Pengelasan baja tahan karat memerlukan pemilihan gas pelindung untuk mempertahankan komposisi metalurgi dan sifat fisik serta mekaniknya. Unsur gas pelindung umum untuk baja tahan karat meliputi argon, helium, oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan hidrogen (lihat Gambar 1). Gas-gas ini dikombinasikan dalam rasio yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan berbagai mode pengiriman, jenis kawat, paduan dasar, profil las yang diinginkan, dan kecepatan pengelasan.
Karena konduktivitas termal baja tahan karat yang buruk dan sifat pengelasan busur logam gas (GMAW) transfer arus pendek yang relatif "dingin", proses ini membutuhkan gas "tri-mix" yang terdiri dari 85% hingga 90% helium (He), hingga 10% Argon (Ar), dan 2% hingga 5% Karbon Dioksida (CO2). Campuran tri-mix umum mengandung 90% He, 7-1/2% Ar, dan 2-1/2% CO2. Potensial ionisasi helium yang tinggi mendorong pembentukan busur setelah arus pendek; ditambah dengan konduktivitas termalnya yang tinggi, penggunaan He meningkatkan fluiditas kolam lelehan. Komponen Ar dari Trimix memberikan perlindungan umum pada genangan las, sementara CO2 bertindak sebagai komponen reaktif untuk menstabilkan busur (lihat Gambar 2 untuk melihat bagaimana gas pelindung yang berbeda memengaruhi profil manik las).
Beberapa campuran terner mungkin menggunakan oksigen sebagai penstabil, sementara yang lain menggunakan campuran He/CO2/N2 untuk mencapai efek yang sama. Beberapa distributor gas memiliki campuran gas khusus yang memberikan manfaat yang dijanjikan. Dealer juga merekomendasikan campuran ini untuk mode transmisi lain dengan efek yang sama.
Kesalahan terbesar yang dilakukan produsen adalah mencoba melakukan pengelasan GMAW pada baja tahan karat dengan campuran gas yang sama (75 Ar/25 CO2) seperti pada baja lunak, biasanya karena mereka tidak ingin mengelola tabung gas tambahan. Campuran ini mengandung terlalu banyak karbon. Bahkan, gas pelindung apa pun yang digunakan untuk pengelasan kawat padat harus mengandung maksimal 5% karbon dioksida. Penggunaan jumlah yang lebih besar menghasilkan metalurgi yang tidak lagi dianggap sebagai paduan kelas L (kelas L memiliki kandungan karbon di bawah 0,03%). Karbon berlebih dalam gas pelindung dapat membentuk karbida kromium, yang mengurangi ketahanan korosi dan sifat mekanik. Jelaga juga dapat muncul pada permukaan las.
Sebagai catatan tambahan, ketika memilih logam untuk pengelasan GMAW (Generalized Machining Welding) pada paduan dasar seri 300 (308, 309, 316, 347), produsen harus memilih grade LSi. Pengisi LSi memiliki kandungan karbon rendah (0,02%) dan oleh karena itu sangat direkomendasikan ketika ada risiko korosi intergranular. Kandungan silikon yang lebih tinggi meningkatkan sifat pengelasan, seperti pembasahan, untuk membantu meratakan bagian atas lasan dan mendorong fusi di bagian ujungnya.
Para produsen harus berhati-hati saat menggunakan proses transfer arus pendek. Fusi yang tidak sempurna dapat terjadi karena padamnya busur, sehingga proses tersebut kurang optimal untuk aplikasi kritis. Dalam situasi volume tinggi, jika material dapat menahan masukan panasnya (≥ 1/16 inci adalah material tertipis yang dilas menggunakan mode semprot pulsa), transfer semprot pulsa akan menjadi pilihan yang lebih baik. Jika ketebalan material dan lokasi pengelasan mendukungnya, transfer semprot GMAW lebih disukai karena memberikan fusi yang lebih konsisten.
Mode perpindahan panas tinggi ini tidak memerlukan gas pelindung He. Untuk pengelasan transfer semprot paduan seri 300, pilihan umum adalah 98% Ar dan 2% elemen reaktif seperti CO2 atau O2. Beberapa campuran gas juga dapat mengandung sejumlah kecil N2. N2 memiliki potensi ionisasi dan konduktivitas termal yang lebih tinggi, yang meningkatkan pembasahan dan memungkinkan pergerakan yang lebih cepat atau permeabilitas yang lebih baik; hal ini juga mengurangi distorsi.
Untuk pengelasan GMAW transfer semprot berdenyut, 100% Ar mungkin merupakan pilihan yang dapat diterima. Karena arus berdenyut menstabilkan busur, gas tersebut tidak selalu memerlukan elemen aktif.
Kolam lelehan lebih lambat untuk baja tahan karat feritik dan baja tahan karat dupleks (rasio ferit terhadap austenit 50/50). Untuk paduan ini, campuran gas seperti ~70% Ar/~30% He/2% CO2 akan meningkatkan pembasahan dan meningkatkan kecepatan pengelasan (lihat Gambar 3). Campuran serupa dapat digunakan untuk mengelas paduan nikel, tetapi akan menyebabkan terbentuknya oksida nikel pada permukaan las (misalnya, menambahkan 2% CO2 atau O2 sudah cukup untuk meningkatkan kandungan oksida, sehingga produsen harus menghindarinya atau bersiap untuk menghabiskan banyak waktu untuk mengatasinya). Bersifat abrasif karena oksida ini sangat keras sehingga sikat kawat biasanya tidak dapat menghilangkannya).
Produsen menggunakan kawat baja tahan karat inti fluks untuk pengelasan di luar tempat karena sistem terak dalam kawat ini menyediakan "penyangga" yang menopang kolam las saat mengeras. Karena komposisi fluks mengurangi efek CO2, kawat baja tahan karat inti fluks dirancang untuk digunakan dengan campuran gas 75% Ar/25% CO2 dan/atau 100% CO2. Meskipun kawat inti fluks mungkin lebih mahal per pon, perlu dicatat bahwa kecepatan pengelasan di semua posisi dan laju deposisi yang lebih tinggi dapat mengurangi biaya pengelasan secara keseluruhan. Selain itu, kawat inti fluks menggunakan keluaran DC tegangan konstan konvensional, sehingga sistem pengelasan dasar menjadi lebih murah dan kurang kompleks daripada sistem GMAW berdenyut.
Untuk paduan seri 300 dan 400, 100% Ar tetap menjadi pilihan standar untuk pengelasan busur tungsten gas (GTAW). Selama GTAW pada beberapa paduan nikel, terutama dengan proses mekanis, sejumlah kecil hidrogen (hingga 5%) dapat ditambahkan untuk meningkatkan kecepatan gerak (perlu dicatat bahwa tidak seperti baja karbon, paduan nikel tidak rentan terhadap retak hidrogen).
Untuk pengelasan baja superdupleks dan baja tahan karat superdupleks, 98% Ar/2% N2 dan 98% Ar/3% N2 masing-masing merupakan pilihan yang baik. Helium juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan pembasahan sekitar 30%. Saat mengelas baja superdupleks atau baja tahan karat superdupleks, tujuannya adalah untuk menghasilkan sambungan dengan struktur mikro yang seimbang, yaitu sekitar 50% ferit dan 50% austenit. Karena pembentukan struktur mikro bergantung pada laju pendinginan, dan karena kolam las TIG mendingin dengan cepat, ferit berlebih tetap ada ketika 100% Ar digunakan. Ketika campuran gas yang mengandung N2 digunakan, N2 akan tercampur ke dalam kolam lebur dan mendorong pembentukan austenit.
Baja tahan karat perlu dilindungi di kedua sisi sambungan untuk menghasilkan lasan akhir dengan ketahanan korosi maksimum. Kegagalan melindungi sisi belakang dapat mengakibatkan "sakarifikasi," atau oksidasi ekstensif yang dapat menyebabkan kegagalan solder.
Sambungan butt fitting yang rapat dengan kesesuaian yang sangat baik atau penahanan yang rapat di bagian belakang fitting mungkin tidak memerlukan gas pendukung. Di sini, masalah utamanya adalah mencegah perubahan warna yang berlebihan pada zona yang terkena panas karena penumpukan oksida, yang kemudian memerlukan penghilangan secara mekanis. Secara teknis, jika suhu bagian belakang melebihi 500 derajat Fahrenheit, gas pelindung diperlukan. Namun, pendekatan yang lebih konservatif adalah menggunakan 300 derajat Fahrenheit sebagai ambang batas. Idealnya, lapisan pendukung harus di bawah 30 PPM O2. Pengecualiannya adalah jika bagian belakang las akan dikikis, digerinda, dan dilas untuk mencapai las penetrasi penuh.
Dua gas pendukung yang paling banyak dipilih adalah N2 (termurah) dan Ar (lebih mahal). Untuk rakitan kecil atau ketika sumber Ar mudah tersedia, mungkin lebih nyaman menggunakan gas ini dan penghematan N2 tidak sebanding. Hingga 5% hidrogen dapat ditambahkan untuk mengurangi oksidasi. Berbagai pilihan komersial tersedia, tetapi penyangga buatan sendiri dan bendungan pemurnian adalah yang umum.
Penambahan kromium sebesar 10,5% atau lebih adalah yang memberikan sifat tahan karat pada baja tahan karat. Mempertahankan sifat-sifat ini membutuhkan teknik yang baik dalam memilih gas pelindung pengelasan yang tepat dan melindungi bagian belakang sambungan. Baja tahan karat mahal, dan ada alasan yang baik untuk menggunakannya. Tidak ada gunanya mencoba menghemat biaya dalam hal gas pelindung atau memilih logam pengisi untuk pengelasan ini. Oleh karena itu, selalu masuk akal untuk bekerja sama dengan distributor gas dan spesialis logam pengisi yang berpengalaman saat memilih gas dan logam pengisi untuk pengelasan baja tahan karat.
Ikuti terus berita, acara, dan teknologi terbaru seputar semua jenis logam melalui dua buletin bulanan kami yang ditulis khusus untuk produsen Kanada!
Kini dengan akses penuh ke edisi digital Canadian Metalworking, Anda dapat dengan mudah mengakses sumber daya industri yang berharga.
Kini dengan akses penuh ke edisi digital Made in Canada and Welding, Anda dapat dengan mudah mengakses sumber daya industri yang berharga.