Gas Las: Semua yang Perlu Anda Ketahui

Gas pengelasan terutama mengacu pada gas pelindung yang digunakan dalam pengelasan berpelindung gas (pengelasan berpelindung gas karbon dioksida, pengelasan berpelindung gas inert), serta gas yang digunakan dalam pengelasan dan pemotongan gas, termasuk karbon dioksida (CO₂), gas argon (Ar), gas helium (He), gas oksigen (O₂), gas yang mudah terbakar, gas campuran, dll.

Selama pengelasan, gas pelindung tidak hanya sebagai media pelindung untuk area pengelasan, tetapi juga sebagai media gas untuk menghasilkan busur.

Pengelasan dan pemotongan gas terutama mengandalkan nyala api suhu tinggi yang dihasilkan oleh pembakaran gas untuk memusatkan panas guna menyelesaikan prosesnya.

Oleh karena itu, sifat-sifat gas (seperti sifat fisik dan kimiawi, dll.) tidak hanya memengaruhi efek perlindungan, tetapi juga memengaruhi penyalaan busur dan stabilitas proses pengelasan dan pemotongan.

1. Klasifikasi gas pengelasan

Menurut peran berbagai gas dalam proses kerja, gas las terutama dibagi menjadi gas pelindung dan gas yang digunakan dalam pengelasan dan pemotongan gas.

1.1 Gas pelindung

Gas pelindung terutama mencakup karbon dioksida (CO₂), gas argon (Ar), gas helium (He), gas oksigen (O₂), dan gas hidrogen (H2).

International Institute of Welding menunjukkan bahwa gas pelindung diklasifikasikan menurut potensi oksidasinya, dan rumus perhitungan sederhana untuk menentukan indeks klasifikasi adalah Indeks Klasifikasi = O₂% + 1/2 CO₂%.

Berdasarkan rumus ini, gas pelindung dapat diklasifikasikan ke dalam lima kategori menurut potensi oksidasinya. Kelas I adalah gas inert atau pereduksi, M1 adalah gas pengoksidasi lemah, M2 adalah gas pengoksidasi sedang, dan kelas M3 dan C adalah gas pengoksidasi kuat. Indeks potensi oksidasi dari setiap jenis gas pelindung ditunjukkan pada Tabel 1.

Klasifikasi gas pelindung untuk pengelasan logam hitam ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 1: Indeks potensi oksidasi dari berbagai jenis gas pelindung

Tabel 2: Klasifikasi gas pelindung untuk pengelasan logam hitam

1.2 Gas untuk pengelasan dan pemotongan gas

Menurut sifat-sifat gas, gas yang digunakan untuk pengelasan gas dan pemotongan dapat dibagi menjadi dua kategori: gas pengoksidasi (O₂) dan gas yang mudah terbakar.

Ketika gas yang mudah terbakar dicampur dengan oksigen dan dibakar, sejumlah besar panas dilepaskan, membentuk nyala api bersuhu tinggi dengan panas terkonsentrasi (suhu tertinggi dalam nyala api umumnya dapat mencapai 2000 ~ 3000 ℃), yang dapat memanaskan dan melelehkan logam.

Asetilena umumnya digunakan sebagai gas yang mudah terbakar untuk pengelasan dan pemotongan gas. Gas mudah terbakar lainnya yang saat ini dipromosikan untuk digunakan termasuk propana, propilena, gas minyak cair (terutama propana), gas alam (terutama metana), dll.

Sifat fisik dan kimia dari beberapa gas yang mudah terbakar yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3 Sifat Fisik dan Kimia dari Beberapa Gas Mudah Terbakar yang Umum Digunakan.

2. Karakteristik gas untuk pengelasan

Peran gas dalam proses pengelasan atau pemotongan yang berbeda berbeda-beda, dan pemilihan gas juga terkait dengan bahan yang sedang dilas.

Oleh karena itu, gas dengan sifat fisik atau kimia tertentu perlu dipilih, bahkan campuran beberapa gas dalam situasi yang berbeda.

Sifat utama dan penggunaan gas yang umum digunakan dalam pengelasan dan pemotongan ditunjukkan pada Tabel 4, dan karakteristik gas yang berbeda dalam proses pengelasan ditunjukkan pada Tabel 5.

Tabel 4 Karakteristik Utama dan Penggunaan Gas yang Umum Digunakan dalam Pengelasan.

Tabel 5 Karakteristik Gas yang Berbeda dalam Proses Pengelasan.

2.1 Gas Karbon Dioksida (CO₂)

(1) Sifat-sifat CO₂ gas

CO₂ adalah gas pelindung pengoksidasi, dan ada dalam tiga bentuk: padat, cair, dan gas. Gas CO murni₂ tidak berwarna dan tidak berbau. Pada suhu 0°C dan 1 atm (101325 Pa), densitas gas CO₂ adalah 1,9768 g/L, yang merupakan 1,5 kali lipat dari udara. CO₂ mudah larut dalam air dan memiliki rasa yang sedikit asam setelah dilarutkan.

Ketika CO₂ dipanaskan hingga suhu tinggi, gas ini terurai menjadi CO dan O, melepaskan energi sebesar -283,24 kJ. Karena oksigen atom dilepaskan selama proses penguraian, atmosfer busur memiliki sifat gas yang kuat.

Di zona busur suhu tinggi, tiga gas (CO₂, CO, dan O2) sering hidup berdampingan karena penguraian CO₂ gas. Tingkat emisi gas CO₂ dekomposisi gas terkait dengan suhu busur selama proses pengelasan.

Seiring dengan meningkatnya suhu, tingkat reaksi penguraian menjadi lebih intens. Ketika suhu melebihi 5000K, hampir semua gas CO₂ gas terurai. Hubungan antara tingkat emisi gas CO₂ dekomposisi gas dan suhu ditunjukkan pada Gambar 1.

CO cair₂ adalah cairan tidak berwarna yang densitasnya berubah menurut suhu. Ketika suhu di bawah -11 ℃, densitasnya lebih besar dari air, sedangkan di atas -11 ℃, densitasnya lebih kecil dari air. Sifat-sifat gas CO jenuh₂ gas ditunjukkan pada Tabel 6.

Titik didih CO₂ berubah dari cair menjadi gas pada suhu yang sangat rendah (-78 ℃), sehingga industri CO₂ umumnya digunakan dalam bentuk cair, yang dapat diuapkan pada suhu kamar. Pada suhu 0°C dan 1 atm, 1 kg CO₂ dapat diuapkan menjadi 509 L CO₂ gas.

Tabel 6 Sifat-sifat dari CO Jenuh₂ Tekanan Gas

(2) Penyimpanan CO₂ gas

CO₂ gas untuk pengelasan sering kali dalam bentuk cairan CO₂ disimpan dalam silinder baja, yang ekonomis dan nyaman. CO₂ Silinder dicat hitam dan diberi label dengan huruf kuning bertuliskan "Liquefied Carbon Dioxide". Kode warna untuk tabung yang berisi gas las yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 7.

Tabel 7 Kode Warna untuk Silinder yang Mengandung Gas Las yang Umum Digunakan

① Jika tekanan kerja 19,6 MPa, satu pita warna harus ditambahkan; jika tekanan kerja 29,4 MPa, dua pita warna harus ditambahkan.

Silinder baja standar untuk CO₂ biasanya memiliki kapasitas 40 kg dan dapat diisi dengan 25 kg gas CO₂.

25 kg gas CO₂ menyumbang sekitar 80% dari volume silinder, dan sisanya 20% ruang diisi dengan gas CO₂.

Nilai tekanan yang ditunjukkan pada pengukur tekanan silinder adalah tekanan saturasi bagian gas ini. Tekanan ini bergantung pada suhu sekitar. Saat suhu meningkat, tekanan saturasi meningkat, dan saat suhu menurun, tekanan saturasi menurun.

Hanya ketika semua cairan CO₂ di dalam silinder baja telah menguap menjadi gas, apakah tekanan gas di dalam silinder akan berangsur-angsur menurun seiring dengan konsumsi CO₂ gas.

Cairan CO₂ yang terkandung dalam silinder baja standar dapat menguap menjadi 12.725 L CO₂ gas. Menurut pemilihan teknologi gas CO₂ selama pengelasan (lihat Tabel 8), jika konsumsi rata-rata CO₂ gas selama pengelasan adalah 10 L/menit, satu cairan CO₂ silinder dapat digunakan terus menerus selama sekitar 24 jam.

Tabel 8: Pemilihan opsi pengurangan emisi CO₂ laju aliran gas selama pengelasan

Tekanan dari sebuah alat pengukur CO standar₂ silinder baja saat penuh adalah 5,0-7,0 MPa. Ketika tekanan di dalam silinder berkurang selama penggunaan, jumlah air yang diuapkan dari uap air yang terlarut dalam cairan CO₂ juga meningkat.

Hubungan antara kandungan air dalam CO₂ gas dan tekanan di dalam silinder ditunjukkan pada Gambar 6.2.

Data empiris menunjukkan bahwa ketika tekanan gas di dalam silinder lebih rendah dari 0,98 MPa (pada suhu 20℃), maka laju aliran gas CO₂ di dalam silinder baja tidak boleh digunakan lagi karena cairan CO₂ pada dasarnya telah menguap.

Jika terus digunakan, cacat pengelasan seperti pori-pori akan terjadi pada logam las, dan gas CO2 harus diisi ulang.

(3) Kemurnian emisi CO₂ gas untuk pengelasan

Fraksi massa air yang dapat dilarutkan dalam cairan CO₂ adalah 0,05%, dan kelebihan air mengendap di bagian bawah silinder dalam keadaan bebas.

Molekul air ini menguap bersama CO₂ selama proses pengelasan dan bercampur dengan gas CO₂ gas, langsung memasuki area pengelasan.

Oleh karena itu, kelembapan adalah pengotor berbahaya utama dalam CO₂ gas. Kandungan hidrogen pada logam las bervariasi tergantung pada kelembaban gas CO₂ gas, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 9.

Hubungan antara CO₂ Titik embun dan kandungan hidrogen dari logam las ditunjukkan pada Gambar 3.

Tabel 9: Kandungan hidrogen pada logam las di bawah tingkat kelembaban CO yang berbeda₂ gas.

Karena kandungan air dalam CO₂ gas meningkat (yaitu, ketika suhu titik embun naik), kandungan hidrogen dalam logam las secara bertahap meningkat, plastisitas menurun, dan bahkan cacat seperti pori-pori dapat terjadi.

Oleh karena itu, emisi CO₂ yang digunakan untuk pengelasan harus memiliki kemurnian tinggi. Persyaratan teknis untuk gas CO cair₂ yang digunakan untuk pengelasan ditunjukkan pada Tabel 10.

Di Cina, persyaratan umum adalah bahwa emisi CO₂ > 99%, O₂ <0,1%, H₂O < 0,05%; sementara di beberapa negara asing, CO₂ > 99,8%, H₂O < 0,0066%, titik embun di bawah -40 ℃ (setara dengan Kelas I GB) juga diperlukan.

Tabel 10: Persyaratan teknis untuk CO cair₂ digunakan untuk pengelasan (GB 6052-85).

Jika teknologi CO yang tersedia secara komersial tersedia, maka akan ada banyak sekali₂ Gas yang digunakan di lokasi produksi memiliki kandungan air yang tinggi dan kemurnian yang rendah, sehingga harus dimurnikan. Metode pemurnian yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

a. Membalikkan nilai CO₂ tabung baja gas dan diamkan selama 1-2 jam agar air dapat mengendap di bagian bawah. Kemudian buka katup silinder yang terbalik dan kuras airnya 2-3 kali, dengan selang waktu sekitar 30 menit di antara setiap pengurasan. Setelah dikeringkan, kembalikan silinder baja ke posisi tegak.

b. Sebelum menggunakan tabung baja setelah perawatan drainase air, lepaskan gas secara terus menerus selama 2-3 menit karena gas di bagian atas biasanya mengandung lebih banyak udara dan air, yang tercampur ke dalam tabung selama pengisian.

c. Hubungkan pengering bertekanan tinggi dan pengering bertekanan rendah secara seri di saluran CO₂ pipa pasokan. Pengering dapat berupa gel silika, kalsium oksida anhidrat atau tembaga sulfat yang didehidrasi untuk mengurangi kandungan air dalam gas CO₂ gas. Pengering yang digunakan dapat dikeringkan dan digunakan kembali.

d. Jangan gunakan alat pengukur emisi CO₂ ketika tekanan gas di dalam silinder turun menjadi 0,98 MPa.

Ketika CO₂ digunakan sebagai gas pelindung untuk pengelasan di ruang yang berventilasi buruk atau sempit, langkah-langkah ventilasi harus diperkuat untuk mencegah konsentrasi CO₂ melebihi konsentrasi yang diizinkan (30 kg/m2) yang ditentukan oleh peraturan nasional, yang akan mempengaruhi kesehatan tukang las.

2.2 Argon (Ar)

(1) Sifat-sifat Argon

Argon adalah gas langka yang paling melimpah di udara setelah nitrogen dan oksigen, dengan fraksi volume sekitar 0,935%.

Argon tidak berwarna dan tidak berbau. Pada suhu 0℃ dan 1 atm (101325 Pa), densitasnya 1,78 g/L, sekitar 1,25 kali densitas udara. Titik didih argon adalah -186 ℃, di antara titik didih oksigen (-183 ℃) dan nitrogen (-196 ℃). Argon dapat diperoleh secara simultan sambil menghasilkan oksigen dengan distilasi fraksional udara cair.

Argon adalah gas inert yang tidak bereaksi secara kimiawi dengan logam selama pengelasan dan tidak larut dalam logam cair.

Oleh karena itu, dapat menghindari hilangnya elemen logam yang terbakar dalam pengelasan dan cacat pengelasan lainnya, membuat reaksi metalurgi pengelasan menjadi sederhana dan mudah dikendalikan, memberikan kondisi yang menguntungkan untuk mendapatkan pengelasan berkualitas tinggi.

Hubungan antara konduktivitas termal dan suhu Ar, He, H₂dan N₂ ditunjukkan pada Gambar 4. Terlihat bahwa argon memiliki konduktivitas termal terendah dan termasuk dalam gas monoatomik, yang tidak akan menyerap panas akibat dekomposisi pada suhu tinggi.

Oleh karena itu, kehilangan panas busur yang dihasilkan dalam gas argon relatif kecil. Argon memiliki kepadatan yang tinggi dan tidak mudah hilang selama perlindungan, sehingga menghasilkan efek perlindungan yang baik. Logam kawat dapat dengan mudah bertransisi menjadi aliran jet aksial yang stabil, dengan percikan yang minimal.

(2) Penyimpanan Argon

Argon dapat disimpan dan diangkut dalam bentuk cair di bawah suhu -184℃, tetapi tabung baja yang diisi dengan gas argon biasanya digunakan untuk pengelasan. Tabung gas argon dicat abu-abu perak dan ditandai dengan warna hijau (Ar).

Saat ini, volume tabung gas argon yang umum digunakan di Tiongkok adalah 33L, 40L, dan 44L. Ketika silinder penuh dan ditempatkan di bawah 20 ℃, tekanan di dalam silinder harus 15 MPa.

Dilarang keras membenturkan atau menabrak tabung gas argon saat digunakan; jangan gunakan api untuk mencairkan katup saat membeku; jangan gunakan mesin pengangkat beban elektromagnetik untuk mengangkut tabung gas argon; hindari paparan sinar matahari di musim panas; gas di dalam tabung jangan sampai benar-benar habis; dan tabung gas argon umumnya harus dijaga agar tetap tegak.

Catatan: Kandungan gas dinyatakan dalam fraksi volume; kandungan uap air dinyatakan dalam fraksi massa.

Tabel 12 Kemurnian Argon yang Digunakan untuk Pengelasan Bahan yang Berbeda

Jika kandungan pengotor gas argon melebihi standar yang ditentukan selama pengelasan, hal ini tidak hanya memengaruhi perlindungan logam cair, tetapi juga dengan mudah menyebabkan cacat seperti porositas dan inklusi terak pada lasan, yang memengaruhi kualitas sambungan las dan meningkatkan kehilangan pembakaran elektroda tungsten.

2.3 Helium (He)

(1) Sifat-sifat Gas Helium

Gas helium juga merupakan gas inert yang tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak membentuk senyawa dengan elemen lain seperti gas argon. Gas ini merupakan gas monoatomik dan sulit larut dalam logam lain. Titik didihnya adalah -269 ℃.

Gas helium memiliki potensi ionisasi yang tinggi, sehingga sulit untuk mengelas busur. Dibandingkan dengan gas argon, gas helium memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan tegangan dan suhu busur yang lebih tinggi pada arus pengelasan dan intensitas busur yang sama.

Akibatnya, masukan panas dari logam dasar lebih tinggi, maka kecepatan pengelasan lebih cepat, kolom busur lebih tipis dan lebih pekat, dan penetrasi las lebih besar. Ini adalah keuntungan utama menggunakan gas helium untuk pengelasan busur, tetapi stabilitas busurnya sedikit lebih rendah daripada pengelasan busur argon.

Karena berat atomnya yang ringan dan densitasnya yang kecil, laju aliran gas helium yang jauh lebih besar diperlukan untuk melindungi area pengelasan secara efektif.

Karena harganya yang mahal, maka hanya digunakan pada aplikasi khusus tertentu seperti pengelasan komponen utama seperti batang pendingin untuk reaktor nuklir dan tebal paduan aluminium. Karakteristik gas argon dan gas helium selama pengelasan dibandingkan dalam Tabel 13.

Tabel 13 Perbandingan Karakteristik Gas Argon dan Helium Selama Pengelasan

Karena busur gas helium tidak stabil, dan efek pembersihan katoda tidak jelas, pengelasan busur tungsten helium umumnya menggunakan koneksi positif DC. Bahkan untuk pengelasan aluminium magnesium, dan paduannya, sumber daya AC tidak digunakan. Busur helium memiliki pembangkitan panas yang besar dan terkonsentrasi, penetrasi busur yang kuat, dan ketika busurnya pendek, koneksi positif DC juga memiliki beberapa efek dalam menghilangkan film oksida.

Dalam pengelasan busur helium sambungan positif DC dari paduan aluminium, lintasan tunggal ketebalan pengelasan bisa mencapai 12mm, dan pengelasan depan dan belakang bisa mencapai 20mm. Dibandingkan dengan pengelasan busur argon AC, pengelasan ini memiliki kedalaman fusi yang lebih besar, lebih sempit manik-manik lasdeformasi yang lebih kecil, zona pelunakan yang lebih kecil, dan lebih sedikit logam yang terbakar berlebihan. Untuk paduan aluminium penguatan yang diberi perlakuan panas, suhu ruangan dan sifat mekanik suhu rendah dari sambungan lebih baik daripada pengelasan busur argon AC.

(2) Kemurnian Gas Helium yang Digunakan untuk Pengelasan

Sebagai gas pelindung yang digunakan untuk pengelasan, kemurnian gas helium umumnya disyaratkan 99,9% hingga 99,999%. Selain itu, hal ini juga tergantung pada jenis, komposisi, dan kinerja logam dasar yang dilas dan persyaratan kualitas sambungan las.

Secara umum, untuk mencegah logam teroksidasi atau nitridasi selama pengelasan logam aktif dan untuk meningkatkan kualitas sambungan las, gas helium dengan kemurnian tinggi harus dipilih. Persyaratan teknis untuk menggunakan gas helium untuk pengelasan ditunjukkan pada Tabel 14.

Tabel 14 Persyaratan Teknis Penggunaan Gas Helium untuk Pengelasan

Catatan: Kandungan gas dalam tabel dinyatakan dalam fraksi volume, dan kandungan air dinyatakan dalam fraksi massa.

2.4 Sifat-sifat Gas Oksigen

(1) Sifat-sifat Gas Oksigen:

Gas oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan tidak beracun pada suhu dan tekanan kamar. Pada suhu 0℃ dan tekanan 1 atm (101325Pa), densitas gas oksigen adalah 1,43kg/m3, yang lebih besar daripada udara. Suhu pencairan oksigen adalah -182,96 ℃, dan oksigen cair berwarna biru muda. Pada suhu kamar, oksigen ada dalam jumlah besar dalam bentuk senyawa dan keadaan bebas di udara dan air.

Gas oksigen itu sendiri tidak dapat terbakar, tetapi merupakan gas pendukung pembakaran yang sangat aktif yang dapat bereaksi dengan banyak elemen untuk menghasilkan oksida. Secara umum, reaksi oksidasi yang intens disebut sebagai pembakaran. Pengelasan dan pemotongan gas menggunakan gas yang mudah terbakar dan panas yang dilepaskan dari pembakaran oksigen sebagai sumber panas.

(2) Produksi Gas Oksigen:

Ada banyak metode untuk memproduksi gas oksigen, seperti metode kimia, elektrolisis air, dan pencairan udara.

Namun demikian, dalam produksi industri, metode pencairan udara banyak digunakan. Udara dikompresi dan didinginkan hingga di bawah -196℃ untuk mengubahnya menjadi cairan. Kemudian, saat suhu naik, nitrogen dalam udara cair menguap menjadi gas ketika suhu naik ke -196℃.

Saat suhu terus meningkat hingga -183 ℃, oksigen mulai menguap. Oksigen gas kemudian dikompresi hingga 120-150 atm oleh kompresor dan disimpan dalam tabung oksigen khusus untuk digunakan dan disimpan.

(3) Penyimpanan Gas Oksigen:

Gas oksigen umumnya disimpan dan diangkut dalam tabung oksigen khusus, dan bagian luar tabung oksigen harus dicat biru langit dan ditandai dengan tulisan "oksigen" dalam cat hitam.

Tabung oksigen harus diperiksa setiap 3-5 tahun di pabrik inflasi selama digunakan, memeriksa volume dan kualitas tabung, serta memeriksa korosi dan keretakan. Dimensi dan kapasitas pengisian tabung oksigen yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 15.

Pasokan gas oksigen selama pengoperasian terutama diatur oleh peredam tekanan pada silinder. Parameter teknis utama peredam tekanan untuk silinder oksigen ditunjukkan pada Tabel 16, dan kesalahan umum serta tindakan pencegahan peredam tekanan ditunjukkan pada Tabel 17.

Tabel 15 Dimensi dan Kapasitas Pengisian Silinder Oksigen yang Umum Digunakan

Tabel 16 Parameter Teknis Utama Pengatur Tekanan untuk Tabung Gas

Tabel 17 Kesalahan Umum Regulator Tekanan dan Tindakan Pencegahan.

Dibandingkan dengan oksigen gas, oksigen cair memiliki keunggulan konsumsi energi yang rendah, kemurnian oksigen yang disuplai yang tinggi (hingga 99,9% atau lebih), dan efisiensi pengangkutan yang tinggi. Oleh karena itu, oksigen industri terkadang dipasok dalam bentuk cair. Cara memasok oksigen cair ke pengguna atau di lokasi adalah sebagai berikut:

a. Siapkan tangki penyimpanan oksigen gas di bagian pengguna, dan isi tangki dengan oksigen gas dari tangki pengangkut cairan yang dilengkapi dengan peralatan penguapan dan kompresi.

b. Siapkan tangki penyimpanan cairan dan peralatan penguapan di departemen pengguna, dan isi tangki dengan oksigen cair dari tangki pengangkut oksigen cair.

c. Pasang wadah oksigen cair kecil dan alat penguap yang sesuai di gerobak, konfigurasikan di lokasi, dan pindahkan kapan saja sesuai dengan kebutuhan penggunaan. Metode ini hanya cocok untuk pabrik dan lokasi dengan konsumsi oksigen yang kecil.

Ada dua jenis tangki penyimpanan oksigen cair: bergerak dan tetap. Spesifikasi dan parameter teknis utama wadah oksigen cair bergerak ditunjukkan pada Tabel 18, dan spesifikasi wadah oksigen cair tetap ditunjukkan pada Tabel 19.

Tabel 18: Spesifikasi dan Parameter Teknis Utama Wadah Oksigen Cair Bergerak.

Tabel 19: Spesifikasi dan parameter teknis utama wadah oksigen cair tetap.

Karena oksigen adalah gas pendukung pembakaran dengan sifat yang sangat aktif, ketika tabung gas penuh, tekanannya dapat mencapai hingga 150 atmosfer. Terdapat risiko ledakan jika tidak ditangani secara hati-hati selama penggunaan dan pengangkutan oksigen.

Oleh karena itu, perhatian khusus harus diberikan pada poin-poin berikut ini:

a) Anti minyak. Dilarang menyentuh tabung oksigen dan peralatan tambahannya dengan sarung tangan yang terkena minyak; selama pengangkutan, tabung oksigen tidak boleh ditempatkan bersama dengan bahan dan minyak yang mudah terbakar.

b) Tahan guncangan. Tabung oksigen harus ditempatkan dengan aman untuk mencegah getaran yang dapat menyebabkan ledakan oksigen. Saat berdiri tegak, lingkaran besi atau rantai harus digunakan untuk fiksasi; saat berbaring, bantalan kayu harus digunakan untuk mencegah penggulungan, dan dua peredam kejut karet harus dipasang pada badan silinder. Selama pengangkutan, kendaraan khusus harus digunakan untuk pengangkutan.

c) Tahan panas. Tabung oksigen, baik dalam penyimpanan maupun transportasi, harus disimpan setidaknya 10m dari sumber panas. Pada musim panas, saat bekerja di luar ruangan di bawah sinar matahari, tabung oksigen harus ditutup dengan kanvas untuk mencegah ledakan.

d) Anti beku. Ketika menggunakan tabung oksigen di musim dingin, jika katup tabung oksigen membeku, tutupi dengan kain yang dibasahi air panas untuk mencairkannya. Dalam keadaan apa pun, jangan gunakan api untuk memanaskan dan mencairkannya, untuk menghindari kecelakaan ledakan.

e) Sebelum membuka katup tabung oksigen, periksa apakah mur penekan sudah dikencangkan. Saat memutar handwheel, harus halus, tanpa tenaga yang berlebihan, dan orang harus berdiri di sisi saluran keluar oksigen. Saat menggunakan oksigen, jangan gunakan semua oksigen di dalam silinder, sisakan setidaknya 1-3 atmosfer oksigen.

f) Saat tabung oksigen tidak digunakan, tutup pelindung harus diletakkan di atas katup untuk mencegah kerusakan.

g) Selama perbaikan katup tabung oksigen, perhatian khusus harus diberikan pada keselamatan untuk mencegah tabung oksigen meledak.

(4) Kemurnian oksigen pengelasan

Karena oksigen industri biasanya dihasilkan melalui pencairan dan pemisahan udara, oksigen ini sering kali mengandung nitrogen. Kehadiran nitrogen selama pengelasan dan pemotongan tidak hanya menurunkan suhu nyala api, yang memengaruhi efisiensi produksi, tetapi juga bereaksi dengan besi yang meleleh untuk membentuk besi nitrida, sehingga mengurangi kekuatan lasan.

Oleh karena itu, kemurnian oksigen berdampak besar pada efisiensi dan kualitas pengelasan dan pemotongan gas. Semakin tinggi kemurnian oksigen yang digunakan untuk pengelasan dan pemotongan gas, terutama saat memotong, semakin baik.

Oksigen juga biasa digunakan sebagai gas tambahan untuk pengelasan berpelindung gas inert untuk memperhalus tetesan, mengatasi pergeseran titik katoda busur, meningkatkan masukan panas logam dasar, dan meningkatkan kecepatan pengelasan.

Tabel 20: Persyaratan teknis untuk oksigen las dalam bentuk gas. Oksigen kelas I atau II dengan kemurnian tinggi harus digunakan untuk pengelasan dan pemotongan gas berkualitas tinggi untuk mendapatkan konduktivitas termal yang diperlukan.

2.5 Gas yang Mudah Terbakar

Ada banyak jenis gas mudah terbakar yang digunakan untuk pengelasan, tetapi saat ini yang paling banyak digunakan dalam pengelasan dan pemotongan gas adalah gas asetilena (C₂H₂), diikuti oleh gas propana.

Gas hidrogen, gas alam, atau gas batu bara juga dapat digunakan sebagai gas yang mudah terbakar, tergantung pada kondisi setempat atau bahan yang dilas atau dipotong. Saat memilih gas yang mudah terbakar, faktor-faktor berikut harus dipertimbangkan:

a) Panas yang dihasilkan harus tinggi, yang berarti jumlah panas yang dilepaskan oleh pembakaran sempurna gas yang mudah terbakar per satuan volume harus tinggi.

b) Suhu nyala api harus tinggi, umumnya mengacu pada suhu tertinggi dari nyala api yang membakar oksigen.

c) Jumlah oksigen yang diperlukan untuk pembakaran gas yang mudah terbakar harus kecil, untuk meningkatkan keekonomisannya.

d) Kisaran batas ledakan harus kecil.

e) Transportasi harus relatif nyaman.

(1) Asetilena (C₂H₂)

1) Sifat-sifat asetilena

Asetilena adalah hidrokarbon tak jenuh (C₂H₂), yang merupakan gas tak berwarna pada suhu kamar dan tekanan 1 atmosfer (101325 Pa). Umumnya, ketika mengelas dengan asetilena, ada bau khusus karena kotoran seperti H₂S dan PH₃.

Suhu nyala api pembakaran asetilena dalam oksigen murni dapat mencapai sekitar 3150 ℃, dan panasnya relatif terkonsentrasi. Saat ini, asetilena merupakan gas mudah terbakar yang paling banyak digunakan dalam pengelasan dan pemotongan gas.

Kepadatan asetilena adalah 1,17kg/m3. Titik didih asetilena adalah -82,4 ℃, dan menjadi cair pada suhu -83,6 ℃. Pada suhu di bawah -85℃, ia menjadi padat. Asetilena gas dapat dilarutkan dalam air, aseton, dan cairan lainnya. Pada suhu 15℃ dan tekanan 1 atmosfer, 1L aseton dapat melarutkan 23L asetilena. Ketika tekanan dinaikkan menjadi 1,42MPa, 1L aseton dapat melarutkan sekitar 400L asetilena.

Asetilena adalah gas yang mudah meledak, dan karakteristik ledakannya adalah sebagai berikut:

a) Ketika tekanan asetilena murni mencapai 0,15MPa dan suhu mencapai 580-600 ℃, maka akan meledak ketika terkena api. Tekanan asetilena dalam generator dan pipa tidak boleh melebihi 0,13MPa.

b) Ketika asetilena bercampur dengan udara atau oksigen, daya ledak akan sangat meningkat. Ketika asetilena dicampur dengan udara, dihitung berdasarkan volume, ketika asetilena menyumbang 2,2%-81%; ketika asetilena dicampur dengan oksigen, dihitung berdasarkan volume, ketika asetilena menyumbang 2.8%-93%, gas campuran akan menyala secara spontan (suhu penyalaan spontan campuran asetilena-udara adalah 305 ℃, dan suhu penyalaan spontan campuran asetilena-oksigen adalah 300 ℃), atau akan meledak saat terkena percikan api, bahkan pada tekanan normal.

Asetilena yang bercampur dengan gas klorin, hipoklorit, dan zat lainnya akan meledak bila terkena sinar matahari atau panas. Asetilena yang bercampur dengan nitrogen, karbon monoksida, dan uap air akan mengurangi risiko ledakan.

c) Asetilena juga dapat membentuk zat yang mudah meledak seperti asetilena tembaga dan asetilena perak jika bersentuhan dengan tembaga, perak, dll. dalam waktu yang lama.

d) Melarutkan asetilena dalam cairan dapat sangat mengurangi daya ledaknya.

e. Daya ledak asetilena terkait dengan bentuk dan ukuran wadah yang digunakan untuk penyimpanan. Wadah dengan diameter yang lebih kecil lebih kecil kemungkinannya untuk meledak. Asetilena dapat disimpan dalam wadah dengan bahan berbentuk kapiler, dan meskipun tekanannya meningkat hingga 2,65 MPa, ledakan tidak akan terjadi.

2) Asetilena industri terutama diproduksi dengan menguraikan karbida melalui generator asetilena.

Ada banyak jenis generator asetilena yang biasa digunakan untuk produksi asetilena, yang dapat diklasifikasikan menurut tekanan yang dihasilkan: generator asetilena tekanan sedang (yang menghasilkan gas asetilena pada tekanan pengukur 0,0069-0,127 MPa) dan generator asetilena tekanan rendah (yang menghasilkan gas asetilena pada tekanan pengukur yang lebih rendah dari 0,0069 MPa).

Mereka juga dapat diklasifikasikan menurut cara kontak yang berbeda antara karbida dan air, seperti drainase, karbida dalam air, dan metode drainase gabungan. Menurut bentuk posisinya, generator ini dapat diklasifikasikan lebih lanjut ke dalam tipe bergerak atau tetap. Jenis dan spesifikasi teknis generator asetilena bertekanan sedang ditunjukkan pada Tabel 21.

Untuk pengelasan gas berkualitas tinggi, asetilena yang telah dimurnikan dan dikeringkan harus digunakan. Karbit industri dibuat dengan mencairkan kapur dan kokas dalam tungku listrik. Tingkat kualitas dan performa karbit yang digunakan untuk pengelasan dan pemotongan gas asetilena harus memenuhi persyaratan yang ditentukan dalam Tabel 22.

Tabel 21. Jenis dan spesifikasi teknis generator asetilena bertekanan sedang.

Tabel 22: Tingkat kualitas dan performa karbida untuk pengelasan dan pemotongan gas asetilena.

3) Penyimpanan gas asetilena

Karena risiko ledakan saat diberi tekanan, pembotolan bertekanan langsung tidak dapat digunakan untuk menyimpan asetilena. Dalam industri, kelarutannya yang tinggi dalam aseton dimanfaatkan, dan asetilena diisi ke dalam wadah yang mengandung aseton atau zat berpori, umumnya dikenal sebagai asetilena terlarut atau asetilena dalam kemasan.

Silinder asetilena biasanya dicat putih dengan tulisan "asetilena" dalam cat merah. Silinder diisi dengan bahan berpori yang direndam dalam aseton, yang memungkinkan asetilena disimpan dengan aman pada tekanan 1,5 MPa di dalam silinder.

Saat digunakan, regulator asetilena harus digunakan untuk mengurangi tekanan hingga di bawah 0,103 MPa sebelum digunakan. Bahan berpori biasanya berupa campuran karbon aktif yang ringan dan berpori, serbuk gergaji, batu apung, dan tanah diatom.

Untuk pengelasan, kemurnian asetilena lebih dari 98% umumnya diperlukan. Kondisi pengisian diatur: tekanan pengisian tidak lebih besar dari 1,55 MPa pada suhu 15°C. Asetilena dalam kemasan saat ini merupakan metode yang dipromosikan dan diterapkan secara luas karena keamanan, kenyamanan, dan keekonomisannya.

(2) Gas minyak bumi

Gas minyak bumi adalah produk atau produk sampingan dari pemrosesan minyak bumi. Gas yang digunakan dalam pemotongan meliputi gas unsur seperti propana dan etilena, serta produk sampingan seperti gas multikomponen campuran dari penyulingan, biasanya terdiri dari propana, butana, pentana, dan butena.

1) Propana (C3H8)

Propana adalah bahan bakar gas yang umum digunakan dalam pemotongan, dengan massa molekul relatif 44,094. Nilai kalor totalnya lebih tinggi daripada asetilena, tetapi panas pembakaran per satuan massa molekul lebih rendah daripada asetilena. Akibatnya, suhu nyala api lebih rendah, dan panas nyala api lebih tersebar. Rumus reaksi kimia untuk pembakaran sempurna propana dalam oksigen murni adalah: C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O (1)

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa konsumsi oksigen teoretis dari 1 volume propana yang dibakar sepenuhnya adalah 5 volume. Apabila propana dibakar di udara, konsumsi oksigen aktual adalah 3,5 volume, membentuk nyala api netral dengan suhu 2520°C. Suhu tertinggi nyala api pengoksidasi adalah sekitar 2700°C. Kecepatan pembakaran nyala api netral oksigen-propana adalah 3,9 m / s, dan bahaya tempering kecil, dan kisaran ledakannya sempit, antara 23% dan 95% dalam oksigen. Namun, konsumsi oksigennya lebih tinggi daripada asetilena, ia memiliki titik penyalaan yang tinggi dan tidak mudah menyala.

2） Propilena (C3H6)

Propilena memiliki massa molekul relatif 42,078, dengan nilai kalor total yang lebih rendah dari propana tetapi suhu nyala lebih tinggi. Rumus reaksi kimia untuk pembakaran sempurna propilena dalam oksigen murni adalah:

C3H6 + 4.5O₂ → 3CO₂ + 3H₂O (2)

Konsumsi oksigen teoretis dari 1 volume propilena yang dibakar sepenuhnya adalah 4,5 volume. Apabila dibakar di udara, konsumsi oksigen aktual adalah 2,6 volume, membentuk nyala api netral dengan suhu 2.870°C. Ketika rasio propilena terhadap oksigen adalah 1:3,6, nyala api pengoksidasi dapat terbentuk, yang memiliki suhu nyala lebih tinggi.

Karena konsumsi oksigennya yang lebih rendah daripada propana dan suhu nyala api yang lebih tinggi, propilena digunakan sebagai gas pemotong di beberapa negara.

3） Butana (C4H10)

Butana memiliki massa molekul relatif 58,12, dengan nilai kalori total yang lebih tinggi daripada propana. Rumus reaksi kimia untuk pembakaran sempurna butana dalam oksigen murni adalah:

C₄H₁₀ + 6.5O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

Konsumsi oksigen teoretis dari 1 volume butana yang dibakar sepenuhnya adalah 6,5 volume. Ketika dibakar di udara, konsumsi oksigen sebenarnya adalah 4,5 volume, lebih tinggi daripada propana. Butana yang dicampur dengan oksigen atau udara memiliki jangkauan ledakan yang sempit (fraksi volume 1,5% hingga 8,5%) dan tidak mudah menjadi bumerang. Namun, karena suhu nyala api yang rendah, butana tidak dapat digunakan sendiri sebagai bahan bakar pemotongan.

4） Gas Minyak Bumi Cair

Liquefied petroleum gas adalah produk sampingan dari pengolahan minyak bumi, terutama terdiri dari hidrokarbon seperti propana (C3H8), butana (C4H10), propilena (C3H6), butena (C4H8), dan sejumlah kecil asetilena (C₂H₂), etilen (C₂H₂), pentana (C₅H₁₂), dll. Hidrokarbon ini ada dalam fase gas pada suhu biasa dan tekanan atmosfer, tetapi dapat dicairkan dengan tekanan sekitar 0,8-1,5 MPa untuk penyimpanan dan transportasi.

Dalam industri, gas minyak bumi umumnya digunakan. Gas minyak bumi adalah gas tak berwarna yang sedikit berbau, dengan kepadatan lebih besar daripada udara pada kondisi standar, sekitar 1,8-2,5 kg/m³. Komponen utama gas minyak cair dapat membentuk campuran yang mudah meledak dengan udara atau oksigen, tetapi daya ledaknya relatif kecil dibandingkan dengan asetilena. Liquefied petroleum gas lebih murah dan lebih aman dibandingkan asetilena, dengan risiko bumerang yang lebih kecil.

Namun demikian, ini membutuhkan lebih banyak oksigen untuk pembakaran yang aman, memiliki suhu nyala api yang lebih rendah, dan pembakaran lebih lambat. Oleh karena itu, diperlukan modifikasi untuk memotong obor yang menggunakan gas minyak cair, yang memerlukan area saluran keluar gas yang lebih besar untuk mengurangi laju aliran dan memastikan pembakaran yang baik.

Saat menggunakan gas minyak cair untuk memotong, perhatian harus diberikan untuk menyesuaikan tekanan pasokan gas, yang umumnya dicapai melalui peralatan pasokan gas gas minyak cair. Peralatan pasokan gas untuk gas minyak cair terutama mencakup tabung gas, alat penguap, dan regulator.

① Tabung gas

Kapasitas tabung gas bervariasi sesuai dengan jumlah dan penggunaan pengguna. Dalam industri, tabung gas berkapasitas 30kg umumnya digunakan, dan jika unit menggunakan gas minyak cair dalam jumlah besar, tangki penyimpanan besar 1,5 ton dan 3,5 ton juga dapat diproduksi.

Bahan pembuatan tabung gas dapat mengadopsi baja 16Mn, baja Kelas A Q235atau baja karbon berkualitas tinggi No.20. Tekanan kerja maksimum tabung gas adalah 1,6MPa, dan tekanan uji hidrostatis adalah 3MPa. Tabung gas LPG dilapisi dengan warna abu-abu perak di bagian luar dan ditandai dengan tulisan "LPG".

Spesifikasi tabung gas cair yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 23. Setelah tabung gas diuji dan diverifikasi, pelat logam yang dipasang pada badan tabung harus menunjukkan produsen, nomor, kualitas, kapasitas, tanggal pembuatan, tanggal pemeriksaan, tekanan kerja, tekanan uji, dan juga stempel baja dari departemen pemeriksaan produsen.

Tabel 23: Spesifikasi tabung gas alam cair yang umum digunakan

② Alat penguap

Juga dikenal sebagai penukar panas serpentube, strukturnya ditunjukkan pada Gambar 5. Gas minyak cair mengalir melalui tabung bagian dalam sementara tabung bagian luar diisi dengan air panas pada suhu 40-50 ° C, yang menyediakan panas yang dibutuhkan untuk penguapan gas minyak cair.

Air panas yang mengalir melalui tabung luar dapat dipasok dari sumber eksternal atau dipanaskan dengan membakar gas minyak cair itu sendiri. Bahan bakar yang dikonsumsi untuk memanaskan air hanya sekitar 2,5% dari seluruh jumlah gasifikasi gas minyak bumi. Alat penguap biasanya hanya dipertimbangkan untuk digunakan ketika ada sejumlah besar pengguna, kandungan butana yang tinggi dalam gas minyak cair, tekanan uap jenuh rendah, dan operasi luar ruangan di musim dingin.

③ Regulator

Strukturnya ditunjukkan pada Gambar 6. Regulator memiliki dua fungsi: untuk mengurangi tekanan di dalam tabung gas ke tekanan kerja yang diperlukan, dan untuk menstabilkan tekanan keluaran dan memastikan bahwa pasokan gas merata.

Keuntungan terbesar dari regulator adalah, bahwa tekanan gas keluaran dapat disesuaikan dalam kisaran tertentu. Umumnya, regulator rumah tangga digunakan untuk memotong pelat baja dengan ketebalan umum, dan tekanan keluarannya adalah 2-3 MPa. Dengan mengganti pegas, tekanan output regulator rumah tangga dapat ditingkatkan menjadi sekitar 25 MPa.

Namun, selama modifikasi, perlu dipastikan bahwa pegas katup pengaman tidak bocor. Metode spesifiknya adalah mengencangkan pegas katup pengaman. Jika penggunaan gas minyak cair terlalu besar, sebaiknya gunakan regulator besar. Jika gas minyak cair disimpan dalam tabung asetilena, regulator asetilena dapat digunakan.

Untuk memotong pelat baja dengan ketebalan umum, tekanan output regulator sekitar 2,5 MPa untuk pemotongan manual dan 10-30 MPa untuk pemotongan otomatis. Ini harus dinyalakan dengan nyala api terbuka, dan setelah penyalaan, laju aliran gas oksigen dan propana harus ditingkatkan hingga nyala api mencapai panjang terpendek, berwarna biru, dan disertai dengan suara mendesis. Ketika suhu nyala api paling tinggi, pemanasan awal dan pemotongan dapat dilakukan.

(3) Gas Bumi

Gas alam adalah produk dari ladang minyak dan gas, dan komposisinya bervariasi tergantung pada tempat asalnya. Komponen utamanya adalah metana (CH4), yang juga termasuk dalam hidrokarbon. Metana adalah gas yang tidak berwarna dengan sedikit bau pada suhu kamar. Suhu pencairannya adalah -162 ℃. Gas ini juga dapat meledak jika bercampur dengan udara atau oksigen.

Kisaran ledakan campuran metana-oksigen adalah 5,4% hingga 59,2% (fraksi volume). Laju pembakaran metana dalam oksigen adalah 5,5 m/s. Ketika metana terbakar sepenuhnya dalam oksigen murni, persamaan kimianya adalah:

CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O (4)

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa rasio konsumsi oksigen secara teoretis adalah 1:2. Rasio konsumsi oksigen aktual untuk membentuk api netral saat terbakar di udara adalah 1:1,5, dan suhu nyala api sekitar 2540 ℃, jauh lebih rendah daripada asetilena.

Oleh karena itu, diperlukan waktu pemanasan yang lebih lama untuk pemotongan. Biasanya digunakan sebagai bahan bakar pemotongan di area yang berlimpah gas alam.

(4) Hidrogen (H₂)

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah terbakar. Hidrogen memiliki massa atom relatif terkecil dan larut dalam air. Gas hidrogen memiliki tingkat difusi tertinggi dan konduktivitas termal yang tinggi. Konduktivitas termalnya 7 kali lipat dari udara.

Gas ini sangat rentan terhadap kebocoran, memiliki energi penyalaan yang rendah, dan merupakan salah satu gas yang mudah terbakar dan mudah meledak yang paling berbahaya. Titik pembakaran spontannya di udara adalah 560 ℃, dan di oksigen, 450 ℃. Suhu nyala api hidrogen-oksigen dapat mencapai 2660 ℃ (nyala api netral). Gas hidrogen memiliki sifat pereduksi yang kuat. Pada suhu tinggi, ia dapat mereduksi logam dari oksida logam.

Metode umum untuk menyiapkan gas hidrogen meliputi perengkahan bensin mentah, perengkahan air amonia, dan elektrolisis air. Gas hidrogen dapat diberi tekanan ke dalam silinder baja. Tekanan pengisian pada suhu 21℃ adalah 14MPa (tekanan pengukur).

Gas hidrogen biasanya digunakan dalam pemotongan dan pengelasan busur plasma; kadang-kadang digunakan dalam pengelasan timbal; menambahkan jumlah H₂ ke Ar selama pengelasan pelindung gas elektroda leleh dapat meningkatkan panas masukan bahan dasar, meningkatkan kecepatan dan efisiensi pengelasan. Persyaratan teknis untuk menggunakan gas hidrogen selama pengelasan atau pemotongan dengan gas tercantum dalam Tabel 24.

Tabel 24: Persyaratan teknis untuk menggunakan gas hidrogen selama pengelasan atau pemotongan gas

Catatan: Kandungan oksigen dalam hidrogen ultra-murni dan hidrogen dengan kemurnian tinggi mengacu pada jumlah total oksigen dan argon; hidrogen ultra-murni mengacu pada hidrogen dalam pipa, tidak termasuk hidrogen dalam kemasan.

2.6 Nitrogen (N₂)

Nitrogen menyumbang sekitar 78% volume udara pada suhu kamar. Titik didihnya adalah -196 ℃. Nitrogen memiliki potensi ionisasi yang rendah dan massa atom relatif yang lebih kecil daripada argon. Nitrogen menyerap sejumlah besar panas saat terurai.

Nitrogen dapat digunakan sebagai gas pelindung untuk pengelasan. Karena konduktivitas termal yang baik dan kapasitas penghantaran panasnya, nitrogen juga biasa digunakan sebagai gas kerja dalam pemotongan busur plasma. Gas ini memiliki kolom busur yang panjang dan energi panas komposit molekuler, sehingga dapat memotong pelat logam yang lebih tebal.

Namun demikian, karena massa atom relatif nitrogen lebih kecil daripada argon, maka apabila digunakan dalam pemotongan busur plasma, diperlukan tegangan catu daya tanpa beban yang tinggi.

Nitrogen dapat bereaksi dengan logam pada suhu tinggi, dan memiliki efek erosi yang kuat pada elektroda selama pemotongan busur plasma, khususnya apabila tekanan gas tinggi.

Oleh karena itu, argon atau hidrogen harus ditambahkan. Selain itu, apabila nitrogen digunakan sebagai gas kerja, permukaan pemotongan akan dinitridasi, dan lebih banyak nitrogen oksida yang dihasilkan selama pemotongan.

Kemurnian nitrogen yang digunakan untuk pengelasan atau pemotongan busur plasma harus memenuhi persyaratan teknis Kelas I atau Kelas II Kelas 1 yang ditentukan dalam GB 3864-83, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 25.

Tabel 25: Persyaratan teknis untuk nitrogen industri

3. Pemilihan gas pengelasan

Gas yang berbeda digunakan untuk CO₂ pengelasan berpelindung gas, pengelasan berpelindung gas inert, pengelasan berpelindung gas campuran, pengelasan busur plasma, mematri dalam atmosfer pelindung, dan pengelasan dan pemotongan gas oksigen-asetilen.

Pemilihan gas las terutama tergantung pada metode pengelasan dan pemotongan, serta faktor-faktor seperti sifat-sifat logam dasar, persyaratan kualitas sambungan lasketebalan dan posisi benda kerja, dan proses pengelasan.

3.1 Pemilihan gas menurut metode pengelasan

Gas yang digunakan untuk pengelasan, pemotongan, atau pengelasan berpelindung gas berbeda tergantung pada metode pengelasan yang digunakan dalam proses pengelasan. Metode pengelasan dan pemilihan gas las ditunjukkan pada Tabel 26.

Pemilihan gas yang umum digunakan untuk mematri dalam atmosfer pelindung ditunjukkan pada Tabel 27. Penerapan berbagai gas dalam pemotongan busur plasma ditunjukkan pada Tabel 28.

Tabel 26: Pemilihan gas las menurut metode pengelasan

Tabel 27 Pemilihan Gas yang Umum Digunakan dalam Mematri di Bawah Atmosfer Pelindung

Tabel 28 Kesesuaian Berbagai Gas dalam Pemotongan Busur Plasma

3.2 Pemilihan Gas Menurut Bahan Pengelasan

Dalam pengelasan berpelindung gas, terlepas dari kawat padat atau kawat berinti fluks, selalu ada pertanyaan tentang kombinasi yang tepat dengan gas pelindung (medium). Dampak dari kombinasi ini relatif jelas dan tidak serumit kombinasi kawat-fluks karena gas pelindung hanya terbagi dalam dua kategori: gas inert dan gas aktif.

Dalam kasus pengelasan proteksi gas inert (Ar), komposisi kawat pengisi mirip dengan logam yang diendapkan, dan elemen paduan tidak hilang secara signifikan. Sementara selama pengelasan proteksi gas aktif, karena efek oksidasi yang kuat dari CO₂ gas, koefisien transisi dari paduan kawat pengisi menurun, yang menyebabkan perbedaan yang signifikan antara yang diendapkan komposisi logam dan komposisi kawat pengisi.

Semakin besar proporsi emisi CO₂ gas di atmosfer pelindung, semakin kuat oksidasi dan semakin rendah koefisien transisi paduan.

Oleh karena itu, ketika menggunakan CO₂ sebagai gas pelindung, kawat pengisi harus mengandung jumlah penghilang oksidasi yang cukup elemen paduan untuk memenuhi persyaratan deoksidasi gabungan Mn dan Si, melindungi kandungan oksigen yang sesuai dalam logam las dan meningkatkan struktur dan sifat las.

Gas pelindung harus dipilih berdasarkan faktor-faktor seperti sifat material yang dilas, persyaratan kualitas sambungan, dan metode proses pengelasan. Untuk baja karbon rendah, paduan rendah baja berkekuatan tinggibaja tahan karat, baja tahan karat, dan baja tahan panas, gas-gas aktif (seperti CO₂, Ar + CO₂, atau Ar + O₂) direkomendasikan untuk perlindungan guna memperhalus tetesan transisi, mengatasi penyimpangan titik katoda busur dan cacat gigitan tepi. Dalam beberapa kasus, gas inert juga dapat digunakan.

Namun, untuk gas pelindung dengan sifat pengoksidasi yang kuat, kabel las mangan dan silikon yang tinggi harus dicocokkan, sedangkan untuk gas campuran yang kaya Ar, kabel las silikon yang rendah harus dicocokkan.

Gas pelindung harus sesuai dengan kabel pengisi. Ketika CO₂ kawat las yang mengandung kandungan Mn dan Si yang lebih tinggi digunakan dalam kondisi argon yang kaya, kandungan paduan dalam logam yang diendapkan tinggi, dan kekuatannya meningkat.

Sebaliknya, ketika kawat yang digunakan dalam kondisi kaya argon dilindungi oleh CO₂ gas, karena oksidasi dan pembakaran elemen paduan, koefisien transisi paduan menjadi rendah, dan kinerja pengelasan menurun.

Untuk logam yang mudah teroksidasi atau memiliki sifat leleh yang buruk seperti aluminium dan paduannya, titanium dan paduannya, tembaga dan paduannya, nikel dan paduannya, dan paduan suhu tinggi, gas inert (seperti gas campuran Ar atau Ar+He) harus digunakan sebagai gas pelindung untuk mendapatkan logam las berkualitas tinggi.

Potensial ionisasi (yaitu, potensial ionisasi) dari gas pelindung memiliki sedikit efek pada kekuatan medan listrik kolom busur dan masukan panas dari logam dasar. Sifat pelindung meliputi konduktivitas termal, kapasitas panas spesifik, dan dekomposisi termal.

Saat menggunakan peleburan pengelasan polaritassemakin besar efek pendinginan gas pelindung pada busur, semakin besar pula masukan panas dari logam dasar. Kisaran gas pelindung yang dapat digunakan untuk berbagai material selama pengelasan ditunjukkan pada Tabel 29.

Gas pelindung yang dapat digunakan untuk material las yang berbeda selama pengelasan perlindungan gas inert polaritas leleh ditunjukkan pada Tabel 30. Pemilihan gas pelindung untuk arus besar pengelasan busur plasma ditunjukkan pada Tabel 31, sedangkan pemilihan untuk pengelasan busur plasma arus kecil ditunjukkan pada Tabel 32.

Tabel 29 Kisaran Gas Pelindung yang Berlaku untuk Material yang Berbeda Selama Pengelasan

Tabel 30 Gas Pelindung yang Berlaku untuk Bahan Las yang Berbeda Selama Pengelasan Perlindungan Gas Inert Polaritas Leleh

Tabel 31 Pemilihan Gas Pelindung untuk Pengelasan Busur Plasma Arus Besar

Tabel 32 Pemilihan Gas Pelindung untuk Pengelasan Busur Plasma Arus Kecil

3.3 Sifat dan Pemilihan Gas Campuran

Dengan menambahkan proporsi tertentu dari beberapa gas ke dalam gas dasar, terbentuklah gas campuran yang memiliki beberapa keuntungan dalam proses pengelasan dan pemotongan, seperti mengubah bentuk busur, meningkatkan energi busur, meningkatkan pembentukan las dan sifat mekanik, serta meningkatkan produktivitas pengelasan.

(1) Sifat-sifat Gas Campuran

Saat menggunakan CO murni₂ sebagai gas pelindung untuk pengelasan, stabilitas busurnya buruk, tetesannya tidak bertransisi secara aksial, percikannya besar, dan pembentukan lasnya buruk. Saat mengelas baja paduan rendah dengan Ar murni, ada penyimpangan besar bintik-bintik katoda, yang juga dapat menyebabkan ketidakstabilan busur.

Menambahkan sedikit gas pengoksidasi seperti O₂ dan emisi CO₂ ke Ar dapat secara signifikan meningkatkan stabilitas busur, memperhalus tetesan, meningkatkan efisiensi transisi, dan membantu meningkatkan pembentukan las dan ketahanan terhadap porositas.

Komponen dan karakteristik gas campuran yang umum digunakan untuk pengelasan berpelindung gas ditunjukkan pada Tabel 33. Beberapa sifat fisik dan kimia campuran yang mudah terbakar ditunjukkan pada Tabel 34.

Tabel 33 Komponen dan Karakteristik Gas Campuran yang Umum Digunakan untuk Pengelasan Berpelindung Gas

Tabel 34 Beberapa Sifat Fisik dan Kimia dari Campuran yang Mudah Terbakar

(2) Pemilihan Gas Campuran

Pemilihan gas campuran umumnya didasarkan pada metode pengelasan, bahan yang dilas, dan pengaruh rasio pencampuran pada proses pengelasan.

Sebagai contoh, ketika mengelas baja paduan rendah berkekuatan tinggi, Ar murni lebih disukai sebagai gas pelindung untuk mengurangi inklusi oksida dan kandungan oksigen dalam lasan. Namun, dari perspektif pembentukan busur dan las yang stabil, gas pengoksidasi ditambahkan ke Ar.

Oleh karena itu, gas pengoksidasi lemah sangat cocok. Untuk transisi jet las busur Argon gas inert, campuran Ar + (1%-2%) O₂ direkomendasikan, sedangkan campuran 20%CO₂+80%Ar paling baik untuk pengelasan proteksi gas aktif dengan transisi hubung singkat.

Dari perspektif efisiensi produksi, menambahkan He, N₂, H₂, CO₂atau O₂ ke Ar dapat meningkatkan masukan panas dari logam dasar dan meningkatkan kecepatan pengelasan selama pengelasan tungsten inert gas (TIG).

Misalnya, ketika mengelas tebal pelat aluminiumdirekomendasikan gas campuran Ar + He; ketika mengelas baja karbon rendah atau baja paduan rendah, menambahkan sejumlah O₂ terhadap emisi CO₂ atau menambahkan sejumlah gas CO₂ atau O₂ ke gas Ar dapat menghasilkan efek yang signifikan.

Selain itu, menggunakan gas campuran untuk perlindungan juga dapat meningkatkan kedalaman penetrasi, menghilangkan cacat seperti kurangnya fusi, retakan, dan porositas. Tabel 35 menunjukkan kisaran gas campuran yang dapat digunakan untuk berbagai material selama pengelasan.

Tabel 35 Kisaran Gas Campuran yang Berlaku untuk Pengelasan Material yang Berbeda

Dalam beberapa tahun terakhir, gas campuran Ar kasar juga telah dipromosikan dan diterapkan. Komposisinya adalah Ar = 96%, O₂ ≤ 4%, H₂O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. Gas campuran Ar kasar tidak hanya dapat meningkatkan pembentukan las, mengurangi percikan, dan meningkatkan efisiensi pengelasan, tetapi juga ketika digunakan untuk pengelasan baja paduan rendah berkekuatan tinggi dengan kekuatan tarik 500-800 MPa, sifat mekanik logam las setara dengan yang menggunakan Ar dengan kemurnian tinggi. Gas campuran Ar kasar tidak mahal dan memiliki manfaat ekonomi yang baik.