dan tekanan terhadap hasil las resistansi listrik.Jawab: Pengaruh Arus terhadap Hasil Las Resistansi Listrik

Arus adalah salah satu parameter yang mengontrol masukan panas, namun arus juga menentukan kecepatan pemberian panas sehingga arus merupakan variabel yang paling kritis. Densitas arus yang berlebihan akan menyebabkan logam cair terlempar (metal expulsion) sehingga dapat terbentuk rongga dan retak yang tentunya berdampak pada rendahnya sifat mekanik lasan.

Pengaruh Waktu terhadap Hasil Las Resistansi ListrikWaktu siklus operasi secara keseluruhan untuk las resistansi listrik titik mempunyai empat tahap, yaitu:

Waktu tekan (squeeze time): periode antara saat mulai penekanan (kontak antar elektroda dengan benda kerja) sampai arus mulai mengalir.

Waktu las (weld time): merupakan interval waktu selama arus mengalir melalui benda kerja.

Waktu tahan (hold time): periode saat arus sudah tidak mengalir lagi tetapi elektroda masih menekan benda kerja sampai deposit las membeku.

Waktu berhenti (off time): periode antara saat akhir dari waktu tahan sampai waktu tekan berikutnya.

Berikut ini adalah grafik yang menjelaskan tentang 4 tahap waktu tersebut:

Waktu adalah parameter yang mengontrol masukan panas dan mempunyai pengaruh terhadap kuat geser hasil lasan, di mana dalam hal ini terdapat nilai waktu las yang optimum.

Pengaruh Tekanan terhadap Hasil Las Resistansi ListrikTekanan elektroda memiliki fungsi sebagai aksi penempaan sehingga dapat menghasilkan deposit las yang memiliki butir yang halus dan membuat kontak antar permukaan yang baik. Pengaruh dari peningkatan tekanan elektroda adalah penurunan tahanan kontak. Peningkatan tekanan elektroda akan menurunkan tahanan kontak, seperti terlihat pada diagram berikut :

| Tugas - 04 4

4. Jelaskan prinsip kerja spot welding berikut skematis gambar serta berikan penjelasan masukan panas (heat input) yang dibutuhkan untuk menyambung material dengan spot welding.Jawab:Spot welding digunakan untuk menyambung lembaran logam dengan ketebalan maksimal 3 mm yang saling tumpang tindih, dengan menggunakan sejumlah spot welds (sambungan las titik) yang dihasilkan dari prinsip pencairan setempat yang disebabkan oleh arus yang terkonsentrasi antara elektroda-elektroda yang berbentuk silinder, pada kondisi dimana penguatan oleh udara tidak diperlukan. Spot welding merupakan metode yang paling umum dipakai dalam resistance welding, seperti dalam produksi otomotif, peralatan logam dan produk-produk lain yang terbuat dari lembaran logam (metal sheet). Pada prinsipnya, sumber panas dari proses pengelasan dihasilkan oleh tahanan listrik, tanpa pelindung. Tahanan lisrik total yang digunakan merupakan fungsi penjumlahan dari:

Tahanan elektroda. Tahanan pada titik kontak antara elektroda dengan benda kerja. Tahanan pada bagian benda kerja yang akan dilas (bagian overlap). Tahanan pada titik kontak antara benda kerja dengan benda kerja.

Siklus pengelasan spot welding yaitu:

| Tugas - 04 5

Squeeze time (waktu tekan), yaitu periode antara saat mulai penekanan (kontak antara elektroda dengan benda kerja) sampai arus mulai mengalir.

Weld time (waktu las), yaitu interval waktu selama arus mengalir melalui benda kerja.

Hold time (waktu tahan), yaitu periode saat arus sudah tidak mengalir lagi tapi elektroda masih menekan benda kerja sampai deposit las membeku.

Off time (waktu berhenti), yaitu periode antara saat akhir dan waktu tahan sampai waktu tekan berikutnya.

Berbagai tahanan listrik pada spot welding

Tahanan listrik (R) yang digunakan dalam spot welding terdiri atas : tahanan listrik pada permukaan kontak antara elektroda dengan material yang dilas (r1 dan r5), tahanan listrik material yang dilas (r2 dan r4) dan tahanan listrik pada permukaan kontak antar material yang dilas (r3). Untuk pengelasan resistansi listrik, diharapkan tahanan listrik terbesar terjadi pada permukaan antar material (r3), sedangkan tahanan listrik terkecil terjadi di antara material yang akan dilas dengan elektroda (r1 dan r5) dengan menggunakan material yang memiliki konduktivitas tinggi. Tahanan kontak umumnya berkisar antara 50 – 100 μΩ.

5. Jelaskan perbedaan antara spot welding dan seam welding melalui gambar skematisnya.Jawab:Perbedaanya dapat dilihat dengan gambar skema berikut ini.

| Tugas - 04 6

Spot welding: elektrodanya berbentuk silinder

Dapat diuraikan perbedaan antara spot welding dan seam welding dalam tabel sebagai berikut.

Spot Welding Seam Welding1. Pengelasan hanya dilakukan pada titik-

titik tertentu.

1. Pengelasan dilakukan di sepanjang

pinggir.

2. Hanya menghasilkan 1 nugget. 2. Menghasilkan banyak nugget yang

berurutan.

3. Kemampuan las tinggi dan cepat. 3. Kemampuan las tinggi tapi lambat.

6. Jelaskan dengan gambar skematis siklus kerja dari seam welding.Jawab:Siklus kerja seam welding dijelaskan dengan gambar berikut ini.

Bersadarkan gambar skematis diatas, maka dapat diuraikan siklus kerja seam welding adalah sebagai berikut.

| Tugas - 04 7

Seam welding: elektrodanya berbentuk roda (wheel electrode) yang berputar saat pengelasan terjadi (seperti menjahit pakaian)

Single-impulse welding cycle

Single-impulse welding cycle with upslope and downslope heat control

a. Baja lembaran yang saling tumpang tindih, disambung menggunakan elektroda yang bulat dan berputar di pinggiran baja. Elektroda akan menekan baja lembaran tersebut.

b. Elektroda tersebut menghasilkan resistansi panas yang akan menghasilkan nugget berbentuk lonjong, yang berderet sesuai dengan kecepatan elektrodanya.

c. Akan terjadi penyambungan pada daerah nugget.d. Arus yang diberikan disepanjang sambungan oleh split electrode rollers mencapai

40000 A pada voltage 5 V dengan frekuensi hingga 350 Hz.

7. Jelaskan keuntungan dan keterbatasan dari proses pengelasan resistansi welding.Jawab:Keunggulan:

Waktu pengelasan singkat. Dapat menghasilkan resistansi panas dengan tinggi untuk pelelehan logam,

sehingga hasil pengelasan lebih rapi. Lebih efisien, tidak terlalu rumit, karena banyak dilakukan dengan menggunakan

robot. Bisa untuk produksi massal.

Kekurangan: Mahal, karena arus yang digunakan sangat besar. Membutuhkan perawatan khusu dalam perawatannya. Membutuhkan operatir yang handal. Harus ada kontak fisik antara elektroda yang membawa arus dengan benda kerja. Harus ada gaya penekan, baik sebelum, selama, maupun sesudah arus diberikan. Biasanya menghasilkan kekuatan yang berpusat pada satu daerah lasan sehingga

berpotensi terjadi kegagalan.

8. Untuk material logam tembaga, aluminium dan baja, urutkan mana yang material yang memiliki weldability yang baik dengan menggunakan pengelasan las titik (spot welding).Jawab:

MetalThermal Conductivity

(W/m-K)

Electrical Resistivity

(Ohms-cm)

Melting Point

(0C)

Tembaga 385 1,7 x 10-6 1085

Aluminium 190 5,0 x 10-6 620

Baja (1020) 52 17,4 x 10-6 1500

Jadi urutan material yang memiliki weldability yang baik adalah:a. Bajab. Aluminiumc. Tembaga

Berdasarkan tabel di atas, kita dapat mengetahui konduktivitas termal, hambatan listrik dan melting point dari ketiga material tersebut sehingga kita bisa mengetahui weldability

| Tugas - 04 8

mana yang lebih baik jika menggunakan las titik. Jadi urutan material yang memiliki weldability yang baik adalah baja, kemudian aluminium, dan kemudian tembaga. Hal ini dikarenakan baja memiliki resistansi yang besar sehingga berdasarkan rumus yang ada pada spot welding, semakin besar tinggi tahanan maka semakin tinggi panas yang dihasilkan, sehingga baja cocok untuk spot welding.

9. Pada pembuatan pipa ERW, mengapa digunakan arus frekuensi tinggi serta jelaskan peranan frekuensi tersebut terhadap sambungan di pipa tersebut.Jawab:

Pada pembuatan pipa baja ERW digunakan arus frekuensi tinggi karena dengan mengkonsentrasikannya pada permukaan yang akan disambung melalui dua probes yang membuat kontak ringan dengan bagian sambungan, arus yang diperlukan lebih kecil dan kontak listriknya juga lebih kecil. Dengan meningkatkan frekuensi arus yang diberikan hingga 450 Hz dan meningkatkan voltage dari satuan menjadi puluhan, dikembangkan proses yang disebut high-frequency resistance welding (HFRW).

Peranan frekuensi tersebut terhadap sambungan pipa ialah membuat kontak ringan antara probes dengan bagian sambungan sehingga arus yang diperlukan lebih kecil begitu pula dengan kontak listrik.

10. Jelaskan prinsip kerja projection welding, beserta keunggulan dan keterbatasannya.Jawab:

Prinsip kerja projection welding adalah dengan mengkonsentrasikan arus dan tekanan elektroda pada daerah yang akan dilas yang telah dipersiapkan sebelumnya sehingga aliran arus terfokus pada titik kontak yang terbatas. Teknik pengelasan ini merupakan modifikasi dari las resistansi titik

.

Projection welding mempunyai keunggulan dan keterbatasan seperti berikut ini :a. Keunggulan:

| Tugas - 04 9

Hasil las lebih rapih dibandingkan spot welding karena aliran arus dan elektroda terfokus.

Kecepatan pengelasan tinggi dan dapat dengan mudah beradaptasi untuk otomatisasi dalam kecepatan produksi yang tinggi.

b. Keterbatasan: Lap joint yang menjadi syarat berakibat penambahan bat. Sulit diperbaiki jika terjadi kesalahan pengelasan. Kekuatan sambungan rendah dan fatik juga rendah. Peralatan lebih mahal dibandingkan dengan arc welding.

11. Jelaskan persyaratan kualitas hasil las dengan spot welding, jelaskan hal tersebut dengan menganalisa ukuran nugget lasan-nya dan hasil uji tarik gesernya.Jawab:Syarat kualitas hasil las dengan spot welding dianalisa dari ukuran nugget dan hasil uji tarik gesernya ialah sebagai berikut:a. Ukuran Nugget

Ukuran nugget dari logam yang mencair sangat berkaitan dengan luas kontak antara benda kerja dan elektroda, dimana dalam hal ini konsentrasi arus juga dipengaruhi oleh luas kontak. Ukuran diameter dari nugget sebagai syarat dari kualitas hasil las spot welding adalah 6-10 mm.

b. Hasil Uji Tarik GeserKuat geser nugget umumnya harus cukup dapat menjamin bahwa bila sambungan diberi tegangan hingga putus maka putus terjadi pada lembaran mengelilingi nuggget. Hal penting yang perlu diperhatikan adalah kekuatan las titik yang dapat diperoleh melalui uji mekanik berupa shear strength dan uji cross section. Indikator yang sering digunakan untuk menetukan keuletan lasan khususnya pada material yang memiliki mampu keras yang tinggi adalah besarnya rasio antara cross section strength (ft) dan shear strength (fs). Bila rasio fs/ft mendekati satu, lasan dapat dikatakan ulet sedangkan rasio fs/ft mendekati nol, lasan bersifat getas.

12. Bila saudara di tugaskan untuk menyambung dengan metoda spot welding terhadap dua belah pelat dengan tahanan listrik yang sama namun memiliki ketebalan yang berbeda dimana t1 = 2 x t2. Buatlah skematis disain posisi elektroda yang akan dipakai terhadap sambungan kedua pelat tersebut.Jawab:Skematis disain posisi elektroda yang akan dipakai terhadap sambungan kedua pelat dimana dua belah pelat tersebut memiliki tahanan listrik yang sama namun memiliki ketebalan yang berbeda (t1 = 2 x t2) dengan metoda spot welding, seperti gambar berikut ini:

Misal:

s1 = 8 mm s2 = 4 mm t = 5 [(s) ½]

| Tugas - 04 10

Pelat 1

Pelat 2

Elektroda 2 (-)

Elektroda 1 (+)

D1 = 5[(8) ½] = 14,14 mm

D2 = 5[(4) ½] = 10 mm

Akan berjalan sesuai tahapan berikut ini.

| Tugas - 04 11