Penerapan pengelasan laser pada baja tahan karat 1

Mengapa Mengelas Logam Stainless dengan Laser?

Pengelasan dengan laser menawarkan beberapa keunggulan yang menjadikannya salah satu metode paling efektif untuk menyambung logam stainless. Kombinasi unik antara kecepatan, ketepatan, dan dampak termal minimal menghasilkan sambungan yang sulit dicapai dengan metode pengelasan konvensional.

Distorsi rendah dan sedikit perubahan warna akibat panas: Logam stainless sangat peka terhadap panas, dan masukan panas berlebihan dapat menyebabkan pelengkungan, tegangan sisa, atau perubahan warna yang tidak menarik. Sumber panas terkonsentrasi dalam pengelasan dengan laser menghasilkan zona terpengaruh panas (HAZ) yang sempit, sehingga mengurangi distorsi. Profil termal yang terkontrol juga membatasi perubahan warna akibat panas, menjaga ketahanan korosi logam tersebut dan mengurangi atau menghilangkan kebutuhan pembersihan setelah pengelasan.

Kecepatan tinggi dan ramah otomatisasi: Pengelasan laser dapat dilakukan pada kecepatan perjalanan tinggi, menjadikannya ideal untuk manufaktur volume besar. Proses ini mudah terintegrasi ke dalam lini produksi otomatis, dengan sistem robotik yang menghasilkan pengelasan konsisten tanpa kelelahan operator. Hal ini meningkatkan kapasitas produksi sekaligus mempertahankan kualitas.

Presisi yang sangat baik: Berkas laser dapat difokuskan ke ukuran titik yang sangat kecil, memungkinkan penempatan las yang tepat. Ini sangat penting saat bekerja dengan bagian baja tahan karat tipis, desain rumit, atau komponen dengan toleransi kesalahan minimal.

Akses dan pengelasan satu sisi: Berbeda dengan beberapa metode pengelasan konvensional, pengelasan laser umumnya hanya memerlukan akses dari satu sisi sambungan. Hal ini menjadikannya sangat berharga untuk perakitan kompleks atau area dengan akses terbatas.

Proses bersih: Pengelasan laser adalah proses tanpa kontak yang menghasilkan percikan, asap, atau kontaminasi minimal. Hal ini tidak hanya meningkatkan keselamatan dan kebersihan di lantai pabrik, tetapi juga mengurangi kebutuhan akan proses akhir pengelasan yang ekstensif.

Pengelasan baja tahan karat dengan laser menggabungkan kecepatan, ketepatan, dan masukan panas minimal, menghasilkan pengelasan yang kuat, bersih secara visual, dengan berkurangnya kebutuhan revisi. Kompatibilitasnya dengan otomasi serta akses satu sisi membuatnya menjadi pilihan ideal untuk produksi massal maupun aplikasi khusus, memberikan manfaat jangka panjang dalam hal kualitas dan efisiensi.

Kelompok Baja Tahan Karat dan Implikasinya dalam Pengelasan

Baja tahan karat dikelompokkan ke dalam keluarga berdasarkan struktur kristal dan komposisi aloynya. Perbedaan ini secara langsung mempengaruhi kemampuan las (weldability), respons terhadap panas, dan sifat mekanis akhir. Dalam pengelasan laser, pemahaman karakteristik ini sangat penting untuk menghindari cacat seperti retak, distorsi, hilangnya ketahanan korosi, atau ketidakseimbangan fase.

Austenitik

Struktur & Komposisi: Struktur kubus berpusat pada muka (Face-centered cubic/FCC), umumnya mengandung 16–26% kromium dan 6–12% nikel. Jenisnya meliputi 304, 316, dan 310.

Kemampulasan: Kemampulasan dan keliatan sangat baik, tetapi ekspansi termal yang tinggi dapat menyebabkan distorsi. Konduktivitas termal yang rendah juga dapat menyebabkan panas berlebih lokal jika parameter tidak dikontrol.

Pertimbangan Las Laser: Gunakan masukan panas yang rendah untuk meminimalkan pelengkungan. Gunakan campuran gas pelindung (misalnya argon-helium) untuk meningkatkan penetrasi dan mengurangi oksidasi. Hindari sensitisasi dengan mengontrol suhu antar-lapisan dan laju pendinginan.

Aplikasi: Peralatan pengolahan makanan, tangki kimia, pelapis arsitektur.

Feritik

Struktur & Komposisi: Struktur kubus berpusat pada badan (Body-centered cubic/BCC) dengan 10,5–30% kromium, sangat sedikit atau tanpa nikel. Jenis umum: 409, 430.

Kemampulasan: Kemampulasan sedang—rentan terhadap pertumbuhan butir dan mengerasnya zona terpengaruh panas (heat-affected zone/HAZ). Ekspansi termal yang rendah berarti distorsi lebih kecil dibandingkan jenis austenitik.

Pertimbangan Lasan Laser: Menjaga panas masukan rendah dan pendinginan cepat untuk menghindari butiran kasar. Logam pengisi seringkali tidak diperlukan tetapi dapat digunakan untuk meningkatkan ketangguhan pada bagian tebal.

Aplikasi: Sistem knalpot otomotif, peralatan industri, hiasan trim.

Martensitik

Struktur & Komposisi: Struktur BCC/tetragonal dengan kromium 11,5–18% dan kandungan karbon lebih tinggi. Kelas umum: 410, 420, 440C.

Kemampuan Las: Lebih sulit dilas karena kekerasan dan getasnya. Risiko tinggi retak dingin di zona terpengaruh panas (HAZ).

Pertimbangan Lasan Laser: Preheat hingga 150 –300℃ untuk mengurangi gradien kekerasan. Gunakan pemanasan pasca-las (tempering) untuk memulihkan ketangguhan. Bahan pengisi dengan kandungan karbon lebih rendah dapat membantu meminimalkan sensitivitas retak.

Aplikasi: Bilah turbin, pisau, alat bedah.

Pengerasan Presipitasi (PH)

Struktur & Komposisi: Struktur martensitik atau semi-austenitik dengan unsur paduan tambahan (misalnya Cu, Al, Nb, Ti) yang memungkinkan pengerasan usia. Contoh: 17-4PH.

Sifat Las: Sifat las yang baik, tetapi sifat mekanis sangat bergantung pada perlakuan panas.

Pertimbangan Las Laser: Lakukan pengelasan dalam kondisi terlarut, lalu lakukan penuaan setelah pengelasan untuk memulihkan kekuatan. Hindari masukan panas berlebihan untuk mencegah penuaan berlebihan atau distorsi.

Aplikasi: Komponen pesawat terbang, poros berkekuatan tinggi, peralatan petrokimia.

Duplex dan Super Duplex

Struktur & Komposisi: Sekitar 50/50 fase austenitik dan feritik, dengan kandungan kromium tinggi (19–32%), molibdenum, dan nitrogen untuk ketahanan korosi yang lebih baik. Jenis umum: 2205, 2507.

Sifat Las: Sifat las yang baik tetapi sensitif terhadap ketidakseimbangan fase—panas berlebih dapat menyebabkan fase ferit atau sigma mendominasi, mengurangi ketahanan korosi dan ketangguhan.

Pertimbangan Las Laser: Gunakan masukan panas sedang yang terkendali dan pertahankan suhu antar lapisan di bawah ~150 ℃. Kemurnian gas pelindung sangat penting untuk menghindari kehilangan nitrogen.

Aplikasi: Anjungan lepas pantai, pabrik desalinasi, peralatan pemrosesan kimia.

Setiap keluarga baja tahan karat merespons secara berbeda terhadap panas terkonsentrasi dari pengelasan laser. Austenitik mudah dilas tetapi mudah terdistorsi, feritik stabil tetapi berisiko mengalami pengkasaran butir, martensitik memerlukan pemanasan awal dan perlakuan pemanasan ulang, jenis PH membutuhkan penuaan pasca pengelasan, dan tipe duplex menuntut kontrol fase yang ketat. Memilih parameter laser, logam pengisi, dan perlakuan pasca pengelasan yang tepat berdasarkan keluarga material tertentu memastikan sambungan las yang mempertahankan kekuatan maupun ketahanan korosi.