STEEL METAL ARC WELDING (SMAW / MMAW)

STEEL METAL ARC WELDING (SMAW / MMAW)

Prinsip pengoperasian adalah dengan menggunakan panas yang dihasilkan oleh loncatan busur listrik / arc dari elektroda akan melelehkan benda kerja dan elektrodanya yang keduanya berada dalam suatu sirkuit listrik.
Peralatan yang digunakan dalam SMAW : Penyuplai arus listrik AC atau DC, Mesin las dan kabel, Elektroda
Pengutupan pengelasan dengan SMAW sangat penting karena akan mempengaruhi kedalaman penembusan pengelasan.
Pengutupan pada SMAW dengan arus DC dapat berupa :
1. Elektroda positif (reverse polarity : DCRP)
2. Elektroda negatif (straight polarity : DCSP)
Proses pengelasan terjadi apabila bususr listrik dari elektroda menyentuh benda kerja, sehingga melelehkan elektroda dan benda kerja.
Tegangan listrik (volt) yang dibutuhkan agar pengelasan dengan SMAW berjalan normal, umumnya berkisar antara 16 s/d 40 volt.
Kuat arus listrik (ampere) yang dibutuhkan : antara 20 s/d 550 amp
Panas yang dihasilkan : antara 9000oF atau 5000oF
Proses pengelasan membutuhkan arus yang cukup untuk melelehkan elektroda dan material dasar dan untuk itu perlu mempertahankan jarak antara ujung elektroda dengan permukaan material induk dijaga tetap.
sifat elektroda yang harus dimiliki selain sebagai penghantar dan bahan pengisi :
1. Pelindung / shielding dapat menghasilkan gas sebagai pelindung logam yang mencair dari kotoran atau gas dari luar pengelasan
2. Pemulung gas / Scavenger – sebagai pemulung gas / gas scavenger, pengikat oksigen / deoxidizer yang berfungsi untuk membersihkan logam cair dari percepatan pertumbuhan bulir material.
3. Stabilitas arus listrik
4. Selimut – dapat menyediakan selimut pembungkus las2an yang masih panas agar dapat meningkatkan kekuatan mekanik, bentuk las-lasan dan kebersihan permukaan lasan
5. Daya campuran yang dapat menigkatkan kekuatan mekanik las-lasan.
Keberagaman fungsi pelindung elektrode misalnya sebagian elektroda mengkonversi pelindungnya menjadi :
1. gas dan panas serta hanya sebagian kecil slag pelindung yang terbentuk
2. Slag oleh panas busur listrik, sehingga hanya sedikit gas yang ditimbulkan. Hal ini dapat diverifikasi dengan melihat hasil pengelasan yang mempunyai endapan slag yang tebal dan metal lasan yang tipis.

Elektroda yang menghasilkan slag yang tebal akan :
1. Membutuhkan ampere yang tinggi
2. Meningkatkan mampu endap / deposit rate
3. Sangat ideal untuk plate yang tebal pada posisi flat / datar

Elektroda yang menghasilkan slag yang tipis akan :
1. Membutuhkan ampere yang rendah
2. Menurunkan mampu endap / deposit rate
3. Sangat ideal untuk pengelasan apa saja pada segala posisi / all position

Keunggulan SMAW :
1. Peralatan relatif sederhana / simple , murah dan mudah dialihkan / portable
2. Pembungkus elektroda dapat melindungi las2an dari oksidasi yang berlebihan pada saat proses pengelasan
3. Tidak membutuhkan pelindung gas atau fluks tambahan
4. Prosesnya kurang sensitif terhadap angin dibandingkan dengan proses pengelasan pelindung gas lainnya
5. Dapat digunakan pada daerah yang terbatas
6. Proses sangat sesuai untuk kebanyakan material metal dan alloy (alpaka)

Ketersediaan elektroda SMAW untuk pengelasan :
1. Carbon and alloy steel
2. Stainless steels
3. Irons
4. Copper
5. Nickel & Alloy
6. Some of alumunium

Keterbatasan SMAW :
1. Ketidaksesuaian pengoperasian untuk mengelas metal yang mempunyai titik lebur rendah seperti timah hitam, timah zinc, karena panas yang dihasilkan selalu tinggi
2. Ketidaksesuaian untuk pengoperasian mengelas metal yang sangat reactive seperti titanium, zirconium, tantalum dan colombium karena gas deoxidasi yang tersedia tidak cukup untuk mengantisipasi oxygen yang timbul
3. Mempunyai deposition rate yang relatif rendah dibandingkan GMAW / MIG
4. Operator duty cycle dan deposition rate secara keseluruhan lebih rendah dibandingkan dengan FCAW
5. Slag harus selalu dibersihkan pada setiap start stop
SMAW dapat menggunakan arus bolak balik / alternating current (AC) atau arus searah (DC).

Faktor yang harus dipertimbangkan dalam penggunaan arus :
1. Penurunan voltage / voltage drop
a. Penurunan voltage pada arus AC < DC
b. Penggunaan kabel panjang untuk arus AC lebih baik dari DC
2. Arus rendah
a. Dengan diameter elektroda kecil dan arus rendah, maka arus DC lebih baik untuk welding
b. Busur listrik / welding arc DC lebih stabil dibanding arus AC
3. Permulaan busur / Arc starting
Sentuhan busur listrik DC lebih mudah dibanding arus AC karena setiap saat arus AC selalu melewati nol pada setiap saat setiap setengah gelombang / half cycle dan ini menyulitkan starting dan stabilitas busur
4. Panjang busur / Arc length
a. pengelasan dengan panjang busur rendah lebih mudah dengan DC dibanding AC
b. Dengan elektroda apa saja dengan arus DC kecuali tersebut di atas, lebih mudah mempertahankan kedalaman penetrasi yang rendah dengan teknik menyeretnya dibandingkan arus AC
5. Tiupan busur / Arc blow
Arus DC selalu mengalami persoalan arc blow / tiupan busur yang disebabkan oleh magnet yang timbul. Hal ini sangat jarang ditemukan pada arus AC yang disebabkan perlawanan magnet yang konstan sebesar 120 kali per detik.
6. Posisi pengelasan / welding position
Arus DC dalam hal tertentu lebih baik dari AC untuk posisi pengelasan vertical dan overhead karena dapat menggunakan arus searah. Namun dengan penggunaan WPS / elektroda yang sesuai , arus AC juga dapat menghasilkan las an yang bermutu.
7. Ketebalan logam induk / metal thickness
a. Baja lembaran atau penampang tebal dapat dilas dengan arus DC
b. Pengelasan dengan busur arus AC untuk baja lembaran kurang diminati dibanding busur arus DC
c. Namun dalam praktek penggunaan di lapangan penggunaan busur AC atau DC sama-sama dapat menghasilkan lasan yang bermutu tergantung WPSnya
d. Penggunaan sumber daya SMAW harus menggunakan type arus konstan / current constant type
e. Konstant voltage / voltage constant sangat menyulitkan welder untuk mempertahankan panjang busur yang diinginkan
Proses SMAW dapat digunakan untuk penyambungan dan pelapisan permukaan (surfacing) bermacam metal dasar.
Elektroda pembungkus SMAW untuk material dibawah ini secara umum mudah di dapatkan :
1. Carbon steel / baja karbon
2. Low alloy steel / baja campur rendah
3. Corrosion resisting steel / baja tahan korosi
4. Cast iron / besi tung
5. Alumunium and alumunium alloy
6. Nickel and nickel alloy

Elektroda tersedia dipasaran untuk pemakaian :
1. Tahan aus / wear resistance
2. Tahan korosi / corrotion resistance
3. Tahan benturan / impact resistence
Elektroda SMAW adalah hygroscopic (langka air) dan sangat rentan terhadap uap air. Penangan low hydrogen electrode setelah dikeluarkan dari pembungkusnya ialah dengan menyimpannya di dalam oven dan dilapangan dengan menggunakan portable oven (quiver).
Peningkatan jumlah hydrogen pada pengelasan akan mengakibatkan retak dingin (cold cracking). Ini harus dihindarkan

Penggunaan SMAW paling luas digunakan dalam pelapisan metal :
1. Cladding (pelapisan)
2. Buttering & Build up (membangun uap / regangan)
3. hard surfacing (pengerasan)

Tujuan / alasan dari pelapisan permukaan :
1. Corrosion resistance (tahan korosi)
2. Metallurgical control (pengendalian sifat metal)
3. Dimensional control (pengendalian ukuran)
4. Wear resistance (tahan keausan)
5. Impact resistance (tahan kejutan)


Sambungan dan persiapan / joint design & preparation.
Design sambungan las dirancang untuk menghasilkan kekuatan pengelasan sama atau lebih besar dari kekuatan material yang disambung pada kondisi pengelasan yang diinginkan.

Sambungan las harus memperhatikan tegangan (service stress) dan temperatur operasinya karena hasil pengelasan dapat meminimalkan tegangan sisa (residual stress) yang dapat mengakibatkan retak dingin dan retak kelelahan .
Sambungan dengan beban dinami dan statik harus dipertimbangkan .
Beban dinamik harus dapat menghindari retak kelelahan dan patah rapuh dalam pengoperasiannya.

Efek dari desain sambungan las :
1. Groove welds (las kampuh)
Pemilihan desain groove dipengaruhi oleh : Suitability, accessibility, cost of welding, welding position.
2. Fillet welding (las fillet) – tidak di bevel
Adalah untuk menggantikan groove weld las-lasan yang tidak mengsyaratkan kekuatan , merupakan cara ekonomis dan umum diterapkan. Fillet weld – tidak atau sangat sedikit penetrasi pada metal dasar namun harus bebas dari ketidak fusian. Fillet weld umum digabungkan dengan groove weld untuk mengurangi konsentrasi tegangan . Untuk mengukur kecekungan minimum dari las fillet dapat diukur dengan welding gage.
3. Welding backing (penyangga lasan)
Pemakaian lasan penyangga dapat membantu pencapaian lasan yang mulus dan penetrasi penuh
4. Backing strip (pita plat penyangga las)
Pelat strip yang relatif sama jenisnya dengan material induknya dan dipasangkan dibelakang sambungan
5. Copper backing bar (batang tembaga penyangga las)
Merupakan logam yang mempunyai sifat penghantar panas yang baik. Copper juga dipakai untuk menghindari menyatunya metal las akar yang cair dengan baking bar apabila persyaratan backing harus dilepas
6. Non metallic backing (penyangga las non logam)
Bentuk backing yang umum digunakan untuk SMAW ialah Grabular flux dan Refractory material yang ditempelkan dibelakang lasan dan setelah selesai baru dilepas.
7. Backing weld (lasan penyangga pengelasan)
Dilaskan pada bagian belakang yang akan disambung dengan jumlah layer dan passnya lebih dari satu pass.
Backing weld harus dilas lebih awal sebelum pengelasan root pass dari sisi muka pengelasan (welding face)
8. Fit up (penyetelan)
Yang diperhatikan pada saat penyetelan groove weld ialah bukaan akar (root opening) dan kelurusan elemen / struktur yang disambung dengan sumbu pengelasan. Kelebaran root opening akan mengakibatkan burn through dan kesulitan pengelasan.
9. Run-on & Run-off Tabs (sambungan ujung sementara)
Untuk menjaga mutu lasan pada tepi dan ujung dari elemen struktur yang akan di las. Materia run-on / run off tabs, joint dan WPS harus sama dengan material induk.
10. Preheating (pemanasan awal)
Pemanasan material sebelum dan pada saat pengelasan dianjurkan untuk mendapatkan material property lasan dan HAZ yang diinginkan sesuai WPS. Pemanasan yang berlebihan akan merusak material lasan dan menabah HAZ. Pre heat terus menerus boleh dilakukan pada thickness material karbon steel yang lebih dari 2 inchi., juga pada pengelasan besi tuang. Preheat menggunakan heating torch (tidak boleh pakai cutting torch). Unuk material yang tebal, saat tack weld harus dilakukan preheat. Untuk mengecek suhu diukur daerah belakang, jangan pada daerah preheat karena daerah belakang belum tentu panasnya sudah sesuai dengan daerah depan.
11. Typical joint geometries (typical untuk sambungan las)
WPS (Welding Procedure Specification), dipengaruhi oleh :
1. Material
2. Elektroda
3. Joint Desain
4. Amoerage
5. Voltage
6. Polarity
7. Posisi pengelasan
8. Kualifikasi welder
9. Travel speed
10. Welding progression
11. Pengujian
12. PWHT (Past Weld Heat treatment) – perlakuan panas setelah pengelasa untuk mengembalikan posis mikro ke posisi semula)
Mutu las-an dipengaruhi oleh :
1. Material yang disambung dan Elektrodanya
2. Kualifikasi juru las / welder
3. Posisi dan desain sambungan
4. Kuat arus, voltage dan polarity
5. Kecepatan pengelasan
6. Arahpengelasan dan teknik pengelasan.
Passes : Root pass (paling bawah) , fill pass, Hot pass, cover pass (paling atas)