Prinsip dasar pengelasan

Lasan dapat didefinisikan sebagai penggabungan logam yang dihasilkan melalui pemanasan sampai suhu yang sesuai dengan atau tanpa penerapan tekanan, dan dengan atau tanpa penggunaan bahan pengisi.

Dalam pengelasan fusi, sumber panas menghasilkan panas yang cukup untuk membuat dan mempertahankan kumpulan logam cair dengan ukuran yang dibutuhkan. Panas dapat disuplai oleh listrik atau nyala gas. Pengelasan hambatan listrik dapat dianggap sebagai pengelasan fusi karena terbentuk beberapa logam cair.

---

Proses fase padat menghasilkan pengelasan tanpa melelehkan bahan dasar dan tanpa penambahan logam pengisi. Tekanan selalu digunakan, dan umumnya panas disediakan. Panas gesekan dihasilkan dalam sambungan ultrasonik dan gesekan, dan pemanasan tungku biasanya digunakan dalam ikatan difusi.

Busur listrik yang digunakan dalam pengelasan adalah pelepasan arus tinggi dan tegangan rendah yang umumnya berkisar antara 10–2.000 ampere pada 10–50 volt. Kolom busur itu kompleks tetapi, secara umum, terdiri dari katoda yang memancarkan elektron, plasma gas untuk konduksi arus, dan daerah anoda yang menjadi lebih panas daripada katoda karena pemboman elektron. Busur arus searah (DC) biasanya digunakan, tetapi busur arus bolak-balik (AC) juga dapat digunakan.

Total energi yang dimasukkan dalam semua proses pengelasan melebihi energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan sambungan, karena tidak semua panas yang dihasilkan dapat dimanfaatkan secara efektif. Efisiensi bervariasi dari 60 hingga 90 persen, bergantung pada prosesnya; beberapa proses khusus sangat menyimpang dari angka ini. Panas hilang melalui konduksi melalui logam dasar dan radiasi ke lingkungan.

Kebanyakan logam, ketika dipanaskan, bereaksi dengan atmosfer atau logam lain di sekitarnya. Reaksi-reaksi ini dapat sangat merusak sifat-sifat sambungan las. Kebanyakan logam, misalnya, cepat teroksidasi ketika dicairkan. Lapisan oksida dapat mencegah ikatan logam yang baik. Tetesan logam cair yang dilapisi oksida terperangkap dalam lasan dan membuat sambungan menjadi rapuh. Beberapa bahan berharga yang ditambahkan untuk sifat tertentu bereaksi sangat cepat jika terkena udara sehingga logam yang diendapkan tidak memiliki komposisi yang sama seperti semula. Masalah-masalah ini menyebabkan penggunaan fluks dan atmosfer inert.

Dalam pengelasan fusi, fluks mempunyai peran protektif dalam memfasilitasi reaksi terkendali logam dan kemudian mencegah oksidasi dengan membentuk selimut di atas bahan cair. Fluks bisa aktif dan membantu proses atau tidak aktif dan hanya melindungi permukaan selama penyambungan.

Atmosfer inert memainkan peran protektif yang mirip dengan fluks. Dalam pengelasan busur logam berpelindung gas dan busur tungsten berpelindung gas, gas inert—biasanya argon—mengalir dari annulus yang mengelilingi obor dalam aliran yang terus menerus, menggantikan udara dari sekitar busur. Gas tersebut tidak bereaksi secara kimia dengan logam tetapi hanya melindunginya dari kontak dengan oksigen di udara.

Metalurgi penyambungan logam penting untuk kemampuan fungsional sambungan. Las busur menggambarkan semua fitur dasar suatu sambungan. Tiga zona yang dihasilkan dari lintasan busur las: (1) logam las, atau zona fusi, (2) zona yang terpengaruh panas, dan (3) zona yang tidak terpengaruh. Logam las adalah bagian sambungan yang meleleh selama pengelasan. Zona terkena panas adalah suatu daerah yang berdekatan dengan logam las yang belum dilas tetapi telah mengalami perubahan struktur mikro atau sifat mekanik akibat panas pengelasan. Bahan yang tidak terpengaruh adalah bahan yang tidak cukup panas untuk mengubah sifat-sifatnya.

Komposisi logam las dan kondisi pembekuannya (pemadatan) secara signifikan mempengaruhi kemampuan sambungan untuk memenuhi persyaratan layanan. Pada pengelasan busur, logam las terdiri dari bahan pengisi ditambah logam dasar yang telah meleleh. Setelah busur berlalu, terjadi pendinginan cepat pada logam las. Pengelasan satu lintasan memiliki struktur cor dengan butiran berbentuk kolom yang memanjang dari tepi kolam cair hingga ke tengah las. Dalam pengelasan multipass, struktur cor ini dapat dimodifikasi, tergantung pada logam tertentu yang dilas.

Logam dasar yang berdekatan dengan lasan, atau zona yang terkena panas, mengalami berbagai siklus suhu, dan perubahan strukturnya berhubungan langsung dengan suhu puncak pada suatu titik tertentu, waktu pemaparan, dan laju pendinginan. Jenis-jenis logam dasar terlalu banyak untuk dibahas di sini, namun mereka dapat dikelompokkan dalam tiga kelas: (1) bahan yang tidak terpengaruh oleh panas pengelasan, (2) bahan yang dikeraskan oleh perubahan struktur, (3) bahan yang dikeraskan oleh proses pengendapan.

Pengelasan menghasilkan tekanan pada material. Gaya-gaya ini disebabkan oleh kontraksi logam las dan ekspansi serta kontraksi zona yang terkena panas. Logam yang tidak dipanaskan memberikan hambatan pada bagian atas, dan ketika kontraksi mendominasi, logam las tidak dapat berkontraksi dengan bebas, dan tegangan terbentuk pada sambungan. Hal ini umumnya dikenal sebagai tegangan sisa, dan untuk beberapa aplikasi kritis harus dihilangkan dengan perlakuan panas pada seluruh fabrikasi. Tegangan sisa tidak dapat dihindari pada semua struktur yang dilas, dan jika tidak dikontrol maka akan terjadi lengkungan atau distorsi pada hasil pengelasan. Pengendalian dilakukan dengan teknik pengelasan, jig dan perlengkapan, prosedur fabrikasi, dan perlakuan panas akhir.