Pengelasan Resistansi Listrik (Resistance Welding, RW)

Pengelasan Resistansi Listrik (Resistance Welding, RW) - Pada pengelasan ini, permukaan lembaran logam yang akan disambung ditekan satu sama lain dan arus yang cukup besar kemudian dialirkan melalui logam sehingga menimbulkan panas pada sambungan. Panas tertinggi muncul di daerah yang memiliki resistansi listrik tertinggi, yaitu pada permukaan kontak ke dua lembaran logam. Komponen–komponen tersebut termasuk benda kerja yang akan dilas (biasanya lembaran logam), dua buah elektrode yang saling berhadapan, dan sumber listrik arus bolak-balik . Hasil dari operasi tersebut dalam daerah lebur antara dua bagian benda kerja, dalam pengelasan titik disebut manik las (weld nugget).

Dalam pengelasan ini tidak digunakan gas pelindung, fluks, atau logam pengisi, dan elektrode yang menghubungkan daya listrik merupakan elektrode tak terumpan. Pengelasan risistansi listrik diklasifikasikan sebagai pengelasan lebur karena panas yang timbul melebur permukaan kontak ke dua lembaran logam tersebut. Namun demikian, terdapat pengecualian, beberapa pengelasan resistansi listrik menggunakan suhu di bawah titik lebur logam yang disambung, jadi tidak terjadi proses peleburan.

Sumber panas pada pengelasan resistansi listrik
Energi panas yang diberikan pada operasi pengelasan tergantung pada aliran arus listrik, resistansi rangkaian, dan panjang waktu arus dialirkan, seperti rumus berikut ini.

H = I2 R t
dimana : 

• H = panas yang dihasilkan, W-sec. atau J (1 J= 1/1055 Btu);
• I = arus listrik, A;
• R = resistansi listrik, W;
• t = waktu, detik (sec.)

Arus yang digunakan dalam pengelasan resistansi listrik ini sangat besar (umumnya, 5000 sampai dengan 20.000 A), tetapi tegangan relatif rendah (biasanya di bawah 10 V). Panjang waktu arus dialirkan pada umumnya sangat singkat, untuk pengelasan titik sekitar 0,1 sampai dengan 0,4 detik.

Alasan mengapa diperlukan arus sangat besar, adalah :

• Bilangan kuadrat dalam rumus di atas menyatakan bahwa arus mempunyai pengaruh yang besar terhadap besarnya panas yang dihasilkan,
• Resistansi listrik dalam rangkaian sangat rendah (sekitar 0,0001 W).

Resistansi listrik dalam rangkaian merupakan penjumlahan antara :

• Resistansi pada kedua elektrode,
• Resistansi pada kedua lembaran benda kerja,
• Resitansi permukaan kontak antara elektrode dan benda kerja,
• Resitansi permukaan kontak antara benda kerja dengan benda kerja yang lain.

Kondisi yang ideal bila resistansi terbesar dihasilkan oleh permukaan kontak ke dua benda kerja, sehingga panas tertinggi dihasilkan pada lokasi ini, sesuai dengan yang diharapkan. Resistansi pada permukaan kontak ini tergantung pada penyelesaian permukaan, kebersihan (tidak ada cat, minyak, dan pengotoran yang lain), daerah kontak, dan tekanan.

Contoh soal :
Operasi pengelasan titik resistansi listrik dilakukan pada dua lembar baja tebal 0,062 in, menggunakan arus listrik sebesar 12.000 A untuk durasi 0,23 detik. Resistansi listrik adalah 0,0001 W, dan manik las-an (weld nugget) yang dihasilkan memiliki diameter 0,25 in dan tebal 0,1 in. Energi lebur (unit melting energy) untuk logam Um = 155 Btu/in3. Berapa persen panas yang dihasilkan digunakan untuk melakukan pengelasan, dan berapa persen yang terserap oleh logam sekitarnya ?

Jawab :
Panas yang dihasilkan dalam operasi ini :

H = I2Rt = (12.000)2 (0,0001) (0,23) = 3312 Watt-sec.
= (3312)/1055 Btu = 3,14 Btu.

Volume dari manik las-an :
V = 0,1 p/4 .(0,25) 2 = 0,00491 in3

Panas yang dibutuhkan untuk melebur manik las-an ini :
Hm = V Um = 0,00491 (155) = 0,761 Btu

Jadi panas yang digunakan untuk melakukan pengelasan = 0,761/3,14 x 100 % = 24 %, sehingga panas yang diserap oleh logam sekitarnya = 76 %. Keberhasilan dalam pengelasan resistansi listrik tergantung pada tekanan dan panas. Fungsi tekanan yang utama dalam pengelasan ini adalah :

• Menekan elektrode ke permukaan benda kerja, dan permukaan benda kerja dengan benda kerja yang lain agar terjadi kontak, sehingga dapat dialiri arus listrik;
• Menekan permukaan kontak menjadi satu agar diperoleh sambungan bila suhu pengelasan telah dicapai.

Kelebihan pengelasan resistansi listrik adalah :

• Tidak menggunakan logam pengisi,
• Kecepatan produksi tinggi,
• Tidak diperlukan operator dengan ketrampilan tinggi, karena mesin dijalankan secara automatis,
• Memiliki kemampuan ulang (repeatability) dan keandalan yang baik.

Sedang kelemahan dari pengelasan resistansi listrik ini, adalah :

• Biaya investasi tinggi, karena harga peralatan mahal,
• Hanya dapat mengerjakan sambungan tumpang (lap joint),

Proses Pengelasan Resistansi Listrik
Terdapat beberapa proses pengelasan resistansi listrik yang sering digunakan dalam industri, yaitu :

• Pengelasan titik resistansi listrik (resistance spot welding, RSW),
• Pengelasan kampuh resistansi listrik (resistance seam welding, RSEW),
• Pengelasan proyeksi resistansi listrik (resistance projection welding, RPW),
• Pengelasan resistansi listrik yang lain.

Pengelasan titik resistansi listrik; merupakan pengelasan resistansi listrik yang paling banyak digunakan, seperti dalam produksi massal automobil, alat-alat rumah tangga, furnitur logam, dan produk-produk lain yang terbuat dari lembaran logam.

Pada proses pengelasan ini peleburan bidang kontak pada lembaran logam sambungan tumpang dicapai dengan menggunakan elektrode yang saling berhadapan. Ketebalan lembaran logam yang disambung sekitar 0,125 in. (3mm) atau kurang, biasanya dilakukan pada sederetan las-an titik, dalam kondisi sambungan las-an tidak kedap udara. Ukuran dan bentuk las-an titik ditentukan oleh ujung elektrode, pada umumnya berbentuk bulatan; tetapi kadang-kadang berbentuk yang lain seperti segi enam, segi empat, dan bentuk-bentuk yang lain. Manik las-an yang dihasilkan pada umumnya memiliki diameter 0,2 sampai dengan 0,4 in. (5 sampai dengan 10 mm), dan HAZ berada disekelilingnya. Operasi pengelasan titik dengan tahapan sebagai berikut :

• Benda kerja diletakkan diantara elektrode terbuka;
• Elektrode ditutup dan gaya tekan diberikan;
• Arus listrik dialirkan (disebut waktu las);
• Arus listrik diputus, tekanan tetap atau ditambah (arus yang kecil kadang-kadang digunakan sesaat menjelang akhir tahapan ini, untuk menghilangkan tegangan sisa dari daerah las-an);
• Elektrode dibuka, dan benda kerja yang telah dilas dipindahkan.

Material elektrode yang biasa digunakan terdiri dari dua kelompok, yaitu :

• Paduan tembaga, dan
• Komposisi logam tahan api seperti kombinasi tembaga dan tungsten.

Kelompok yang kedua memiliki sifat tahan aus yang tinggi, sehingga banyak digunakan dalam proses manufaktur. Perkakas akan selalu mengalami keausan secara bertahap bila digunakan berulang-ulang. Dalam praktek, elektrode didesain dengan saluran air pendingin.

Karena penggunaan dari pengelasan titik semakin meluas, maka berbagai mesin dan metode telah dikembangkan untuk melakukan operasi pengelasan titik, termasuk :

• Mesin pengelasan titik lengan-pemutus (rocker-arm spot welding machine),
• Mesin pengelasan titik jenis tekan (press type spot welding machine), dan
• Pistol pengelasan titik mampu jinjing (portable spot welding guns).

Pengelas titik lengan-pemutus, memiliki elektrode bawah stasioner dan elektrode atas dapat digerakkan ke atas dan ke bawah untuk pembebanan dan pelepasan benda kerja. Elektrode atas dihubungkan dengan lengan-pemutus yang gerakannya dapat dikendalikan dengan mengoperasikan pedal kaki. Mesin yang modern dapat diprogram untuk mengendalikan gaya dan arus listrik selama siklus kerja. Pengelas titik ini merupakan jenis pengelas titik stasioner, dimana benda kerja dibawa ke mesin.

Pengelas titik jenis tekan, digunakan untuk benda kerja yang besar. Elektrode atas memiliki gerakan garis lurus yang disiapkan untuk penekanan vertikal, dengan daya pneumatik atau hidraulik. Tekanan yang digunakan lebih besar dan biasanya diprogam untuk siklus kerja yang lebih kompleks. Sama seperti pengelas titik lengan-pemutus, pada pengelas titik jenis tekan, mesin juga diletakkan stasioner sedang benda kerja dibawa ke mesin.

Pistol pengelasan titik mampu jinjing, merupakan mesin pengelas titik dengan pistol pengelas yang dapat dijinjing; digunakan untuk pengelasan benda kerja besar yang sulit dipindahkan. Peralatan pistol terdiri dari elektrode saling berhadapan yang memiliki mekanisme penjepit. Setiap unit memiliki bobot yang ringan sehingga dapat dioperasikan dengan tenaga manusia atau robot industri. Pistol dihubungkan dengan sumber daya menggunakan kabel listrik fleksibel (untuk mengalirkan arus listrik) dan selang udara (untuk gerakan penjepit pneumatik). Air pendingin untuk elektrode, bila diperlukan, dapat juga disiapkan melalui selang air. Pistol pengelasan titik mampu jinjing banyak digunakan dalam perakitan akhir automobil untuk mengelas lembaran logam bodi mobil.

Pengelasan kampuh resistansi listrik
Dalam pengelasan kampuh resistansi listrik ini digunakan elektrode roda yang dapat diputar, dan serangkaian las-an titik yang tumpang-tindih dibuat sepanjang sambungan tumpang. Proses pengelasan ini dapat menghasilkan las-an kedap udara, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan tangki gasolin, peredam suara automobil, dan berbagai macam fabrikasi kontainer dari bahan logam lembaran. Secara teknik pengelasan kampuh ini sama seperti pengelasan titik, hanya disini elektrode roda biasanya diopersaikan secara kontinu, sehingga menghasilkan kampuh las-an lurus atau garis kurve seragam. Sudut yang tajam sulit dikerjakan dengan menggunakan metode ini.

Jarak antara manik las-an dalam pengelasan kampuh resistansi listrik ini tergantung pada gerakan roda elektrode relatif terhadap aplikasi arus las. Operasi yang biasa digunakan, disebut pengelasan gerakan kontinu (continuous motion welding), roda berputar secara kontinu pada kecepatan yang konstan, dan arus listrik diberikan pada interval waktu tertentu sesuai dengan jarak titik las-an yang diinginkan.

Pengelasan proyeksi resistansi listrik
Pengelasan proyeksi resistansi listrik hampir sama dengan pengelasan titik resistansi listrik.

Lembaran logam yang akan dilas, dipres dahulu dengan mesin pons, sehingga terjadi sembulan (proyeksi) dari dalam logam. Diameter permukaan proyeksi sama dengan tebal lembaran, sedang tinggi proyeksi lebih kurang 60 % dari tebal lembaran tadi. Proyeksi tersebut merupakan titik-titik dimana akan dilakukan sambungan las, sehingga cara ini dapat dihasilkan beberapa sambungan las sekaligus.

Keunggulan pengelasan proyeksi dibandingkan dengan pengelasan titik adalah :

• Penampilan lebih baik,
• Umur elektrode lebih panjang karena digunakan permukaan rata,
• Pemeliharaan elektrode lebih mudah,
• Pembuatan titik-titik proyeksi diperlukan biaya, tetapi dengan menghemat biaya pengelasan, maka secara keseluruhan biaya menjadi lebih murah.

Operasi pengelasan yang lain
Beberapa pengelasan yang lain, yang menggunakan prinsip pengelasan resistansi listrik adalah :

• Pengelasan nyala (flash welding, FW),
• Pengelasan upset (upset welding, UW),
• Pengelasan perkusi (percussion welding, PEW), dan
• Pengelasan resistansi frekuensi tinggi (high-frequency resintance welding, HFRW).

Pengelasan nyala, umumnya digunakan untuk sambungan tumpu (butt joints). Benda kerja dijepit dalam mesin dan bagian-bagian yang akan disambung disatukan dengan tekanan serendah mungkin, sehingga masih terdapat celah diantara kedua permukaan kontak. Dengan menggunakan tegangan listrik yang tinggi akan menimbulkan loncatan nyala api diantara kedua permukaan kontak tersebut, sehingga suhu naik mencapai suhu tempa. Karena panas yang dihasilkan akibat adanya nyala api, kadang-kadang pengelasan ini juga digolongkan sebagai pengelasan busur.

Sejalan dengan naiknya suhu pada permukaan kontak, tekanan perlahan-lahan ditingkatkan hingga terbentuk sambungan las-an. Tekanan yang digunakan berkisar antara 35 hingga 170 MPa. Sirip tipis yang terbentuk di sekeliling sambungan biasanya dihilangkan dengan proses pemesinan.

Pengelasan upset, hampir sama dengan pengelasan nyala, hanya saja permukaan kontak disatukan dengan tekanan yang lebih tinggi sehingga diantara kedua permukaan kontak tersebut tidak terdapat celah. Dalam opearasi pengelasan ini, benda kerja dijepit dalam mesin dan ditekan, kemudian dialirkan arus listrik, sehingga terjadi pemanasan akibat adanya resistansi listrik. Laju pemanasan tergantung pada tekanan, jenis bahan, dan keadaan permukaan. Karena resistansi listrik berbanding terbalik dengan tekanan, maka tekanan mula biasanya rendah kemudian ditingkatkan (upseting force) sehingga terbentuk sambungan las-an. Tekanan yang digunakan berkisar antara 15 hingga 55 MPa. Cara pengelasan ini banyak digunakan untuk batang, pipa, struktur yang kecil, dan benda-benda lain dengan penampang yang sama.

Pengelasan perkusi, juga hampir sama dengan pengelasan nyala, hanya saja durasi siklus pengelasan sangat pendek, umumnya hanya sekitar 1 hingga 10 mdetik. Pemanasan yang cepat dihasilkan dengan pelepasan energi listrik secara mendadak antara kedua permukaan, kemudian segera diikuti dengan proses perkusi (tumbukan) satu bagian terhadap bagian yang lain sehingga terbentuk sambungan las-an.

Pengelasan resistansi frekuensi tinggi, merupakan proses pengelasan resistansi listrik yang menggunakan arus bolak-balik frekuensi tinggi untuk menghasilkan panas, kemudian segera diikuti dengan memberikan gaya tekan tambahan (upset force), sehingga terjadi proses penyambungan.

Frekuensi yang digunakan berkisar antara 10 hingga 500 kHz, dan elektrode dikontakkan dengan benda kerja sehingga dihasilkan sambungan las-an dengan cepat. Variasi dari proses ini, disebut pengelasan induksi frekuensi tinggi (high-frequency induction welding, HFIW), arus pemanasan diinduksikan ke benda kerja dengan menggunakan kumparan induksi frekuensi tinggi. Kumparan tidak bersentuhan dengan benda kerja. Pengelasan resistansi frekuensi tinggi dan pengelasan induksi frekuensi tinggi adalah pengelasan tumpu kontinu yang digunakan dalam penyambungan pipa atau tabung dengan kampuh yang memanjang.

Tweet

Subscribe to receive free email updates: