Teknik Pengelasan (Welding) dalam industri

Dalam perancangan manufaktur, penggabungan berbagai material pasti diperlukan. Bahan yang paling sering untuk digabungkan adalah bahan logam. Penggabungan logam dapat menggunakan metode yang paling banyak dilakukan yaitu pengelasan (welding).

Pengelasan adalah teknik penggabungan bahan logam menggunakan bantuan energi panas baik dengan atau tanpa bahan pengisi (filler). Beberapa bahan logam membutuhkan proses dan teknik khusus dalam pengelasan. Bahan-bahan logam yang digabungkan disebut bahan induk dan bahan yang ditambahkan untuk menggabungkan bahan induk adalah bahan pengisi/filler.

Ada beberapa teknik pengelasan yang sering dipakai di industri, yaitu:

Arc (busur): proses pengelasan menggunakan pancaran busur listrik untuk menciptakan panas kemudian meleburkan kedua logam dan menggabungkannya. Catu daya listrik menghasilkan busur listrik pada elektroda. Arus listrik bisa menggunakan arus DC atau AC. Elektroda ditempelkan lalu digeser mengikuti jalur sambungan logam sehingga tercipta peleburan logam dan tergabung logam tersebut.

Teknik ini biasanya menggunakan bahan pengisi dan terutama digunakan untuk menggabungkan logam termasuk baja tahan karat, aluminium, nikel dan paduan tembaga, kobalt dan titanium. Proses pengelasan busur banyak digunakan di berbagai industri seperti minyak dan gas, listrik, dirgantara, otomotif, dan lainnya.

Friction (gesekan): teknik pengelasan dengan memanfaatkan gaya gesek mekanis untuk menciptakan panas. Panas tersebut yang akan dijadikan untuk penyambungan dua logam. Pengelasan Ini dapat dilakukan dengan berbagai cara pada bahan las yang berbeda termasuk baja, aluminium atau bahkan kayu.

Gesekan mekanis menghasilkan panas yang dapat melembutkan benda kerja sehingga saat ditempelkan sambungannya benda kerja akan menyatu saat kering. Teknik las gesekan tidak perlu bahan pengisi apapun.

Teknik gesekan sering digunakan dalam aplikasi kedirgantaraan karena sangat ideal untuk menggabungkan paduan aluminium ringan yang ‘tidak dapat dilas’. Proses gesekan digunakan di seluruh industri dan juga sedang dieksplorasi sebagai metode untuk mengikat kayu tanpa menggunakan perekat atau paku.

Sinar Elektron: Proses pengelasan dengan memanfaatkan sinar elektron berkecepatan tinggi pada ruang hampa untuk penggabungan bahan. Energi kinetik dari elektron akan berubah menjadi energi panas elektron membentur benda kerja sehingga benda kerja meleleh bersama. Teknik pengelasan elektron dapat diterapkan di sejumlah industri mulai dari kedirgantaraan hingga tenaga nuklir dan otomotif hingga kereta api.

Laser: Proses pengelasan dengan memanfaatkan sinar laser yang terkonsentrasi sebagai peleleh logam dan menggabungkannya. Proses pengelasan laser bisa dilakukan di ruang udara tidak seperti las elektron. Teknik ini banyak dijumpai di industri otomotif.

Istilah-istilah benda kerja pengelasan:

• Parent metal: Logam induk yang digunakan sebagai benda kerja pengelasan.
• Weld face: Permukaan pengelasan.
• Weld metal: Semua logam yang meleleh selama pengelasan dan dipertahankan dalam pengelasan
• HAZ (Heat Affected Zone): Bagian logam induk yang secara metalurgi dipengaruhi oleh panas las atau panas pemotongan, tetapi tidak meleleh.
• Fusion line: Perbatasan antara HAZ dengan weld metal
• Excess weld metal: Logam lelehan hasil pengelasan yang melebihi permukaan parent metal.
• Toe: Batas antara permukaan las dan parent metal. Ini adalah fitur pengelasan yang sangat penting karena jari kaki adalah titik konsentrasi tegangan tinggi dan sering kali merupakan titik awal untuk berbagai jenis retakan (misalnya retakan kelelahan, retakan dingin). Untuk mengurangi konsentrasi tegangan, jari-jari kaki harus berbaur dengan mulus ke permukaan parent metal.

Adapun parameter-paramter seperti distribusi temperature saat proses pengelasan, hingga tegangan sisa (residual stress) yang dihasilkan saat proses pengelasan akan sangat mempengaruhi baik keberhasilan dan konsumsi energi saat proses pengelasan itu sendiri, atau bahkan kualitas produk yang dihasilkan dari proses pengelasan itu sendiri sehingga penting untuk diatur dan dioptimasi.

Karena kompleksitas yang terjadi pada proses pengelasan, perhitungan secara analitis terlalu rumit atau bahkan tidak dapat dilakukan, sehingga salah satu metode yang paling umum digunakan adalah menggunakan standar-standard yang sudah ada, namun terkadang standard-standard tersebut tidak dapat mencakup secara detail dan komprehensif desain dari sebuah proses yang unik atau custom, sehingga digunakan metode permodelan komputer untuk menghitung parameter-paramter struktur, atau dikenal juga dengan istilah Finite Element Analysis (FEA).

Salah satu software FEA yang didedikasikan untuk aplikasi pengelasan adalah Simufact Welding, yang merupakan salah satu produk dari MSC Software.