Pemilihan Gas Pelindung dalam Pengelasan Laser
Apakah Anda pernah mengalami cacat pengelasan seperti percikan berlebihan, bentuk las yang tidak estetis, dan banyak pori-pori setelah proses pengelasan? Meskipun Anda mungkin bertanya-tanya apakah hal ini disebabkan oleh pengaturan parameter proses pengelasan laser yang tidak tepat, tahukah Anda bahwa penggunaan gas pelindung yang benar juga merupakan faktor penting yang memengaruhi pembentukan dan kinerja las? Memilih gas pelindung yang optimal sebenarnya merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi pengelasan.
Mengingat gas pelindung begitu penting, apa sebenarnya fungsinya? Bagaimana cara memilih jenis gas pelindung yang tepat? Bagaimana cara mengalirkan gas pelindung selama proses pengelasan?
Peran Gas Pelindung
Dalam pengelasan laser, gas pelindung memengaruhi pembentukan las, kualitas las, penetrasi las, dan lebar las. Dalam kebanyakan kasus, aliran gas pelindung memberikan dampak positif terhadap hasil las, namun juga dapat menimbulkan efek negatif.
Efek Positif
1) Gas pelindung yang dihembuskan secara tepat secara efektif melindungi kolam las, sehingga mengurangi atau bahkan mencegah oksidasi.
2) Gas pelindung yang dihembuskan secara tepat secara efektif mengurangi percikan (spatter) selama proses pengelasan.
3) Gas pelindung yang dihembuskan secara tepat mendorong penyebaran kolam las yang seragam selama proses pembekuan, menghasilkan las yang seragam dan estetis.
4) Gas pelindung yang dihembuskan secara tepat secara efektif mengurangi efek perisai (shielding effect) dari awan uap logam atau awan plasma terhadap sinar laser, sehingga meningkatkan tingkat pemanfaatan efektif sinar laser.
5) Gas pelindung yang dihembuskan secara tepat secara efektif mengurangi porositas las.
Selama jenis gas, laju alir gas, dan metode penghembusan dipilih secara tepat, hasil yang ideal dapat dicapai.
Namun, penggunaan gas pelindung yang tidak tepat juga dapat berdampak negatif terhadap pengelasan.
1) Penerapan gas pelindung yang salah dapat memperburuk hasil las:
① Memilih jenis gas yang tidak tepat dapat menyebabkan retak las dan menurunkan sifat mekanis las;
② Memilih laju aliran gas yang tidak tepat dapat menyebabkan oksidasi las yang lebih parah (baik laju aliran terlalu tinggi maupun terlalu rendah), serta dapat mengganggu kolam las secara signifikan, sehingga mengakibatkan kolaps las atau pembentukan las yang tidak merata;
③ Memilih metode penerapan gas yang tidak tepat dapat mengakibatkan pelindungan yang tidak efektif atau bahkan tidak ada sama sekali, atau justru berdampak negatif terhadap pembentukan las;
2) Penerapan gas pelindung dapat memengaruhi penetrasi las, khususnya pada pengelasan pelat tipis, sehingga mengurangi penetrasi las.
Jenis-Jenis Gas Pelindung
Gas pelindung yang umum digunakan dalam pengelasan laser meliputi N2, Ar, dan He. Sifat fisiko-kimianya berbeda, sehingga pengaruhnya terhadap las pun bervariasi.
Nitrogen (N2)
Paling murah, tetapi tidak cocok untuk mengelas jenis baja tahan karat tertentu. Nitrogen (N2) memiliki energi ionisasi sedang, lebih tinggi daripada Ar namun lebih rendah daripada He. Di bawah iradiasi laser, tingkat ionisasinya umumnya rendah, sehingga secara efektif mengurangi pembentukan awan plasma dan meningkatkan tingkat pemanfaatan laser yang efektif. Namun, nitrogen dapat bereaksi secara kimia dengan paduan aluminium dan baja karbon pada suhu tertentu, menghasilkan nitrida. Hal ini meningkatkan kegetasan las dan mengurangi ketangguhan, sehingga berdampak negatif signifikan terhadap sifat mekanis sambungan las. Oleh karena itu, nitrogen tidak direkomendasikan sebagai gas pelindung untuk pengelasan paduan aluminium dan baja karbon.
Di sisi lain, nitrida yang dihasilkan dari reaksi kimia antara nitrogen dan baja tahan karat dapat meningkatkan kekuatan sambungan las, sehingga memperbaiki sifat mekanisnya. Oleh karena itu, nitrogen dapat digunakan sebagai gas pelindung saat mengelas baja tahan karat.
Argon (Ar)
relatif murah, memiliki densitas tinggi, dan memberikan perlindungan yang baik. Permukaan las lebih halus dibandingkan menggunakan helium. Namun, gas ini mudah terionisasi oleh plasma logam bersuhu tinggi, yang dapat menghalangi sebagian berkas laser agar tidak mencapai benda kerja, sehingga menurunkan daya pengelasan efektif serta menghambat kecepatan pengelasan dan penetrasi. Ar (Argon) memiliki energi ionisasi terendah, tetapi derajat ionisasinya relatif tinggi di bawah penyinaran laser, sehingga tidak mendukung pengendalian pembentukan awan plasma dan akan memberikan dampak tertentu terhadap tingkat pemanfaatan efektif laser. Namun, Ar memiliki reaktivitas sangat rendah dan sulit bereaksi secara kimia dengan logam umum. Selain itu, Ar murah. Lebih lanjut, Ar memiliki densitas tinggi, yang memudahkan gas ini mengendap di atas kolam las, sehingga memberikan perlindungan yang lebih baik bagi kolam las. Oleh karena itu, Ar dapat digunakan sebagai gas pelindung konvensional.
Helium (He)
Harganya lebih mahal, tetapi memberikan efek terbaik, memungkinkan sinar laser melewati secara langsung tanpa hambatan ke permukaan benda kerja. Helium memiliki energi ionisasi tertinggi, namun derajat ionisasinya sangat rendah di bawah penyinaran laser, sehingga dapat secara efektif mengendalikan pembentukan awan plasma. Sinar laser dapat berinteraksi dengan baik pada logam, dan He memiliki reaktivitas yang sangat rendah, sehingga pada dasarnya tidak bereaksi secara kimia dengan logam. Helium merupakan gas pelindung yang sangat baik untuk pengelasan. Namun, harga He terlalu mahal, sehingga umumnya tidak digunakan dalam produksi massal. Helium biasanya digunakan untuk penelitian ilmiah atau produk bernilai tambah tinggi.
Metode Injeksi Gas Pelindung
Saat ini terdapat dua metode utama untuk memasukkan gas pelindung: pertama adalah aliran samping (side-blowing) gas pelindung di luar sumbu... Aliran samping paralel gas pelindung
Jenis lainnya adalah gas pelindung konsentris (coaxial).
Gas Pelindung Konsentris (Coaxial)
Pemilihan antara kedua metode aliran tersebut bergantung pada kombinasi berbagai faktor, namun secara umum aliran samping gas pelindung direkomendasikan.
Prinsip-Prinsip dalam Memilih Metode Penghembusan Gas Pelindung
Pertama-tama, penting untuk memperjelas bahwa istilah "oksidasi las" merupakan ungkapan kolokial. Secara teoretis, istilah ini mengacu pada reaksi kimia antara hasil las dan komponen berbahaya di udara, yang menyebabkan penurunan kualitas las. Contoh umumnya meliputi reaksi logam las dengan oksigen, nitrogen, dan hidrogen di udara pada suhu tertentu.
Mencegah oksidasi las melibatkan pengurangan atau penghindaran kontak antara komponen berbahaya tersebut dengan logam las pada suhu tinggi. Suhu tinggi ini tidak hanya merujuk pada logam di zona cair (molten pool), tetapi juga mencakup seluruh periode mulai dari saat logam las meleleh hingga mengeras dan suhunya turun di bawah tingkat tertentu.
Misalnya, dalam pengelasan paduan titanium, hidrogen diserap secara cepat di atas 300 °°C, oksigen di atas 450 °°C, dan nitrogen di atas 600 °C. Oleh karena itu, las paduan titanium memerlukan perlindungan yang efektif setelah proses solidifikasi dan selama periode suhu turun di bawah 300 °C; jika tidak, las tersebut akan "teroksidasi."
Seperti dijelaskan di atas, gas pelindung yang ditiup tidak hanya harus melindungi kolam las secara tepat waktu, tetapi juga area yang baru mengalami solidifikasi. Oleh karena itu, metode tiupan gas pelindung samping sumbu eksentris (off-axis side-blowing) seperti ditunjukkan pada Gambar 1 umumnya digunakan karena memberikan jangkauan perlindungan yang lebih luas dibandingkan metode perlindungan koaksial seperti pada Gambar 2, khususnya memberikan perlindungan yang lebih baik terhadap area las yang baru mengalami solidifikasi.
Untuk aplikasi teknik, tiupan gas pelindung samping sumbu eksentris (off-axis side-blowing) tidak cocok untuk semua produk. Untuk produk tertentu, hanya gas pelindung koaksial yang dapat digunakan. Pemilihan metode harus disesuaikan dengan struktur produk dan jenis sambungan.
Pemilihan Metode Tiupan Gas Pelindung Spesifik
1) Las Lurus
Seperti ditunjukkan pada Gambar 3, bentuk las produk ini lurus. Jenis sambungan dapat berupa sambungan butt (ujung-ke-ujung), sambungan lap (tumpang tindih), sambungan corner (sudut), atau las tumpang (overlapping weld). Untuk jenis produk ini, metode pelindung gas samping dengan arah miring terhadap sumbu (off-axis side-blowing shielding gas) yang ditunjukkan pada lebih disukai.
2) Las Berbentuk Tertutup Datar
Bentuk las produk berupa bentuk tertutup datar, seperti lingkaran datar, poligon datar, atau garis multi-segmen datar. Jenis sambungan dapat berupa sambungan butt (ujung-ke-ujung), sambungan lap (tumpang tindih), atau sambungan las tumpang (overlap weld joint). Untuk jenis produk ini, gas pelindung koaksial lebih disukai.
Las berbentuk tertutup datar
Pemilihan gas pelindung secara langsung memengaruhi kualitas, efisiensi, dan biaya produksi pengelasan. Namun, karena keragaman bahan las, pemilihan gas las dalam pengelasan aktual cukup kompleks. Diperlukan pertimbangan menyeluruh terhadap bahan las, metode pengelasan, posisi pengelasan, serta hasil pengelasan yang diinginkan. Hanya melalui pengujian pengelasan dapat dipilih gas las yang lebih sesuai guna mencapai hasil pengelasan yang lebih baik.
