STEEL CUTTING & WELDING
Aplikasi pemotongan logam (metal cutting) dalam konstruksi sangat luas, meliputi konstruksi :
1. Perkapalan (shipping & ship building engineering)
2. Anjungan minyak lepas pantai (oil & gas offshore plaform & facilities engineering)
3. Bangunan tinggi konstruksi metal (geberal high rise building construction)
4. Jembatan (Bridge construction)
5. Bejana tekan (Pressel vessel)
6. Ketel uap (boiler & steam generator engineering)
Pada awalnya penggunaan alat potong logam dengan filosofi memisahkan ikatan dari molekul-molekul logam dengan menggunakan gergaji, pahat, gunting (metode konvensional) yang terbuat dari logam yang lebih keras dengan logam yang dipotong.
Dengan filosofi mencairkan benda yang akan dipotong maka berkembang berbagai metode-metode pemotongan logam dengan berbagai sumber panas yang digunakan sesuai dengan ketersediaan dan efisiensi kerja. Sumber panas yang digunakan ada yang berasal dari pembakaran arang kayu, kokas, busur listrik, sinar laser dan busur plasma dan lainnya.
Kehalusan sela potong (kerf) tergantung dari :
* Kecepatan Potong
* Kontinuitas pemotongan
* Pemanasan selama pemotongan
* Debit Oxy
* Kemurnian Oxy
* Ketrampilan operator
OXY CUTTING
Pemotongan logam di bagi sebagai berikut :
1. Pemisahan ikatan molekul logam
a. Gergaji / saw : untuk bentuk yang tebal dan pejal misalnya shaft kapal, profile.
b. Gunting / shear ; untuk logam pelat tipis dan lunak
c. Pahat / chisel ; untuk hal-hal khusus
d. Bubut / lathe ; untuk hal-hal khusus
2. Memanaskan, mencairkan, menguapkan dan memisahkan logam
a. Konvensional misalnya dengan arag
b. Campuran oxygen dan gas bakar (oxy fuel cutting)
Misalnya dengan acytelene, benzene, LPG, menthane
c. Busur Listrik (arc gouging)
d. Sinar laser / laser beam cutter
e. Busur listrik plasma
Fungsi Nyala pemanasan :
1. Menaikkan temperatur logam ke oxy ignation temperatur
2. Melindungi semburan gas oxy tehadap pengaruh atas
3. Dapat membersihkan kotoran-kotoran ringan pada permukaan baja bagian atas karat (karat, scale, cat, dll)
Syarat-syarat logam dapat dipotong dengan OXY :
1. Titik Lebur Logam lebih besar dari oxy ignation temperatur --> menghindari pencairan logam sebelum reaksinya berlangsung)
2. Titik lebur oksida logam lebih kecil dari pada titik leleh logamnya
3. Titik lebur oksida logam lebih kecil dari temperatur yang dihasilkan untuk reaksi pemotongan
4. Koefisien konduksi panas dari logam harus rendah.
5. Oksida yan g terbentuk selama proses potong harus encer (SiO2 kental)
6. Logam harus mempunyai batas limit ketidakmurnian dari unsur lain (C, Cr, Si) dan menigkatkan herdenability (mo dan w).
Faktor-faktor dalam memilih bahan bakar :
1. Pengaruh pada kecepatan potong
2. Waktu yang diperlukan untuk pemanasan
3. Harga bahan bakar
4. Jumlah pemakaian bahan bajar
5. Kemampuan bahanbakar untuk digunakan dalam operasi lain
6. Kesiapsediaan bahan bakar dipasaran.
Typical Torch System :
1. Oxygen cylinder (Tabung lebih tinggi, warna hitam / hijau, putaran regulator ke kanan / CW)
2. Acetylene cylinder (Tabung lebih rendah, warna merah, putaran regulator ke kiri / CCW)
3. Method of securing the cylinder:
a. Caps : - Protect valve from being knock off
- Must be in place regulators are off
b. Regulator :
- Gauge – high and low pressure
- Bonnet – weaknest point
- Adjusting screw – clockwise - on
c. Backflash arrestors : Mencegah api balik ke dalam botol
- Orch / manifold
- regulator / torch
d. Hoses : - Oxygen : GREEN
- Acetylene : RED
e. Torch body ; single stage / dual stage
f. Torch head
g. Torch tip
h. Clothing and eye / face protection
Oxygen cylinder :
- Oxigen murni ~99 %
- Pressure : 2200 psi at 70 F
- Hydrosatic tested : 3300 psi
- Forged from 1 single piece of steel no welding
- Minimum of 1/4 thickness
- Annealed periodically (once in 5 years) : dibakar dengan suhu tertentu agar struktur mikro kembali normal
Oxygen valve :
- Brass Construction :
* Menghindari terjadinya spark saat membuka /
menutup valve
* Menjaga agar tidak terjadi korosi / keausan
- Double back seat - NEVER LEAVE HALF OPEN
- Pop off valve - (fragile disk)
- Right hand (RH) thread
Liquid oxygen disimpan di DEWWER FLASK
Oxygen dibekukan sebelum disimpan ke dewwer flask untuk mempermudah transportasi
DRAWWER FLASK dilengkapi EVAPORATOR (pengubah beku ke gas)
Acetylene cylinder :
- Acetone - absorbs acetylene under pressure
- Consumption rate = 1/7 content per hour --> idealnya 7 jam habis
- Fusible plug -212 F
- Let stand upright at least 20 minutes before using --> agar acetalyne yang pure naik ke atas
- protected valve or cylinder
Acetylene valve :
- Brass Construction :
- Packed valve - OPEN 1/2 to 3/4 TURN
- Hand wheel or tank wrench - NEVER REMOVE WRENCH during use
- RH (Male) or LH (female) thread
Acetylene : Made from Calcium carbide and Water
FLAMES TYPE :
1. Carbodizing : ACETYLENE >> banyak dari Oxy (tidak bagus untuk pemotongan)
2. Neutral : fuel = oxy (bagus untuk pemotongan)
3. Oxidizing : OXY >> acetylene (tidak bagus untuk pemotongan)
Safety operating procedures :
1. Acetylene safety precaution
2. Oxygen safety precaution
3. Procedure for changing tanks
4. Setup procedure for oxy –acetylene system
5. Procedures for lighting oxy-acetylene systm
6. Shutdown procedure for oxy – acetylene system
7. Flames types
Safety :
1. Backflash : turn oxygen off first
2. Watch where you cut
a. Don’ t blow molten metal toward another person
b. Don’t melt the hoses
c. Don’t drop metal on hoses
d. Don’t let hoses lay on hot metal
ARC GOUGING & PIERCING
Cara pemotongan logan dengan busur listrik adalah dengan Mencairkan logam yang dipotong dengan menggunakan sumber panas dari busur lsitrik yang dihasilkan oelh elektroda karbon dan kemudian cairan logam disembur dengan udara bertekanan.
(lihat gambar busur listrik / arc gouging page`62)
LASER BEAM CUTTING
Laser adalah suatu sumber panas yang mempunyai karakteristik yang khusus karena dapat difokuskan menjadi titik yang sangat kecil sekali dan menghasilkan power density yang sangat tinggi sehingga dapat melelehkan atau menguapkan logam
Power density : 6.5 x 106 s/d 6.5 x 108
Cara pemotongan : Dengan melelehkan logam secara terkonsentrasi (locally melting) atau menguapkan logam dengan panas dari suatu sinar laser.
Pengeboran dengan sinar laser adalah suatu proses operasi pulsa yang mempunyai density tinggi dan waktu yang lebih singkat dari laser cutting
Penggunaan gas sebagai peningkatan kecepatan dan kehalusan pemotongan dapat menggunakan gas oxygen bertekanan tinggi.
CO2 berkemampuan inggi dapat memotong pelat karbon setebal 1" (25.4 mm).
Batas ketebalan sampai 0.375" (9.5 mm) untuk menjaga pemokusan sinar laser --> menjaga mutu
Kelebihan : Sangat cepat, halus, presisi, tanpa rework
PLASMA CNC CUTTING
Cara pemotongan : Dengan busur plasma yang dihasilkan oleh ionisasi gas di dalam chamber potong
Busur plasma (JET) dihasilkan dari proses pemanasan dengan listrik terhadap plasma gas yang terbentuk yang dapat menghasilkan panas yang sangat tinggi sehingga molekul gas terionisasi dan menghasilkan energi sangat tinggi yang dapat melelehkan logam
Jenis gas yang digunakan : Gas Argon, Helium, Nitrogen.
Penambahan hydrogen atau oxygen ke dalam gas diperlukan untuk menaikan daya hantar.
Semakin tinggi daya hantar gas maka semakin tinggi panas yang dihasilkan.
Gas Flow Rate : 2 s/d 20 Cfh
Temperatur yang dihasilkan : 6000 s/d 10.000 F
Kecepatan rambat (propagation speed) : s/d 20.000 feet per detik.
Elektroda yang digunakan : LAS TIG / GTAW
a. WOLFRAM ' TUNGSTEN
b. TUNGSTEN ALLOY
Sumber tenaga yang dipakai : Listrik arus DC yang didapatkan dari generator DC atau rectifier (trafo) yang besarnya berkisar 600 s/d 1.000 amps
Cara Mengontrol panas :
a. Mengubah besaran arus
b. Mengubah ukuran orifice
c. Mengubah komposisi gas
d. Merendam benda yang dipotong
Busur listrik plasma dibagi menjadi 2 type :
1. Transferred
2. Non-transferred
Perbedaan busur listrik TIG dengan plasma Arc weld : Tinggi busur listrik plasma arc weld lebih tinggi dari TIG / GTAW.
STEEL CUTTING & WELDING
on Tuesday, 27 July 2010
BASIC OF WELDING
Penggunaan teknologi pengelasan dewasa ini sangat luas dan beragam penggunaan, mulai dari proses penambahan, penyambungan dan perbaikan.
Luas penggunaan disebabkan
1. Penggunaan teknologi las yang terus berkembang
2. konstruksi bangunan relatip lebih ringan
3. mempermudah penyediaan material kontruksi
4. biaya kontruksi menjadi lebih murah
Ruang lingkup aplikasi las
1. perkapalan
2. anjung minyak lepas pantai
3. bangunan tinggi kontruksi metal
4. jembatan
5. bejana tekan
6. pipa penyalur
7. ketel uap
* WELDING DEFINITION
Welding is a methode of achieving an inter-otomic bond between two part:
with or without the application of heat
with or without the application of pressure
with or without the additional feller metal
every welding process must fulfill the four requirements listed bellow:
a supply of energy to creat an union by fusion or pressure
a mechanism for removing superficial contamination from the joint face
avoidance of atmospheric contamination
control of welding metallurgy
* BRAZING DEFINITION
Brazing is methode of joining part by additional of
1. Filler metal and with the application of heat
2. the metal point of filler metal is to be less than that of the base metal and above 450 derajat celcius
* SOLDERING DEFINITION
Soldering is a methode of joining part by additional of :
Filler metal and with the application of heat
the metal point of filler metal is to be less than that of the base metal and above 450 derajat celcius
• ARC WELDING ( A.W )
The term arc welding applies to a large and diversified group of welding process that use an electric arc as the source of heat.
Sumber energi yang umum digunakan dalam penggunaan arc welding adalah listrik yang disuply power station atau generator.
Secara umum sumber listrik yang dihasilkan generator atau power station dapat berupa :
Alternating current ( AC )
Direct Current ( DC )Atau AC / DC
Karakteristik arus yang dihasilkan dapat bersifat :
1. arus konstan
2. tegangan konstan
3. atau kedua2nya
4. pulsing output methode
beberapa sumber energi listrik hanya menghasilkan arus tertentu, misalnya
1.transformer type power supply source, menghasilkan arus AC saja
2. tranfomer rectifier power source dapat menghasilkan AC dan DC
3.electrik motor generator power source, umumnya mengasilakn DC saja.
• FORCE IN THE ARC
1.Pinch effect
2.Kinetik energy
3.gravitational weight
• FORCES ON THE WELD POOL
All of the forces :
1. pinch Effect
2. kinetic energy
3. grafitation or at last two, pich effect and kinetic energy
• ARC initiation
To srike an arc, a conducting medium of ionized gases is required. This can be done in two way iat atmospheric pressure :
1.by applaying a sufficiently hight voltage ( 10V ) to cause a discharge.
2. by touching the electrodes and drawing thwm part, know as touch drawn metode. The electrodes are withdrawn about ¼”
An electrict Arc provides :
1.a source of heat
2.Transver of molten metal from electrode to work
3.removel of surface film at cathode by bombardment of heavy particles protons.
There are three parameters, which determine the heat input :
1. Current
- low current will product an irregular bead which sit on the top of the plate without much fusion or penetration
- hight current product good fusion and penetration, but will cause excessive spatter and undercut
2. Voltage
- low voltage will produc an irregular narrow bead with poor penetration and tendency for slage inclusion
- hight voltagewill give good penetration and wide bead but will cause spatter and nitrogent pick-up
3.Speed
- low welding speed will give broader beads which tend to overlap on the work
- hight welding speed will product peaky and undercut beads, and poor penetration.
* ARC WELDING PROCESED
- Shellded 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. (lihat gambar pada page 11)
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 lsitrik (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.
5 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.
- Submerged arc welding ( SAW )
Proses las GMAW ialah dan retak dengan arus dipasok bersamaan dengan kawat pejal pengisi secara otomatis. Kawat elektroda dilindungi dengan gas pelindung dari luar.
Prosesnya : setelah operator pertamakali menset arus, voltage dan kecepatan kawat las sesuai dengan kebutuhan WPS, mesin las akan secara otomatis mengatur busur arusnya. Sehingga operator hanya diperlukan menggerakkan gun tube ke arah pengelasan. Apabila dioperasikan secara otomatis, para welder hanya diperlukan untuk menset awal, mengamati dan mematikan.
Gas pelindung yang umum digunakan ialah Argon, helium atau campuran dari keduanya. Untuk memantapkan busur kadang ditambahkan gas O2 (2 – 5 %) atau CO2 (5 – 20%)
Keunggulan GMAW
1. Konsentrasi busur tinggi, stabil dan percikan api sedikit sehingga mudah pengoperasiannya
2. Penggunaan arus yang tinggi dan kecepatan tinggi sehingga meningkatkan produktivitas
3. Slag terbentuk cukup banyak sehingga dapat melindungi lasan yang masih mencair dan retak
4. Ketangguhan pelindungan udara luar yang tinggi sehingga dapat menghindarkan lasan dari kontaminasi gas luar yang dapat mengakibatkan porosity
Dasar peralatan yangdibutuhkan, terdiri dari :
1. Welding gun and cable assembly / pemegang elektroda dan sambungan kabel
2. Elektroda feet unit / pemasok kawat elektroda
3. Power supply / pemasok arus listrik
4. Source of shielding gas / sumber dan pemasok gas
Kombinasi pemasokan kawat las:
1. Voltage tetap dengan konstan kecepatan kawat las (paling umum dipakai untuk mendapatkan mutu lasan yang diinginkan)
2. Arus tetap namun kawat elektroda dengan konstan Voltage (V) tetap
Dengan memperpanjang keluaran (stick out) kawat elektroda pada moncong welding gun, maka secara otomatis pasokan arus akan menurun sehingga akan mempertahankan panas pengelasan yang stabil.
Alternatif proses pemasok arus pada GMAW kadang diperlukan untuk mengelas alumunium dengan menggunakan arus tetap dan kecepatan elektroda yang konstan.
Panas yang dihasilkan proses pengelasan GMAW cukup tinggi apabila dioperasikan secara kontinu maka peralatan mesin las GMAW ada yang dilengkapi dengan pendingin air (water calcullation)
- gas metal Arc welding ( GMAW/MIG )
- Flux-cored arc welding ( FCAW )
- Plasma Arc Welding ( PAW)
- Spot Arc Welding ( SpAW )
* RESISTANCE PROCESS
- Flash butt welding ( FW )
- Resistance spot welding ( RSW )
- Resistance seam Welding ( RSEW)
- hight Frequency resistace welding ( HFRW )
*THERMO CHEMICAL PROCESED
- Oxy fuel gas welding ( OFW )
- Thermit Welding
* RADIATION PROCESS
-Laser beam welding
- Electron beam Welding
* SOLID PHASE PROCESS
- Cold pressure welding ( CW )
- Explasion welding ( EXW )
- Ultrasonic Welding ( USW )
*MISCELLANEOUS PROCESS
- Electro slag Welding ( ESW )
- Electro gas welding ( EGW )
ARC WELDING - MMA
The term 'arc welding' covers a large number of welding processes. What they have in common is the fact that they all use electric current to melt the filler metal and the parent metals.
The term 'arc welding' is commonly used only about manual arc welding with a coated electrode. That's why the process is called 'Manual Metal Arc welding' - (MMA).
When referring to other arc welding processes, welders use other terms, such as TIG, MIG or CO2 welding, for example. In these processes a gas is used to shield - to protect - the weld pool, and that's why these processes are often referred to as 'gas-shielded processes'. Gas-shielded arc welding can also be carried out manually, but it is more widely used for automatic or semi-automatic processes.
MMA
Manual metal arc (MMA) welding is often referred to as shielded arc welding (SMAW) in the USA. Arc welding with a coated electrode is usually carried out manually. It is the most widely used welding process and accounts for approximately 50% of all the welding carried out in the world today, although this percentage is decreasing because of the increased use of gas-shielded processes.
There's a great variety of electrodes that are used in MMA. And the choice of electrode depends on the type of metal that's to be welded, its thickness and preparation, and of cause the quality of the welded joint. What they have in common is that the electrodes used in manual arc welding are 'coated'; they consist of a core surrounded by a layer, a coating.
The core functions as an electrode: it conducts the electric current that is taken from the welding machines. When the electrode touches the metal plates, there's a short circuiting of the current. This short circuiting creates an eletric arc that's like a hot flame that melts the core and the metals that the electrode touches.
The coating contains various substances and its purpose is to protect the weld pool from the oxygen and impurities in the air. During welding the coating melts and creates a gas shield around the pool. Apart from protecting the weld pool, the coating also has another important function: to add alloying elements to the weld so as to improve its quality. The coating also improves arc initiation and arc stability. Some of the minerals or substances in the coating will settle on the finished weld as slag, but can be removed easily.
Welding Equipment
All kinds of arc welding are carried out by means of electric current supplied from the mains to the welding machine. This is an alternating current commonly of 230V. The welding machine is often referred to as a transformer or a rectifier depending on the current that it supplies for the welding process. If the current is direct current - dc -, the welding machines is referred to as a rectifier because it changes - rectifies - the alternating current from the mains into direct current.
This voltage level of the current taken from the mains is dangerous in case the welder touches the uninsulated parts of the electric wires. As a safety measure, regulations state that for manual arc welding the voltage level should be less than 80V ac or 100V dc. This voltage level is commonly called 'the open circuit voltage' or 'the no load voltage'. Welders use the abbreviation OCV for 'open circuit voltage'. This voltage level is not the same as the voltage level that's used during welding. The latter voltage ranges between 20 and 25 volts for most types of electrodes. Most welding machines are able to step down and rectify the current to different levels, and they are equipped with switches and dials for this purpose.
Polarity
When welding with direct current - dc -, the electrode can be connected to either the positive pole or the negative pole of the terminal; 'positive polarity' or ' negative polarity' are the terms that are most commonly used. If the electrode is connected to positive polarity, the workpiece must be connected to negative polarity. This connection is called 'positive polarity' or 'electrode positive'. In America, the term 'reverse polarity' is used about such a connection.
If the electrode is connected to negative polarity, the term used is 'electrode negative'. In the US, the term 'straight polarity' is preferred.
The most common parameters for the correct setting of the electric power are ac or dc, voltage and ampere. The levels of these welding parameters depend to a large extent on the type of metal to be welded, the welding position and the specifications as to the quality of the welded joint. Information concerning parameters and welding procedure is stated in the drawings and the job specifications.
In arc welding there are two cables, leads, connected to the welding set. One lead is connected to the output terminal, the supply terminal of the welding set. The output terminal can be either ac or dc, the polarity is usually positive, but may be negative in some cases. The other end of the output cable is connected to the electrode holder. The second lead is the return cable which is connected to the welding machine at one end and to an earth clamp at the other end. During welding, the earth clamp is clamped to the workpiece.
Welding is started by bringing the electrode in contact with the workpiece. When contact is made, the flow of electricity is short-circuited. The electrode is then lifted some millimetres above the workpiece, and an electric arc is created between the workpiece and the electrode. The electric arc is actually a spark between the two terminals of the electric circuit: the workpiece and the electrode. When the arc is made, the fusion temperature of the metals and the electrode is quickly reached.
Gas-shielded arc welding (GMAW)
In gas shielded arc welding a separate gas is used to protect the weld pool. The filler wire that is used may either be consumable electrode, as in MMA or MIG welding. In these processes the filler wire - which is identical with the electrode - melts during welding. But the electrode can also be non-consumable, as in TIG welding. In TIG welding therefore a separate filler wire is used together with an electrode.
The core of the filler wire contains the same material as the metals. It may consist of carbon steel or an alloy steel. During welding the core conducts the welding current and is melted and fused with the base metal to form one continuous weld.
TASKS
CC (constant current) - CV (constant voltage)
Explain the abbreviations "CC" (constant current) and "CV" (constant voltage).
