Solid-state Welding

Dalam pengelasan solid-state tidak ada cairan atau fase cair muncul di sambungan las. Dalam pengelasan ini, benda kerja dilas dalam keadaan padat (solid state). Prinsip pengelasan solid-state ditunjukkan dengan contoh berikut: Jika dua permukaan bersih didekatkan kontak satu sama lain di bawah tekanan yang cukup, mereka membentuk ikatan dan menghasilkan sambungan. Untuk membentuk ikatan yang kuat, permukaan harus bebas dari film oksida, residu, cairan pengerjaan logam, kontaminan lain, dan bahkan lapisan gas yang teradsorpsi.

Ikatan solid-state melibatkan satu atau lebih fenomena berikut:

• Difusi: Transfer atom melintasi permukaan; dengan demikian, menerapkan panas eksternal meningkatkan kekuatan ikatan antara dua permukaan yang disambung, seperti yang terjadi pada ikatan difusi. Panas dapat dihasilkan secara internal oleh gesekan (seperti yang digunakan dalam pengelasan gesekan), melalui pemanasan resistansi listrik (seperti pada proses pengelasan resistansi, seperti pengelasan titik), dan secara eksternal dengan induksi pemanasan (seperti pada pengelasan butt tabung).
• Tekanan: Semakin tinggi tekanan, semakin kuat permukaan (seperti pada ikatan gulung dan pengelasan ledakan), di mana deformasi plastis juga terjadi. Pemanasan tekanan dan resistansi dapat digabungkan, seperti dalam pengelasan kilat, pengelasan stud, dan pengelasan proyeksi resistansi.
• Gerakan permukaan relatif: Ketika gerakan permukaan yang bersentuhan (permukaan faying) terjadi (seperti dalam pengelasan ultrasonik), bahkan amplitudo yang sangat kecil akan mengganggu permukaan kawin, memecah film oksida, dan menghasilkan yang baru, membersihkan permukaan—sehingga meningkatkan kekuatan ikatan.

Cold Welding and Roll Bonding

Dalam pengelasan dingin (Cold Welding / CW), tekanan diterapkan pada benda kerja melalui cetakan atau gulungan. Karena deformasi plastis yang terlibat, diperlukan setidaknya satu (tetapi sebaiknya keduanya) dari bagian persambungan menjadi ulet. Sebelum pengelasan, permukaan didegreased, disikat kawat, dan dibersihkan untuk menghilangkan noda oksida. Pengelasan dingin bisa digunakan untuk menyambung benda kerja kecil yang terbuat dari logam lunak dan ulet. Aplikasinya adalah kawat stok dan sambungan listrik.

Tekanan yang dibutuhkan untuk pengelasan dapat diterapkan melalui sepasang gulungan. Proses ini disebut roll bonding atau roll welding (ROW). Dikembangkan pada 1960-an, roll bonding digunakan untuk membuat beberapa koin. Prosesnya dapat dilakukan pada suhu tinggi. Persiapan permukaan penting untuk kekuatan permukaan.

Pengelasan Ultrasonik

Dalam pengelasan ultrasonik, permukaan kontak dari dua komponen dikenakan gaya normal statis dan tegangan geser berosilasi (tangensial). Tegangan geser diterapkan pada ujung transduser yang serupa dengan yang digunakan untuk mesin ultrasonik. Frekuensi osilasi umumnya dalam kisaran 10 hingga 75 kHz, meskipun frekuensinya lebih rendah atau lebih tinggi dari yang dapat dipekerjakan. Sambungan yang tepat antara transduser dan ujungnya penting untuk efisiensi operasi.

Tegangan geser menyebabkan deformasi plastis pada permukaan kedua komponen, memecah film oksida dan kontaminan dan dengan demikian memungkinkan kontak dan menghasilkan ikatan padat yang kuat. Suhu yang dihasilkan pada zona las biasanya dalam kisaran dari sepertiga hingga setengah dari titik leleh (skala mutlak) dari logam yang bergabung. Akibatnya, baik peleburan maupun peleburan tidak terjadi tempat.

Proses pengelasan ultrasonik serbaguna dan dapat diandalkan. Pengelasan ini dapat digunakan dengan berbagai macam bahan logam dan bukan logam, termasuk logam yang berbeda (strip bimetal). Pengelasan ini digunakan secara luas untuk penyambungan plastik, untuk pengemasan dengan foil, dan (di industri otomotif dan elektronik) untuk lap pengelasan lembaran, foil, dan kawat tipis. Ujung las bisa diganti dengan disk berputar untuk pengelasan struktur seam (lapisan) di mana salah satu komponennya adalah lembaran, foil, atau bahan tenunan polimer. Keterampilan sedang diperlukan untuk mengoperasikan peralatan ultrasonik.

Friction Welding (Pengelasan Gesekan)

Dalam proses penyambungan yang dijelaskan sejauh ini, energi yang dibutuhkan untuk pengelasan (biasanya: kimia, listrik, atau energi ultrasonik) dipasok dari sumber eksternal. Di pengelasan gesekan, panas yang dibutuhkan untuk pengelasan dihasilkan melalui gesekan pada permukaan dari dua komponen yang bergabung. Anda bisa mengetahui kenaikan suhu yang signifikan yang disebabkan oleh gesekan dengan menggosok tangan Anda bersama-sama.

Dalam pengelasan gesekan, yang dikembangkan pada tahun 1940-an, salah satu komponen benda kerja tetap diam sementara yang lain ditempatkan di chuck atau collet dan diputar pada kecepatan konstan tinggi. Dua komponen yang akan bergabung kemudian dibawa ke dalam kontak pada gaya aksial. Kecepatan permukaan bagian yang berputar dapat setinggi 900 m/mnt (3.000 kaki/mnt). Setelah kontak yang cukup terbentuk, putaran benda kerja diberhentikan dengan cepat (sehingga lasan tidak hancur oleh gaya geser) sedangkan gaya aksial meningkat. Oksida dan kontaminan lainnya di permukaan dihilangkan oleh gerakan radial keluar dari logam panas pada permukaan.

Pengelasan Gesekan Inersia. Proses ini merupakan modifikasi dari pengelasan gesekan, meskipun kedua istilah tersebut telah digunakan secara bergantian. Energi yang dibutuhkan untuk pemanasan gesekan dalam pengelasan gesekan inersia disuplai oleh energi kinetik roda gila (flywheel). Roda gila dipercepat ke kecepatan yang tepat, kedua benda kerja dibawa ke dalam kontak, dan gaya aksial diterapkan. Saat gesekan pada permukaan memperlambat roda gila, kekuatan aksial meningkat. Pengelasan selesai ketika roda gila telah berhenti. Waktu urutan ini penting untuk kualitas las yang baik.

Pengelasan Gesekan Linier. Dalam pengembangan lebih lanjut dari pengelasan gesekan, permukaan dari dua komponen yang akan disambungkan mengalami gerak bolak-balik linier, sebagai berlawanan dengan gerakan berputar. Dalam pengelasan gesekan linier, komponen tidak harus memiliki profil lingkaran atau tabung di penampang mereka. Prosesnya mampu mengelas komponen persegi atau persegi panjang (serta bagian bulat) yang terbuat dari logam atau plastik. Dalam proses ini, satu bagian dipindahkan melintasi permukaan bagian lain dengan keseimbangan mekanisme timbal balik.

Pengelasan Gesekan Aduk (friction-stir). Secara konvensional pada pengelasan gesekan, pemanasan permukaan dicapai melalui gesekan dengan menggosok dua permukaan yang bersentuhan. Dalam friction stir, tool penggosok digosokkan ke dua permukaan yang akan disambung. Probe tak habis pakai yang berputar, biasanya 5 hingga 6 mm dengan diameter dan tinggi 5 mm, dicelupkan ke dalam sambungan. Tekanan kontak menyebabkan pemanasan gesekan, menaikkan suhu antara 230 ° dan 260 ° C (450 ° dan 500 ° F). Probe di ujung alat yang berputar memaksa pencampuran (atau pengadukan) dari bahan dalam sambungan.

Peralatan las dapat berupa mesin penggilingan spindel vertikal konvensional, dan prosesnya relatif mudah untuk diterapkan. Ketebalan dari bahan yang dilas dapat dilas sesedikit 1 mm dan sebanyak 50 mm (2 inci) dalam jalur tunggal. Lasan yang dihasilkan dengan las ini memiliki kualitas tinggi, pori-pori minimal, dan struktur material yang seragam. Lasan diproduksi dengan masukan panas rendah dan oleh karena itu distorsi rendah dan sedikit perubahan struktur mikro. Tidak ada gas pelindung atau permukaan pembersihan diperlukan.

Resistance Welding

Kategori pengelasan resistansi mencakup sejumlah proses di mana panas yang dibutuhkan untuk pengelasan dihasilkan melalui hambatan listrik di dua komponen yang akan digabungkan. Proses ini memiliki keuntungan besar, seperti tidak membutuhkan elektroda habis pakai, gas pelindung, atau fluks.

Kenaikan suhu aktual pada sambungan tergantung pada kalor jenis dan konduktivitas termal yang buruk dari logam yang akan disambung. Misalnya, logam seperti aluminium dan tembaga memiliki konduktivitas termal yang tinggi, sehingga membutuhkan konsentrasi panas yang tinggi. Logam serupa atau berbeda dapat digabungkan dengan pengelasan resistansi. besarnya arus dalam operasi pengelasan resistansi dapat setinggi 100.000 A, tetapi tegangan biasanya hanya 0,5 sampai 10 V.

Kekuatan ikatan tergantung pada kekasaran permukaan dan kebersihannya dari permukaan sambungan. Oleh karena itu, lapisan minyak, cat, dan lapisan oksida tebal harus dihilangkan sebelum pengelasan. Adanya lapisan tipis oksida yang seragam dan kontaminan tidak begitu penting.

Explosion Welding

Dalam pengelasan ledakan (explosion welding), tekanan diterapkan dengan meledakkan lapisan bahan peledak yang telah ditempatkan di atas salah satu komponen yang disambung, yang disebut flyer plate. Tekanan kontak yang muncul sangat tinggi, dan energi kinetik pelat yang menumbuk komponen sambungan menyebabkan gelombang permukaan.

Dampak ini secara mekanis mengunci kedua permukaan, sehingga pengelasan tekanan dengan deformasi plastis juga terjadi. Flyer plate ditempatkan pada suatu sudut, dan setiap film oksida yang ada pada permukaan dipecah dan didorong keluar dari permukaan. Akibatnya, kekuatan ikatan dari pengelasan ledakan sangat tinggi.

Bahan peledak dapat berupa lembaran plastik fleksibel atau kabel atau dalam bentuk butiran atau cairan, yang ditekan ke flyer plate. Kecepatan detonasi biasanya berkisar antara 2400 hingga 3600 m/s (8000 hingga 12.000 ft/s); tergantung pada jenis bahan peledak, ketebalan lapisan bahan peledak, dan kerapatan dari lapisan. Ada kecepatan denotasi minimum yang diperlukan untuk pengelasan ini. Detonasi dilakukan dengan batas standar peledakan komersial.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR TEKNOLOGI MANUFAKTUR LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6^th ed). New Jersey: Prentice Hall.