Menguasai Pengelasan Besi Cor: Panduan Profesional untuk Sukses Internal
Pengelasan besi cor internal mungkin—di bawah kondisi tertentu
Pengelasan internal yang efektif untuk bagian besi cor dapat menghemat waktu dan uang—tetapi ada tantangan. Kegagalan pengelasan seringkali menghasilkan retakan atau kerusakan lainnya. Jika bagian kritis terlibat, mungkin lebih bijak untuk mencari kerjaan dari fasilitas pengelasan dengan pengelasan berpengalaman untuk memastikan hasil yang berhasil.
Jika pengelasan dilakukan internal, penting untuk meneliti langkah-langkah yang diperlukan untuk menghasilkan bagian yang dielas dengan efektif. Empat langkah kunci harus diambil sebelum memulai:
- Identifikasi logam
- Bersihkan cor dengan menyeluruh
- Pilih suhu pre-heat
- Pilih teknik pengelasan yang sesuai
Identifikasi logam
Cast irons adalah keluarga logam besi-karbon. Kandungan karbon tinggi mereka (biasanya 2–4%) memberikan kekerasan khas pada besi cor. Namun, kekerasan ini datang dengan pengorbanan ductility. Lebih kurang lentu dibandingkan baja atau besi tempa. Siklus pemanasan dan pendinginan selama pengelasan menyebabkan ekspansi dan kontraksi dalam logam, menginduksi stres tarik. Besi cor tidak meregang atau merubah bentuk saat dipanaskan atau diberi stres—malah pecah—membuatnya sangat sulit untuk dielas. Karakteristik ini dapat ditingkatkan dengan menambahkan logam yang berbeda.
Beberapa logam besi cor lebih mudah dielas daripada yang lain:
- Grey cast iron
Grey cast iron adalah bentuk paling umum dari besi cor. Karbon terpisah menjadi flak graphite selama pembuatan menjadi mikrostruktur kristal pearlite atau ferrite. Ini lebih lentu dan dapat dielas dibandingkan white cast iron. Namun, ini masih menantang bagi pengelasan potensial karena flak graphite dalam grey cast iron dapat masuk ke dalam poel pengelasan untuk menyebabkan embrittlement logam pengelasan.
- White cast iron
White cast iron mempertahankan karbon sebagai iron carbide tanpa memisahkannya sebagai graphite. Mikrostruktur kristal cementite sangat keras dan rapuh. White cast iron umumnya dianggap tidak dapat dielas. - Ductile, nodular, or malleable iron
Besi cor ini semua kurang rapuh karena perbedaan mikrostruktur akibat pembuatan. Ketiganya memiliki mikrostruktur karbon bola yang diciptakan oleh proses pembuatan unik mereka.
Cara terbaik untuk menentukan apakah Anda memiliki besi putih atau abu-abu adalah memeriksa spesifikasi asli. Analisis spektrokimia dapat memberikan spesifikasi ini setelah fakta. Ketika cara yang akurat ini tidak mungkin, ada beberapa cara untuk memeriksa di bengkel.
Besi abu-abu akan menunjukkan abu-abu di titik retakan, karena graphite dalam mikrostrukturnya. Besi putih lebih putih di titik retakan karena cementite. Sayangnya, uji retakan hanya berguna jika pengelasan tahu bahwa materialnya adalah abu-abu atau putih. Ini adalah bentuk besi cor yang lebih lama dan tradisional. Mereka juga lebih umum dalam kelas barang tertentu. Namun, besi ductile, yang relatif baru, juga cukup putih di titik retakan, dan jauh lebih dapat dielas.
Pengujian percikan juga dapat digunakan oleh metalurg berpengalaman untuk mencoba menentukan jenis besi.
Bersihkan cor
Terlepas dari logam, semua cor harus disiapkan dengan baik sebelum pengelasan. Saat mempersiapkan cor untuk pengelasan, penting untuk menghilangkan semua material permukaan. Cor harus sepenuhnya bersih di area pengelasan. Hapus cat, lemak, minyak, dan material asing lainnya dari zona pengelasan. Terbaik untuk memberikan panas dengan hati-hati dan perlahan pada zona pengelasan untuk waktu singkat untuk menghilangkan gas yang terperangkap dari zona pengelasan logam dasar.
Teknik sederhana untuk menguji kesiapan permukaan besi cor adalah menyetor satu lapisan pengelasan pada logam—ia akan berpori jika ada kotoran. Lapisan ini dapat digosok, dan proses diulang beberapa kali hingga porositas hilang.
Pre-heat
Semua besi cor rentan terhadap retakan di bawah stres. Kontrol panas adalah faktor paling penting dalam menghindari retakan.
Pengelasan besi cor memerlukan tiga langkah:
- Pre-heating
- Low heat input
- Slow cooling
Alasan utama untuk kontrol panas adalah ekspansi termal. Saat logam panas, ia melebar. Tidak ada stres yang timbul ketika seluruh objek panas dan melebar dengan laju yang sama, tetapi stres akan timbul ketika panas lokal di zona kecil yang dipanaskan (HZ).
Pemanasan lokal menyebabkan ekspansi terbatas—HZ dipegang oleh logam lebih dingin di sekitarnya. Tingkat stres yang dihasilkan bergantung pada gradien termal antara HZ dan tubuh cor. Dalam baja dan logam lentu lainnya, stres yang dibangun oleh ekspansi dan kontraksi terbatas dihilangkan dengan meregang. Sayangnya, ini dapat menyebabkan retakan selama periode kontraksi karena besi cor memiliki ductility yang relatif rendah. Pre-heating mengurangi gradien termal antara tubuh cor dan HZ, sehingga meminimalkan stres tarik yang disebabkan oleh pengelasan. Secara umum, metode pengelasan suhu tinggi memerlukan pre-heat suhu yang lebih tinggi. Ketika preheating yang memadai tidak mungkin, strategi terbaik adalah meminimalkan input panas—pilih proses pengelasan suhu rendah, dan stang atau kawat pengelasan titik leleh rendah.
Laju pendinginan adalah faktor lain yang memiliki dampak langsung pada stres yang diinduksi pada pengelasan. Pendinginan cepat menyebabkan kontraksi, yang menciptakan pengelasan rapuh yang mudah retak. Sebaliknya, pendinginan rendah mengurangi pengerasan dan stres kontraksi.
https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/pre-heat-welding.mov
Pre-heating before welding
Semua besi cor rentan terhadap retakan di bawah stres, tetapi ini dapat dicegah dengan pre-heating. Tonton video untuk melihat bagaimana panas diterapkan pada logam sebelum pengelasan.
Welding technique
Teknik pengelasan harus dipilih berdasarkan kesesuaiannya dengan logam besi cor yang dielas. Proses pengelasan paling umum adalah stick, oxy acetylene, dan braze welding.
Stick welding
Stick welding, juga dikenal sebagai shielded metal arc welding atau MMA, menggunakan elektrode yang dapat dikonsumsi dilapisi dengan flux. Berbagai jenis elektrode dapat digunakan tergantung pada aplikasi, kecocokan warna yang diperlukan, dan jumlah machining yang akan dilakukan setelah pengelasan.
Ada tiga jenis filler utama yang baik untuk stick welding besi cor:
- Cast iron covered electrodes
- Copper alloy electrodes
- Nickel alloy electrodes
Nickel alloy electrodes adalah yang paling populer untuk pengelasan besi cor. Menurut New Hampshire Materials Laboratory Inc., nickel-iron weld lebih kuat dengan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah, mengurangi stres pengelasan dan meningkatkan resistensi terhadap retakan.
Busur listrik antara elektrode dan area pengelasan meleleh logam dan menyebabkan fussi. Busur harus diarahkan pada poel pengelasan, alih-alih pada logam dasar, karena ini akan meminimalkan dilution. Direkomendasikan untuk menggunakan pengaturan arus terendah yang disetujui oleh produsen untuk meminimalkan stres panas. Preheat bagian hingga setidaknya 250°F sebelum pengelasan dengan elektrode besi cor atau tembaga. Elektrode nickel dapat digunakan tanpa preheat.
Oxy acetylene welding
Oxy acetylene welding juga menggunakan elektrode, tetapi alih-alih busur yang dihasilkan oleh arus, lampu oxy acetylene menyediakan energi untuk pengelasan. Elektrode besi cor, dan elektrode tembaga seng, keduanya cocok untuk pengelasan oxy acetylene besi cor.
Perhatian harus diberikan untuk tidak mengoksidasi besi cor selama pengelasan acetylene, karena ini menyebabkan kehilangan silicon dan pembentukan besi putih dalam pengelasan. Stang pengelasan harus dilelehkan dalam poel pengelasan cair, alih-alih langsung oleh nyala api, untuk meminimalkan gradien suhu.
Braze welding
Braze welding adalah metode umum untuk menggabungkan bagian besi cor karena dampak minimal pada logam dasar itu sendiri. Stang pengelasan menyediakan filler yang menempel pada permukaan besi cor. Karena titik leleh filler yang lebih rendah dibandingkan besi cor, filler tidak mencair dengan besi cor tetapi menempel pada permukaan.
Kebersihan permukaan sangat penting untuk teknik pengelasan ini karena gabungan tergantung pada kualitas filler yang melapisi permukaan logam dasar. Menurut Machine Design, penggunaan flux untuk mencegah pembentukan oksida selama brazing adalah umum. Ini adalah cairan yang mempromosikan wetting, yang memungkinkan filler mengalir di atas bagian logam yang akan digabungkan. Ini juga membersihkan bagian dari oksida sehingga filler melekat lebih erat pada bagian logam. Selain itu, fluxes digunakan dalam pengelasan untuk membersihkan permukaan logam.
Finishing
Retakan biasanya terjadi selama fase kontraksi termal—stres tarik bertambah saat pengelasan mendingin dan menyusut. Jika stres mencapai titik kritis, pengelasan retak.
Kemungkinan retakan dapat dikurangi dengan menerapkan stres kompresif untuk menentang stres tarik selama pendinginan. Pengelasan menggunakan teknik yang disebut peening (pukulan sedang dengan palu ball-peen) pada bead pengelasan yang dapat berubah bentuk saat pengelasan masih lembut. Peening mengurangi risiko retakan dalam pengelasan dan HZ, tetapi hanya harus dilakukan saat bekerja dengan logam pengelasan yang relatif lentu.
Langkah akhir pengelasan adalah kontrol pendinginan. Proses ini menggunakan bahan isolasi untuk memperlambat pendinginan sebanyak mungkin, atau menerapkan panas berkala pada pengelasan untuk memperlambat proses pendinginan alami.
In-house welding
Sementara mengontrak pengelasan besi cor kepada profesional dapat menjamin pengelasan berkualitas, mungkin untuk menyelesaikan perbaikan pengelasan internal dengan persiapan yang hati-hati. Ikuti langkah-langkah untuk mengidentifikasi logam Anda, menyiapkan material, dan memilih teknik pengelasan yang paling sesuai.
Sources
- Total Materia. “Welding Cast Iron and other Irons.”
- New Hampshire Materials Laboratory. “Tips on Welding Cast Iron.”
- The Welding Institute. “Weldability of Materials: Cast Irons.”
