FCAW-GTAW/TIG

• FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)

FCAW = Las busur listrik fluk inti tengah / pelindung inti tengah

Merupakan kombinasi antara proses SMAW, GMAW dan SAW Sumber energi pengelasan : menggunakan arus listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau melalui trafo dan atau rectifier. Dalam hal ini dapat menggunakan DCRP atau DCSP.

FCAW Adalah salah satu jenis las listrik yang memasok filler elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang terbentuk di antara ujung filler elektroda dan metal induk.

Elektroda pada FCAW terbuat dari metal tipis yang digulung cylindrical , diisi dengan flux sesuai kegunaannya

Pelindung proses pengelasan ini dari kemungkinan kontaminasi dari luar terlaksana dengan :

1. Gas yang dihasilkan pada proses pengelasan.
2. Terak / slag yang dihasilkan cukup banyak karena berada pada inti elektroda.
3. Tambahan gas pelindung dari luar jika diinginkan.
4. Proses FCAW pada dasarnya = GMAW dan yang menjadi pembeda utamanya adalah elektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks.

Berdasarkan metode pelindung, FCAW dibedakan :

1. Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri) , yaitu melindungi las yang mencair dengan gas dari hasil penguapan dan reaksi inti fluks
2. Gas shielding FCAW (perlindungan gas) = dual gas, yaitu melindungi las yang mencair selain dengan gas sendiri juga ditambah gas pelindung dari luar sistem.
3. Kedua jenis pelindung di atas sama2 menghasilkan terak las yang memadai untuk melindungi metal las yang akan beku.
4. Perbedaannya terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun).

Berdasarkan cara pengoperasiannya, FCAW dibedakan menjadi :

1. Semi otomatik / semi automatic

2. Otomatik / machine otomatik

    Sifat-sifat utama (Principal features) FCAW dalam proses pengelasan :

1. Produktivitas yang kontinu dari pasokan elektroda las

2. Sifat metalurgy las yang dapat dikontrol dari pemilihan fluks

3. Pembentukan manik las yang cair dapat ditopang oleh slag yang tebal dan       kuat.

Pelindung gas umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon. Namun dengan keberadaan oksigen kadang akan menimbulkan problem baru yaitu dengan porosity yang dihasilkan reaksi CO2 dan oxygen yang ada di udara sekitar lasan, sehingga perlu memilih fluks yang mengandung zat yang bersifat pengikat oxygen atau deoxydizer.

Alasan self shielding populer digunakan di luar ruangan (FIELD WORK), yaitu :
1. Menggunakan keluaran elektroda (Electrode extension) yang panjang, antara ½ “ s/d 3 ¾ “ (12 s/d 95 mm)
2. Dengan electrode extension yang tinggi akan menghindari hambatan pengaruh pemanasan elektroda (seperti preheat) yang dapat menstabilkan tegangan listrik (V) serta menurunkan arus lsitrik (A).
3. Penetrasi hasil lasan dangkal dan menyempit yang baik untuk proses build up pada gap yang melebar
4. Apabila sistem pengendalian Voltage dan amperage pada power station dapat dipertahankan, maka deposition rate meningkat pesat, sehingga meningkatkan produktivity
5. Penetrasi dapat disesuaikan dan untuk menghasilkan penetrasi dangkal, pemakaian arus dan polarity harus DCRP dan penetrasi dalam dengan DCSP

Penggunaan utama FCAW :
1. Baja karbon / carbon steel
2. Baja karon Alloy rendah / Low alloy carbon steel
3. Baja tahan karat / Stainless steel
4. Besi tuang / Cast Iron
5. Las titik baja tipis / Sheet steel spot welding
6. Pengerasan & pelapisan permukaan / Steel hard facing and cladding

Lay out mesin otomatik FCAW dioperasikan dengan arus DC constant dengan voltage 100% duty cycle.
Umumnya penggunaan side shielding ialah untuk pengelasan yang sempit, penetrasi kampuh yang dalam dan mengurangi spatter dan nozzle dapat dengan pendinginan gas atau air.
Pendinginan air apabila menggunakan arus di atas. 600 A
Penggunaan nozle secara tandem, untuk deposition rate yang tinggi dengan pelindung gas dapat dilakukan.

Gas pelindung pada FCAW adalah CO2., dengan keuntungan :
1. Harga murah
2. Meningkatkan daya penetrasi, walaupun dapat meningkatkan transfer globular mode mechanism
Jika komposisi CO2 pada material rendah maka lasan yang mencair akan mengambilnya dari udara sekitarnya, sehingga hasil lasan baik dan tanpa porosity.
Jika komposisi karbon tinggi akan cenderung menghasilkan lasan yang banyak porosity, sehingga pemilihann fluks yang mempunyai daya antioksidasi (oxidizer) perlu dipertimbangkan, sehingga mutu lasan dapat memenuhi tanpa porosity.

Base metal (metal dasar) yang dilas dengan FCAW ialah secara umum seluruh material yang dapat dilas dengan SMAW, GMAW atau SAW dapat dilakukan dengan baik.

Proses kontrol FCAW mencakup :
1. Weding current
2. Arc voltage
3. Electrode extention
4. Travel speed
5. Shielding gas flow
6. Deposition rate
7. Electrode angle

Arus pada FCAW berpengaruh langsung secara proposional terhadap elctrode :
1. Feed rate
2. Diameter
3. Composition
4. Extension rate
Penggunaan voltage constant pada FCAW ialah untuk mempertahankan pelelehan elektroda pada panjang busur tetap.

Tegangan busur (arc voltage) dan panjang busur mempunyai hubungan erat karena mutu tampilan, kemulusan, dan sifat lasan dengan FCAW akan sangat dipengaruhi oleh kondisi panjang busur dan voltage
Contoh : Jika voltage busur arus terlalu panjang akan berakibat banyak weld spatter dan manik las melebar.

FCAW dengan elektroda tanpa pelindung gas dengan busur voltage tinggi akan mengkonsumsi nitrogen disekitarnya yang dapat berakibat pososity pada pengelsan baja lunak dan akan berakibat retak pada baja tahan karat karena proses akan menngurangi kandungan ferrite pada hasil lasan.

Apabila voltage busur terlalu pendek (rendah) akan berakibat capping yang mengecil dan convex / cembung, menurunnya daya penetrasi dan banyak weld spatter.

Electrode extension perlu diperhatikan karena merupakan hambatan dalam pemanasan elektrode sebelum meleleh.
Kondisi suhu elektrode sebelum meleleh akan berpengaruh terhadap :
1. Penggunaan energy busur (arc energy)
2. Kemampuan beku elektrode (Electrode deposition rate)
3. Daya penetrasi (Penetration ability)
Travel speed berpengaruh pada penetrasi dan bentuk ulir pengelasan.
Penetrasi pada travel speed yang lambat akan lebih dalam daripada travel speed tinggi.
Pengelasan dengan travel speed lambat pada penggunaan arus (A) tinggi akan berakibat panas yang berlebihan (over heating) pada lasan, yang dapat menyebabkan bentuk bulir yang kasar, terperangkapnya slag dan burn through.
Pengelasan dengan travel speed tinggi dengan arus lsitrik (A) tinggi akan menyebabkan bulir las kasar dan undercut

Porosity : cacat yang terjadi karena adanya gas yang terperangkap dalam lasan, biasanya berbentuk butir-butir .

Keakuratan aliran gas pelindung tergantung dari :
1. Bentuk nozle las
2. Jarak ujung nozle dengan benda kerja
3. Media gerak dari gas pada area pengelasan.

Deposition rate : Jumlah berat metal las beku / jadi per satuan waktu
Deposition rate sangat bergantung pada variabel :
1. Diameter elektrode
2. Komposisi elektrode
3. Panjang keluaran elektrode (electrode extension)
4. Arus listrik pengelasan (welding current)

Efisiensi pengelasan ialah perbandingan antara jumlah berat kawat las yang digunakan dengan jumlah berat lasan yang jadi / beku dalam persen

Umunnya deposition rate eficiency FCAW :
1. Pelindung gas : 80 – 90 %
2. tanpa pelindung gas (self shielding) : 78 – 87 %

Mutu lasan FCAW bergantung :
1. Jenis elektrode yang digunakan
2. Metode yang digunakan
3. Kondisi bahan bakar
4. Desain sambungan las
5. Kondisi pengelsan

Keuntungan FCAW :
1. Highest Deposition rate for hand-held welding process
2. Higher tolerance level to contamination than GMAW
3. Self shielding electrode arc suitable for field application
4. Deep penetration arc minimize fusion problem

Keterbatasan FCAW :
1. Slag must be removed after welding
2. Smoky process...

• GAS TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW / TIG)

Proses Las GTAW ialah dengan arus dipasok sesaat elektroda wolfram menyentuh benda kerja. 

Elektroda merupakan logam wolfram aau tungsten karbida yang tidak merupakan bahan pengisi lasan (Non-Consumable). 

Elektroda hanya berfungsi sebagai konduktor listrik untuk membentuk busur listrik.

Bahan pengisi lasan (Filler metal) dipasok dengan tangan welder yang lain atau dipasok secara otomatis yang terpisah dari sistem rangkaian GTAW.

Classification of Electrode :

1. Elektroda tungsten dalam GTAW terbuat dari Tungsten / Wolfram mulia atau alloynya

2. Elektroda pada GTAW digolongkan berdasarkan komposisi kimianya.

Pelindung elektroda yaitu Gas Mulia seperti Argon, Helium yang dipasok ke pegangan elektroda tungsten.

Arus dapat menggunakan AC atau DCRP dan DCSP.

Dalam penggunaan polaritas DCSP : elektron bergerak dari elektroda dan menumbuk logam induk dengan kecepatan tinggi sehingga dapat menghasilkan Penetrasi yang dalam. Karena pada elektroda tidak terjadi tumbukan elektron, yang mengakibatkan panas elektroda tungsten tidak terlalu tinggi yang membuat elektroda awet. Umumnya dipakai untuk pengelasan baja.

Dalam penggunaan polaritas DCRP : Elektron bergerak dari metal induk ke arah elektroda, sehingga selain memanaskan metal induk, panas elektroda tungsten pun meningkat. Dengan pemakaian arus yang tinggi pada polaritas DCRP dapat melelehkan elektroda wolfram / tungsten. Penetrasi menjadi dangkal yang sangat sesuai untuk pengelasan metal yang tipis.

Saat pemanasan juga menghasilkan ionisasi gas pelindung argon yang menghasilkan ion-ion Argon positif yang menumbuk metal induk dan mengakibatkan peristiwa pembersihan (Cleaning Action) pengelasan.

Arus listrik AC : Proses yang terjadi akan sama dengan arus searah dengan polaritas DCSP dan polaritas DCRP yang digunakan secara bergantian. Hasil lasan berda diantara hasil lasan polaritas DCRP dan DCSP. Digunakan pada pengelasan alumunium yang permukaannya selalu ditutupi oksida dan mempunyai titik didih tinggi.

Pada pengelasanGTAW, kadang Udara yang terdapat di daerah root dapat mengganggu lasan, unutk hal ini diperlukan gas pembersih (BACK UP PURPE GAS). Gas Argon dan helium adalah gas yang paling baik untuk back up purpe gas, namun Nitrogen juga digunakan untuk stainless steel, copper, dan copper alloy. Back up purpe air harus dimasukkan dari point yang terendah.

Welding Torch / Cup : Gagang pemegang elektroda pada GTAW yang terbuat dari bahan ceramic.

Panas yang tinggi akibat penggunaan elektrode berdiameter besar untuk pengelasan yang kontinue akan menyebabkan kerusakan welding torch., maka dibutuhkan sirkulasi air (water) selain gas pelindung Argon untuk menghindari over heating.

Collet : Pemegang elektroda tungsten di dalam welding torch. Terbuat dari metal copper alloy, ikatan yang mantap antara collet dengan elektrodda sangat penting agar busur listrik sempurna dan dapat mengurangi overheating pada torch.

Proses pemindahan filler metal pada GTAW ialah dengan :

1. Mencairnya filler rod yang dipasok secara manual oleh tangan welder yang lain secara terus menerus, diantara elektrode tungsten dan material induk yang mencair dibawah busur listrik.

2. Mencairnya filler rod yang dipasok secara automatik oleh mesin filler secara terus menerus, diantara elektrode tungsten dan material induk yang mencair dibawah busur listrik.

4(empat)cara proses membangkitkan busur pada saat awal pengelasan :

1. Scratch or touch stat (Menggoreskan pada benda uji)

2. High frequency start (frekuensi tinggi)

3. Pulse start (penggunaan pulsa ini digunakan dengan arus DC dengan voltage tinggi, yang akan mengionisasi gas pelindung dan menstabilkan busur).

4. Pilot arc start (ini digunakan pada GTAW spot welding)

Proses pemindahan filler metal las GTAW dengan cara otomatis / mekasnis dapat dibagi :

1. Cold Feed wire

2. Hot Feed wire

Deposition rate Hot wire feeding Lebih tinggi dibanding Cold wire feeding karena Hot wire dipasok ke dalam busur listrik diantara elektroda dan metal induk telah dipanaskan lebih dahulu sehingga mendekati titik cair, sedangkan cold wire feeder hampir sama dengan manual, yaitu kondisi dingin.

Teknik Pengelasan GTAW :

1. Manual Welding / Pengelasan manual

2. Machine Welding / Pengelasan dengan mesin

a.Semi automatic welding 

b.Automatic welding.

GTAW digunakan untuk material :

1. Mild steel

2. High tensile steel

3. Alumunium

4. Magnesium

5. Titanium

Advantages / keunggulan :

1. Prosesnya bersih tanpa slag

2. Dapat mengelas semua jenis metal

3. Dapat mengelas metal tipis

4. Dapat menghasilkan lasan yang mulus tanpa spatter

5. Dapat digunakan dengan atau tanpa bahan pengisi

6. Dapat digunakan dengan biaya relatif lebih murah

7. Dapat mengontrol parameter las dengan akurat

Keterbatasan :

1. Proses las yang relatif lambat

2. Membutuhkan ketrampilan tinggi dari welder

3. Sangat sensitif dengan kontaminasi

4. Dapat mengakibatkan cacat tungsten inclusion karena sentuhan elektroda yang ikut mencair

Suplementary.

Sebab-sebab terjadinya cacat tungsten inclusion :

1. Kontak dari electrode tip dengan molten metal

2. Kontak dari filler metal dengan hot tip electrode

3. Arus melebihi dari batas diameter / tipe electrode

4. Set up hot tip electrode kurang baik

5. Grinding hot tip electrode terlalu kasar dan kurang runcing

6. Electrode terlalu panjang