Pengertian SMAW (Shielded Metal Arc Welding) atau las busur logam terlindung adalah suatu proses pengelasan busur listrik dimana energi panas untuk pengelasan dibangkitkan oleh busur listrik yang terbentuk antara elektroda logam yang terbungkus dan benda kerja.
Logam pengisi yang ada di dalam elektroda dibungkus oleh slag yang akan menjadi pelindung logam lasan saat proses pengelasan berlangsung. Las SMAW biasa disebut juga dengan istilah las MMA (Manual Metal Arc) atau stick welding.
Kata shielded metal arc welding (SMAW) merujuk pada proses penyambungan dua buah logam atau penambahan logam pada permukaan logam yang ada. Masing-masing kata dalam SMAW memiliki makna, shielded maksudnya kemampuan untuk menghilangkan udara di sekitar lasan agar terhindar dari efek-efek yang menurunkan kualitas lasan.
Dalam hal lain, kata shielded di sini juga dapat ditunjukkan pada inti elektroda yang terbungkus dengan flux. Kata metal maksudnya adalah inti dari elektroda berupa logam atau batang konduktor yang kemudian mencair dan mengisi kolam las; arc atau busur mengacu pelepasan plasma yang merubah energi listrik menjadi panas. Sedangkan kata welding menunjukkan penyambungan logam dilakukan secara fusi.
Aksi perlindungan pada pengelasan SMAW dan klasifikasi bagian / lapisan pengelasan SMAW diilustrasikan pada gambar dibawah. Ada dua mekanisme yang bekerja untuk mencegah efek merugikan pada kolam las yang disebabkan oleh gas yang terkandung di udara. Pertama adalah perpindahan paksa udara oleh gas yang dihasilkan oleh pembakaran dan dekomposisi penutup elektroda. Kedua adalah aksi selimut pada logam lasan dengan fluks atau terak, yang mencegah difusi konstituen udara ke dalam logam cair.
Prinsip Operasi Las SMAW
Proses SMAW menggunakan rangkaian listrik untuk menghasilkan busur pengelasan dengan cara merubah daya listrik menjadi energi panas. Panas yang dibangkitkan oleh busur sangat kuat dan sangat terkonsentrasi sehingga segera melelehkan sebagian benda kerja dan ujung elektroda. Juru las menjaga panjang busur dengan cara mengatur jarak atau gap antara elektroda dan kolam lasan pada benda kerja secara konsisten. Ketika busur dihilangkan, cairan menyatu dan membeku menjadi padatan berbentuk logam yang kontinyu.
Sebagaimana ditunjukkan pada gambar di atas, sumber daya terhubung dalam satu rangkaian secara seri dengan elektroda dan benda kerja. Sumber daya tersebut memiliki dua output terminal yang berbeda, salah satu terminal dihubungkan dengan benda kerja, dan terminal yang lain terhubung dengan elektroda. Sepanjang elektroda SMAW dijauhkan dari benda kerja, maka rangkain masih terbuka (open circuit) dan terdapat beda tegangan antara penyangga elektroda dan benda kerja.
Saat juru las bersiap dan mulai mendekatkan atau menyentuhkan ujung elektroda ke permukaan beda kerja, maka busur listrik akan terbentuk. Kontak sesaat yang terjadi antara ujung elektroda dan permukaan benda kerja menyediakan jalan bagi arus untuk mengalir. Sesaat kemudian, sepanjang juru las menjaga jarak ujung elektroda dengan benda kerja kurang lebih selebar diameter elektroda, maka beda tegangan (voltage drop) akan menginduksi aliran arus melului celah sempit udara dan menghasilkan busur.
Arus dalam busur dibawa oleh plasma, yang merupakan keadaan terionisasi dari sebuah gas. Dalam terminologi kelistrikan, arus mengalir keluar dari terminal positif busur (anoda) menuju terminal negatif (katoda), sedangkan elektron mengalir ke arah yang berlawanan. Jika rangkaian mesin las diset ke arus searah elektroda positif (DCEP), maka katoda berada pada benda kerja dan anoda berada pada ujung elektroda SMAW.
Jumlah energi yang diubah menjadi panas oleh busur adalah fungsi dari kemudahan gas terionisasi dan jumlah arus yang ditransmisikan. Distribusi suhu merupakan fungsi dari panas yang dihasilkan, panas yang hilang, dan dimensi busur. Panas yang intens dari busur langsung melelehkan kabel inti (elektroda) yang berdekatan dengannya dan membakar penutup konsentris (flux). Beberapa bahan penutup menguap dan membusuk, menghasilkan gas dalam jumlah besar.
Beberapa bahan mungkin bertahan dan mulai membentuk kerucut pelindung ke dalam kawat inti; bahan lain meleleh dan bergabung dengan kawat inti dalam bentuk tetesan yang didorong melintasi busur. Bersamaan dengan itu, kumpulan logam cair mulai terbentuk di permukaan benda kerja di dekat busur.
Kondisi quasi-steady segera terbentuk, di mana kolam las yang berbeda menjadi terlihat dan juru las siap untuk memanipulasi / menggerakkan elektroda. Pada saat inilah – pada awal pembuatan pengelasan – porositas rentan terjadi karena pelindung belum sepenuhnya berkembang dan udara di lokasi pengelasan belum sepenuhnya dikeluarkan.
Elektroda SMAW
Semua elektroda SMAW memiliki penutup dengan komposisi yang memfasilitasi proses pengelasan dan menambahkan elemen paduan untuk memberikan sifat yang berguna pada pengelasan. Tanpa penutup, busur akan sangat sulit dipertahankan, deposit las akan rapuh dengan oksigen dan nitrogen terlarut, manik las akan tumpul dan berbentuk tidak teratur, dan benda kerja akan mengalami cacat berupa undercut.
Elektroda terbungkus menyediakan logam filler dan pelindung untuk proses pengelasan SMAW. Elektroda tertutup memiliki komposisi kawat inti yang berbeda dan berbagai jenis penutup fluks. Inti elektroda berfungsi sebagai logam pengisi dan penutup elektroda memiliki beberapa fungsi sebagai berikut, bergantung pada jenis elektroda:
- Selimut terak di atas kolam cairan logam dan las yang kemudian memadat.
- Gas pelindung untuk mencegah kontaminasi atmosfer dari aliran busur dan logam las.
- Elemen pengion untuk operasi busur yang lebih lancar.
- Deoxidizers dan scavenger untuk menyempurnakan struktur butiran logam las.
- Elemen paduan seperti nikel dan kromium untuk baja tahan karat.
- Logam seperti bubuk besi untuk laju deposisi yang lebih tinggi
Klasifikasi Elektroda SMAW
Sistem klasifikasi untuk elektroda terbungkus yang digunakan di seluruh industri di Amerika Serikat dirancang oleh American Welding Society. Dalam sistem ini, sebutan untuk elektroda tertutup terdiri dari huruf E (untuk elektroda) dan empat (atau lima) digit untuk baja karbon dan elektroda tertutup baja paduan rendah. Terkadang sufiks juga muncul di akhir. Angka-angka ini memiliki arti tertentu, yaitu:
1. Dua digit (atau tiga digit) pertama menunjukkan kekuatan tarik minimum dalam 1.000 psi, dari deposit logam las, sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut.
2. Digit ketiga (atau keempat) menunjukkan posisi pengelasan yang dapat digunakan elektroda, seperti pada Tabel berikut.
3. Digit keempat (atau kelima) menunjukkan karakteristik arus dan jenis lapisan elektroda, seperti pada Tabel berikut.
4. Sufiks / akhiran terkadang ditambahkan pada EXXXX (tidak berlaku untuk klasifikasi E60XX). Akhiran menunjukkan komposisi kimia dari logam las yang disimpan, seperti dicontohkan Tabel berikut.
Ukuran elektroda ditentukan oleh diameter kawat inti dan panjang elektroda. Diameter elektroda standar adalah 1/16 inci (1,6 mm) hingga 5/16 inci (7,9 mm). Panjang elektroda adalah dari 9 inci (229 mm) hingga 18 inci (457 mm), meskipun elektroda untuk aplikasi khusus dibuat hingga 36 inci (914 mm).
Panjang elektroda yang paling umum adalah 14 inci (346 mm). Ujung elektroda yang tidak dilapisi, yang diperlukan untuk membuat kontak listrik dengan pemegang elektroda, distandarisasi dengan panjang mulai dari 3/4 in. (19mm) hingga 1-1 / 2 in. (38mm).
Variabel Pengelasan SMAW
Proses pengelasan busur logam berpelindung pada sambungan tertentu memerlukan tinjauan beberapa variabel pengelasan. Variabel pada prosedur pengelasan adalah variabel yang mengontrol proses pengelasan dan kualitas pengelasan yang dihasilkan. Ada tiga jenis variabel pengelasan yang digunakan yaitu fixed / preselected variabel, variabel primer, dan variabel sekunder.
Variabel pengelasan fxed atau yang telah dipilih sebelumnya (preselected) adalah variabel yang disetel sebelum pengelasan dilakukan. Yang termasuk variabel fixed disini seperti jenis elektroda, ukuran elektroda, dan jenis arus. Variabel ini tidak dapat diubah setelah pengelasan dimulai. Variabel primer adalah variabel utama yang bisa disesuaikan dan digunakan untuk mengontrol proses pengelasan setelah variabel tetap dipilih.
Variabel utama mengontrol pembentukan manik las dengan memengaruhi lebar manik (bead width), tinggi manik (bead hight), penetrasi, stabilitas busur, dan kesehatan las. Variabel pengelasan utama adalah arus pengelasan, tegangan busur, dan kecepatan perjalanan. Varibel-variabel Ini dapat disesuaikan dan diukur sehingga dapat digunakan secara efektif untuk mengontrol proses pengelasan.
Penetrasi las didefinisikan sebagai kedalaman terbesar di bawah permukaan logam dasar yang dicapai logam las. Bead height atau tinggi manik adalah ketinggian logam las di atas permukaan logam, dikenal juga sebagai capping. Laju pengendapan (deposition rate) adalah berat logam yang diendapkan per satuan waktu. Definisi tinggi manik, lebar manik, dan penetrasi diperlihatkan pada ilustrasi berikut.
Variabel sekunder adalah variabel kecil yang dapat disesuaikan yang digunakan untuk mengontrol proses pengelasan. Variabel-variabel ini biasanya lebih sulit diukur. Variabel sekunder yang dapat disetel adalah sudut kerja dan sudut perjalanan elektroda.
Pembahasan mengenai variabel pengelasan difokuskan untuk mendapatkan kualitas pengelasan pada tiga karakteristik utama yaitu penetrasi, laju deposisi, dan bentuk manik. Bagan berikut menunjukkan pengaruh variabel pengelasan pada tiga karakteristik utama tersebut.
