5 Cara Gas Terbentuk Porositas pada Lasan
Porositas las terbentuk ketika gelembung gas tetap berada di dalam logam cair saat mengeras. Udara yang masuk ke zona pelindung, kontaminasi yang mengandung hidrogen, uap pelapis, reaksi kimia, dan perilaku kolam las atau lubang kunci yang tidak stabil semuanya dapat berkontribusi. Untuk menemukan penyebabnya, lacak sumber gas dan apa yang mencegah keluarnya gas, lalu bandingkan lasan yang setara menggunakan metode inspeksi yang diperlukan.
Bagaimana gas menjadi pori-pori
Porositas adalah rongga gas dalam logam las yang telah mengeras. Porositas dapat berupa rongga internal, terbuka ke permukaan, tersebar, berkelompok, atau memanjang. Sumber gas saja tidak menjamin adanya pori: gelembung yang mencapai permukaan bebas dapat keluar sebelum logam membeku di sekitarnya.
Gas larut dalam cairan, terbentuk melalui reaksi, atau terisolasi di dalam kolam.
Aliran cairan dan daya apung memengaruhi jalurnya menuju permukaan bebas.
Gelombang pembekuan yang bergerak maju menutup di sekitar gas yang belum keluar.
Kelima jalur di bawah ini saling tumpang tindih. Misalnya, kebocoran pelindung dapat menyebabkan masuknya uap air, uap air tersebut dapat memasok hidrogen, dan pergerakan cairan las dapat menentukan apakah gelembung yang dihasilkan tetap berada di dalam lasan. Perlakukan jalur-jalur ini sebagai jalur investigasi, bukan sebagai lima diagnosis yang saling eksklusif.
Pertama, pastikan adanya diskontinuitas. Bintik gelap pada radiografi atau lubang di ujung las juga dapat melibatkan inklusi, kurangnya fusi, atau penyusutan. Secara khusus, kawah berbentuk pipa dapat terbentuk akibat penyusutan pembekuan dan mungkin terjadi bersamaan dengan pori-pori gas.
1. Udara memasuki perisai gas yang tidak lengkap
Kebocoran, aliran udara dingin, atau gangguan aliran gas dapat memungkinkan atmosfer mencapai logam las panas. Nitrogen, oksigen, dan uap air kemudian menjadi bagian dari investigasi. Pembacaan aliran pada silinder tidak membuktikan bahwa kolam lelehan tertutup.
TWI mengidentifikasi kebocoran saluran gas, aliran udara, dan aliran berlebihan sebagai penyebab umum porositas. Terlalu sedikit gas menyebabkan cakupan yang tidak memadai; terlalu banyak dapat menciptakan turbulensi yang menarik udara ke dalam aliran. Tidak ada satu laju aliran pun yang cocok untuk setiap gas, nosel, posisi obor, dan proses.
Telusuri jalur pengiriman dari sumber pasokan gas yang telah diidentifikasi melalui regulator, selang, sambungan, katup, dan obor las. Periksa kondisi nosel atau cangkir, penyumbatan, jarak dan sudut obor las, serta aliran udara pada sambungan sebenarnya. Verifikasi pengiriman menggunakan metode pabrikan peralatan dan spesifikasi prosedur pengelasan (WPS).
Untuk pengelasan TIG, perakitan obor dan pengaturan waktu gas juga penting. Miller menjelaskan bagaimana saluran gas yang panjang dapat menghasilkan lonjakan awal yang mengganggu cakupan pengelasan. Pembacaan kondisi stabil yang baik mungkin melewatkan masalah yang terbatas pada bagian pertama pengelasan.
Perbandingan yang bermanfaat: jika porositas mulai muncul setelah memindahkan stasiun kerja atau mengganti nosel, kembalikan pengaturan yang telah diverifikasi tersebut dan ulangi pengujian pada sampel yang sama sebelum mengubah suhu atau kecepatan gerak.
1 Arah perjalanan · 2 Tabung kontak · 3 Kawat elektroda · 4 Gas pelindung · 5 Logam las cair · 6 Logam las yang mengeras · 7 Benda kerja
Sesuaikan pemeriksaan dengan prosesnya. TIG dan MIG/MAG bergantung pada gas pelindung eksternal. Pengelasan elektroda dan pengelasan kawat inti fluks yang terlindungi sendiri bergantung pada sistem pelindung habis pakai; perbaikan aliran silinder tidak berlaku untuknya. Pengelasan kawat inti fluks yang terlindungi gas membutuhkan kondisi kawat yang tepat dan pasokan gas eksternal. Pilihan gas laser juga bergantung pada material; lihat pemilihan gas pelindung untuk pengelasan laser.
2. Kelembapan dan hidrokarbon memasok hidrogen
Air, minyak, gemuk, dan kontaminasi pembawa hidrogen lainnya dapat memasukkan hidrogen ke dalam kolam las. Sumber yang mungkin termasuk benda kerja, bahan pengisi, elektroda atau fluks, penanganan, dan kelembapan dalam sistem gas. Pertanyaan kuncinya adalah dari mana kontaminasi itu masuk.
Aluminium sangat sensitif karena hidrogen jauh lebih mudah larut dalam aluminium cair daripada dalam logam padat. Saat cairan mengeras, hidrogen dapat meninggalkan larutan dan membentuk gelembung. Panduan aluminium TWI mengidentifikasi oksida permukaan terhidrasi, kontaminasi pengisi, kelembapan atmosfer, dan saluran gas sebagai sumber penting. Material cor atau sinter juga dapat mengandung hidrogen dari proses pembuatannya, sehingga pembersihan permukaan berulang mungkin tidak menyelesaikan setiap kasus.
Tinjau kembali urutan persiapan dan penyimpanan. Penghilangan lemak, penghilangan oksida jika diperlukan, alat khusus yang bersih, bahan habis pakai yang kering, dan perlindungan dari kontaminasi ulang bekerja bersama-sama. Bersihkan sebelum merakit sambungan yang dapat memerangkap cairan pembersih, dan biarkan proses pembersihan yang disetujui selesai sebelum pengelasan.
Perbandingan yang bermanfaat: siapkan kupon yang cocok dengan material bersih yang terdokumentasi dan bahan pengisi yang disimpan dengan benar. Jaga agar sambungan, pelindung, dan program mesin tetap sama. Jika pori-pori tetap ada, selidiki sistem gas dan riwayat material daripada berulang kali memoles permukaan las.
Pada baja yang rentan, hidrogen juga menimbulkan kekhawatiran akan keretakan. Keretakan akibat hidrogen bergantung pada material, siklus termal, dan pengekangan. Tidak adanya pori-pori yang terlihat tidak menjamin pengendalian hidrogen yang memadai. Ikuti persyaratan penyimpanan bahan habis pakai dan WPS secara tepat; tidak ada suhu pengeringan ulang elektroda atau pemanasan awal yang universal.
3. Residu dan lapisan melepaskan gas atau uap
Cat, primer, oli, sealant, dan material yang terjebak di antara permukaan sambungan dapat melepaskan gas saat dipanaskan. Lapisan logam yang mudah menguap memperkenalkan mekanisme lain: seng dapat menguap sebelum baja di bawahnya meleleh.
Pada sambungan tumpang tindih galvanis yang dijepit rapat, seng pada antarmuka tersembunyi membutuhkan jalur keluar. Uap yang dipaksa melewati kolam las dapat mengganggu cairan, menghasilkan percikan, atau meninggalkan rongga. Penelitian TWI tentang baja otomotif berlapis seng menjelaskan mengapa posisi lapisan, susunan sambungan, dan jalur keluar uap itu penting. Permukaan luar yang bersih tidak menjamin bahwa tumpang tindih tersebut bersih atau berventilasi dengan baik.
Identifikasi lapisan dan ketebalannya, periksa di mana lapisan tersebut berpotongan dengan lasan, dan catat kesesuaiannya. Solusinya mungkin melibatkan penghilangan lapisan yang diizinkan, jarak sambungan yang terkontrol, fitur ventilasi, atau proses yang dikembangkan untuk lapisan tersebut. Masing-masing mengubah lebih dari sekadar pelepasan gas: celah dan persiapan juga memengaruhi fusi dan perlindungan korosi. Gunakan panduan pengelasan laser baja galvanis untuk pertimbangan desain sambungan yang lebih luas.
Perbandingan yang bermanfaat: bandingkan sambungan asli dengan satu persiapan atau perubahan ventilasi yang disetujui, dengan tetap mempertahankan kondisi lainnya. Periksa penetrasi dan pori-pori internal serta tampilan permukaan. Celah tetap atau lebar penggerindaan dari pekerjaan lain bukanlah solusi yang tervalidasi untuk pekerjaan ini.
Pilih alat pembersih dan pengendali asap secara bersamaan. Identifikasi lapisan dan pembersih dari lembar data keselamatannya. Jauhkan residu dan uap pelarut terklorinasi dari panas pengelasan dan radiasi busur, yang dapat menghasilkan produk dekomposisi beracun. Penghilangan lapisan dan pengelasan juga memerlukan pengendalian asap yang sesuai; CCOHS menjelaskan bahaya asap dan gas yang relevan.
4. Reaksi di dalam kolam las menghasilkan gas.
Gas dapat terbentuk melalui reaksi kimia di dalam kolam las. Dalam pengelasan baja, karbon dapat bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon monoksida (CO). Jika gas tidak dapat keluar sebelum pembekuan, gas tersebut dapat meninggalkan pori-pori.
[C] + [O] → CO(g)
Reaksi yang disederhanakan: tanda kurung mewakili karbon dan oksigen yang terlarut dalam logam, dan "g" menunjukkan gas. Ini menunjukkan mekanisme, bukan rumus untuk memprediksi volume pori.
Zat pereduksi panas seperti mangan dan silikon dapat bergabung dengan oksigen, mengurangi oksigen yang tersedia untuk reaksi ini. Panduan pengelasan MIG kawat baja dari ESAB menjelaskan peran ini. Kombinasi yang relevan meliputi logam dasar, komposisi pengisi, kondisi permukaan, dan gas pelindung.
Ini tidak berarti bahwa gas pelindung yang mengandung CO₂ selalu salah. Gas tersebut dapat menjadi bagian dari prosedur MAG baja yang sesuai dengan bahan pengisi yang kompatibel. Diskusi Eagar tentang termokimia penyambungan menunjukkan mengapa kimia pelindung dan deoksidator harus dipertimbangkan bersama.
Perbandingan yang bermanfaat: jika masalah muncul setelah perubahan material, lot kawat, atau gas, simpan sertifikat dan sampelnya. Verifikasi kombinasi yang disetujui dan bandingkan dengan lot terakhir yang dapat diterima sebelum melakukan perubahan parameter secara luas. Jangan mengganti kawat dengan kawat yang lebih terdeoksidasi tanpa memeriksa sifat pengelasan yang dibutuhkan.
5. Pergerakan kolam atau runtuhnya lubang kunci memerangkap gelembung.
Gelembung dapat tetap ada meskipun sumber asalnya telah berkurang. Aliran cairan, transfer tetesan yang tidak stabil, dan laju pembekuan memengaruhi apakah gas mencapai permukaan bebas. Perubahan panas atau kecepatan dapat mengubah penyerapan dan pelepasan gas, sehingga arah penyesuaian yang bermanfaat tidaklah universal.
Untuk pengelasan busur dengan kawat las, periksa apakah pengumpanan dan transfer logam berjalan stabil. Catat gangguan, jarak obor, kesesuaian sambungan, dan lokasi pori-pori. Mengembalikan pengaturan stabil yang diketahui akan memberikan perbandingan awal yang lebih bermanfaat daripada mengubah beberapa pengaturan sekaligus.
Pengelasan laser penetrasi dalam menambahkan lubang kunci : rongga berisi uap yang dipertahankan di bawah pancaran sinar. Penyempitan atau kolaps lokal dapat memisahkan gelembung dari rongga tersebut. Gelembung tersebut dapat keluar atau bergabung kembali dengan lubang kunci; gelembung tersebut hanya menjadi pori jika logam yang mengeras memerangkapnya.
Oleh karena itu, diagnosis laser mencakup penetrasi aktual, daya, kecepatan gerak, fokus, bentuk atau goyangan berkas, kesesuaian, dan pelindung. Permukaan yang bersih saja tidak dapat memastikan stabilitas lubang kunci. Catat kondisi-kondisi ini bersamaan dengan kedalaman dan posisi pori.
Apa yang sebenarnya ditunjukkan oleh studi pengelasan internal?
Pang dan rekan-rekannya mempelajari pengelasan laser serat pada baja tahan karat 304 setebal 3 mm . Gambar 2 mereka membandingkan radiografi dan penampang longitudinal pada daya bantuan ultrasonik yang berbeda. Kondisi pengelasan adalah daya laser 2,000 W, kecepatan gerak 1.2 m/menit, defokus +3 mm, dan perisai nitrogen 20 L/menit.
Lihat gambar yang lebih besar
Geser ke samping dan ke bawah untuk memeriksa pori-pori dan skala ukurannya.
Dalam perbandingan ini, bantuan ultrasonik 750 W menghasilkan pori-pori yang lebih sedikit daripada 1,000 W. Pelajarannya adalah bahwa input yang lebih besar tidak selalu menghasilkan hasil yang lebih baik, dan pemeriksaan internal mengungkapkan perbedaannya. Pengaturan ini merupakan bagian dari susunan eksperimental tersebut; ini bukan resep untuk laser, kepala genggam, atau sambungan yang berbeda.
Pilihan nitrogen dalam penelitian ini juga spesifik untuk material dan prosesnya. Lihat perbandingan nitrogen versus argon untuk pengelasan laser sebelum menganggap perubahan gas sebagai solusi umum untuk porositas.
Gunakan pola pori untuk memilih pemeriksaan selanjutnya.
Bentuk dan lokasi membantu mempersempit penyelidikan, tetapi keduanya tidak dapat mengidentifikasi gas tersebut dengan sendirinya. Gabungkan indikasi tersebut dengan perubahan yang terjadi dalam produksi dan bukti dari bagian yang terdampak.
| Bukti yang diamati | Apa yang dapat disarankan | Periksa sebelum mengambil kesimpulan |
|---|---|---|
| Pori-pori yang tersebar atau terbuka di permukaan setelah perubahan pengaturan. | Perubahan cakupan gas atau kontaminasi. | Pengiriman gas, kondisi nosel, aliran udara, persiapan, dan pengelasan pertama yang terpengaruh. |
| Pori-pori internal halus pada aluminium | Jalur hidrogen terlarut masuk akal. | Oksida terhidrasi, bahan pengisi, kondensasi, kelembapan saluran gas, dan riwayat material; bentuk saja tidak dapat menentukan sumbernya. |
| Pori-pori memanjang atau gugusan pada area tumpang tindih | Pelepasan gas yang berkelanjutan atau kondisi jebakan lokal. | Lapisan tersembunyi, residu, dan geometri sambungan; konfirmasikan rongga relatif terhadap antarmuka. |
| Laser pada pori-pori di dekat akar atau garis tengah. | Perilaku seperti lubang kunci atau kolam mungkin terlibat. | Penetrasi, kesesuaian, dan stabilitas proses bersamaan dengan pemeriksaan gas dan lapisan. |
| Rongga pada ujung las | Pemerangkapan gas, penyusutan, atau lebih dari satu ketidaksempurnaan. | Potong atau periksa bagian penghentian sesuai kebutuhan; tinjau perilaku pengisian dan penghentian sebelum menyebutnya porositas. |
Geser ke samping untuk membaca semua kolom pada layar kecil. Ini adalah petunjuk investigasi, bukan batasan penerimaan atau diagnosis berperingkat.
Bangun perbandingan terkontrol.
- Pertahankan data dasar. Simpan bagian atau sampel yang rusak dan catat material, ketebalan, sambungan, lapisan, pengisi, gas, dan pengaturan mesin yang sebenarnya. Tandai di mana pori-pori muncul dan kapan masalah dimulai.
- Pilih perubahan yang paling didukung. Gunakan bukti di atas untuk memilih satu sumber atau kondisi proses. Pulihkan pengaturan yang diketahui dapat diterima jika memungkinkan, dan pertahankan kondisi lainnya tetap konstan.
- Bandingkan bukti yang setara. Periksa panjang, lokasi, dan penampang las yang sebanding menggunakan metode yang sama. Periksa fusi, penetrasi, dan sifat-sifat lain yang dibutuhkan beserta porositasnya. Ulangi secukupnya untuk memastikan konsistensi sesuai dengan rencana kualitas produksi.
Sebagai contoh, jika pori-pori dimulai dengan satu lot pengisi, perbandingan yang sesuai menggunakan lot yang sebelumnya dapat diterima akan menguji pengamatan tersebut. Mengubah pengisi, gas, dan kecepatan gerak secara bersamaan akan membuat sumber perbaikan apa pun tetap tidak terpecahkan. Ini adalah perbandingan pemecahan masalah yang diusulkan, bukan hasil produksi yang dilaporkan.
Konfirmasikan pengelasan dan perbaikan sesuai dengan persyaratan yang benar.
Permukaan yang halus tidak berarti tidak ada pori-pori internal. Inspeksi visual menemukan bukti di permukaan; radiografi sering membantu mengungkapkan porositas volumetrik. Pori-pori kecil, ketebalan, dan geometri memengaruhi kemampuan deteksi. Pengujian ultrasonik, tomografi terkomputasi, atau pemotongan mungkin sesuai untuk tugas pemeriksaan atau pengembangan tertentu, tetapi metode-metode tersebut tidak dapat saling menggantikan.
Pisahkan nama suatu ketidaksempurnaan dari penerimaannya. ISO 6520-1 menyediakan kerangka klasifikasi. ISO 5817:2023 mencakup tingkat kualitas untuk material las fusi tertentu dan tidak termasuk pengelasan sinar. ISO 13919-1:2019 membahas baja, nikel, titanium, dan paduannya yang dilas dengan sinar elektron dan laser. Spesifikasi produk yang berlaku, tingkat kualitas yang dipilih, dan persyaratan pemeriksaan mengatur pekerjaan yang sebenarnya.
Pengelasan di atas pori-pori bukanlah bukti perbaikan. Jika porositas tidak dapat diterima, perbaikan yang disepakati biasanya memerlukan pengangkatan logam las yang terpengaruh, koreksi penyebabnya, persiapan ulang, pengelasan ulang, dan pemeriksaan ulang. Panduan perbaikan TWI membedakan pengangkatan lokal dari porositas yang meluas yang mungkin memerlukan pengangkatan seluruh lasan.
Jika indikasinya berupa retakan atau kurangnya fusi, atau persyaratan penerimaan tidak diketahui, selesaikan masalah tersebut sebelum merilis komponen. Sampel uji dengan lebih sedikit lubang kecil yang terlihat tidak membuktikan bahwa pengelasan produksi memenuhi persyaratannya.
Diskusikan masalah porositas pengelasan laser dengan Oceanplayer Laser. Bagikan informasi mengenai jenis dan ketebalan material dasar, sambungan dan lapisan, bahan pengisi, gas dan nosel, pengaturan daya-kecepatan-fokus, kapan masalah dimulai, serta foto dan hasil inspeksi internal yang tersedia. Sertakan kriteria pengelasan yang diperlukan agar perbandingan sampel dapat sesuai dengan bagian yang sebenarnya.
Diskusikan aplikasi pengelasan Anda.