Geometri Persiapan Sambungan
Geometri Las Alur
Sebelum dua potong logam dapat disambung bersama dalam sambungan butt penetrasi penuh, tepinya harus disiapkan: dikemiringkan: untuk membuat alur yang dapat diisi oleh logam las.
Geometri alur ini menentukan segalanya: berapa banyak logam las yang diperlukan, seberapa dalam penetrasi fusi terjadi, seberapa kuat sambungannya, & berapa banyak workpiece akan terdistorsi.
Dimensi kunci dari sambungan butt V-groove:
- Sudut kemiringan: Sudut yang digiling di setiap tepi pelat, biasanya 30° hingga 37,5° per sisi.
- Sudut yang disertakan: Sudut total alur (kedua kemiringan digabungkan). Untuk V-groove simetris dengan kemiringan 30°, sudut yang disertakan adalah 60°.
- Pembukaan akar: Celah antara dua pelat di bagian bawah alur, biasanya 1-3 mm. Celah ini memungkinkan busur menembus ke sisi belakang.
- Wajah akar: Permukaan datar kecil yang tersisa di bagian bawah kemiringan, biasanya 1-2 mm. Ini mencegah busur meledak melalui celah.
Profil Alur
V-Groove, J-Groove, U-Groove
V-groove adalah yang paling sederhana: kemiringan lurus di setiap sisi bertemu di akar. Mudah dipotong dengan gerinda atau obor. Tetapi bentuk V terbuka lebar memerlukan banyak logam las untuk diisi: terutama pada pelat tebal.
J-groove menggantikan kemiringan lurus dengan profil melengkung (berbentuk seperti huruf J dalam penampang lintang). Kurva mengurangi volume alur sambil mempertahankan akses akar. Digunakan pada pelat 1 inci & lebih tebal.
U-groove melengkungkan kedua sisi (seperti U dalam penampang lintang). Logam las paling sedikit yang diperlukan, tetapi tersulit untuk dikerjakan mesin. Digunakan pada sambungan tebal bernilai tinggi: bejana tekan, pipa nuklir.
Single-V vs. Double-V: Pada pelat tipis (hingga sekitar 3/4 inci), Anda menggiling dari satu sisi saja: single-V. Pada pelat lebih tebal, Anda menggiling dari kedua sisi: double-V (penampang lintang terlihat seperti X). Double-V menggunakan sekitar setengah logam las dari single-V pada ketebalan yang sama, & menyeimbangkan panas pengelasan antara kedua sisi, mengurangi distorsi.
Volume las skala secara geometris: Untuk V-groove, area penampang lintang alur kira-kira segitiga. Area segitiga = ½ × alas × tinggi. Seiring ketebalan pelat berlipat ganda, alas & tinggi juga berlipat ganda, sehingga volume las meningkat empat kali lipat. Ini mengapa pengelasan pelat tebal mahal: biayanya bersifat geometris, bukan linier.
Menghitung Volume Las
Seorang pengelasan menyiapkan sambungan butt single-V pada dua pelat setebal 1 inci. Setiap pelat kemiringannya 30° per sisi (sudut 60° disertakan). Pembukaan akar adalah 2 mm (sekitar 0,08 inci), & wajah akar adalah 2 mm (0,08 inci).
Sambungannya panjangnya 12 inci.
Kaki, Tenggorokan, & Segitiga
Geometri Las Fillet
Las fillet menggabungkan dua permukaan pada sudut: paling umum sambungan T atau sambungan lap pada 90°. Penampang lintang las fillet kira-kira segitiga siku-siku.
Dimensi kunci:
- Ukuran kaki: Panjang setiap sisi segitiga yang menyentuh logam dasar. Untuk fillet dengan kaki yang sama, kedua kaki memiliki panjang yang sama.
- Ketebalan tenggorokan: Jarak tegak lurus dari akar (sudut dalam) ke wajah (hipotenusa) las. Untuk las fillet dengan kaki yang sama, tenggorokan = kaki × cos(45°) = kaki × 0,707.
Tenggorokan adalah yang penting untuk kekuatan: itu adalah penampang lintang paling tipis melalui las, & itu adalah tempat kegagalan terjadi di bawah beban.
Contoh: Las fillet 3/8 inci memiliki tenggorokan teoritis 3/8 × 0,707 = 0,265 inci.
Profil Cembung vs. Cekung
Las fillet cembung menonjol keluar melampaui hipotenusa datar. Ini memiliki lebih banyak logam las (lebih banyak material) tetapi menciptakan konsentrasi stres di jari kaki (tempat las bertemu logam dasar) karena transisi geometris yang tiba-tiba.
Las fillet cekung melengkung ke dalam. Ini memiliki lebih sedikit logam las (lebih ringan, lebih murah) & menciptakan transisi geometris yang lebih halus di jari kaki: konsentrasi stres lebih sedikit. Tetapi tenggorokannya lebih tipis daripada perhitungan teoretis, jadi lasnya mungkin lebih lemah.
Profil ideal adalah datar hingga sedikit cembung: tenggorokan yang cukup untuk kekuatan, jari kaki yang cukup halus untuk ketahanan kelelahan.
Ketebalan Tenggorokan & Kekuatan Las
Seorang insinyur struktural menentukan las fillet dengan ketebalan tenggorokan minimum 5 mm pada sambungan T.
Penyusutan Termal & Distorsi Geometris
Mengapa Pengelasan Menyebabkan Distorsi
Pengelasan mendeposisikan logam cair pada suhu di atas 1.500°C. Saat las mendingin, ia menyusut: & penyusutan itu menarik logam dasar di sekitarnya, menyebabkan workpiece melengkung.
Pola distorsi bersifat geometris & dapat diprediksi:
- Penyusutan longitudinal: Manik las memendek sepanjang panjangnya saat mendingin. Las 10 kaki mungkin menyusut 1-3 mm panjang.
- Penyusutan melintang: Las menarik dua pelat bersama-sama di seluruh sambungan. Las butt V-groove mungkin menarik pelat 2-5 mm lebih dekat daripada pemasangan asli.
- Distorsi sudut: Bagian atas las (bagian lebar V-groove) memiliki lebih banyak logam las daripada akar. Lebih banyak logam berarti lebih banyak penyusutan di sisi atas. Hasilnya: pelat berputar ke atas menuju las, menciptakan deformasi berbentuk V. Sudut distorsi tergantung pada geometri alur & jumlah lintasan.
Strategi Pencegahan
Setiap strategi pencegahan bersifat geometris:
- Urutan pengelasan seimbang: Bergantian lintasan las antara kedua sisi sambungan double-V untuk menyamakan gaya penyusutan.
- Pembengkokan sebelumnya (penyetingan sebelumnya): Sebelum pengelasan, tekuk pelat ke arah yang berlawanan dengan distorsi sudut yang diharapkan. Setelah penyusutan pengelasan, pelat ditarik datar.
- Langkah mundur: Alih-alih mengelaskan dalam satu lintasan berkelanjutan dari kiri ke kanan, las segmen pendek ke arah yang berlawanan. Ini mendistribusikan panas lebih merata & mengurangi penyusutan longitudinal kumulatif.
- Perencanaan urutan pengelasan: Pada rakitan kompleks, las dari pusat ke luar (bukan dari satu ujung ke ujung lainnya) untuk memungkinkan penyusutan mendistribusikan secara simetris.
Memprediksi & Mencegah Distorsi
Seorang fabrikator membuat sambungan T dengan mengelaskan fillet pelat vertikal ke pelat dasar horizontal. Las fillet berjalan di kedua sisi pelat vertikal: las fillet dua sisi.
Jika mereka mengelaskan satu sisi sepenuhnya terlebih dahulu & kemudian sisi lainnya, pelat dasar akan melengkung ke atas di sisi pertama yang dilas karena distorsi sudut.
Presisi Geometris Sebelum Busur Menyambar
Pemasangan: Geometri Sebelum Pengelasan
Kualitas las sebagian besar ditentukan sebelum pengelasan menyambar busur. Pemasangan adalah penyelarasan geometris sambungan sebelum pengelasan, & memiliki toleransi ketat.
Dimensi pemasangan kritis:
- Pembukaan akar: Celah antara dua potongan di akar sambungan. Ditentukan ±1 mm untuk sebagian besar pekerjaan kode. Terlalu sempit: busur tidak dapat menembus. Terlalu lebar: logam las jatuh melewati.
- Ketidakselarasan (hi-lo): Ketika permukaan dua pelat tidak flush: satu diimbangi secara vertikal dari yang lain. Maksimum yang diizinkan: biasanya 1,5 mm atau 10% dari ketebalan pelat, mana pun yang lebih kecil.
- Ketidakselarasan sudut: Ketika dua pelat tidak dalam bidang yang sama: mereka bertemu pada sudut selain yang dimaksudkan. Maksimum: biasanya 5° untuk sebagian besar pekerjaan kode.
Setiap Cacat Memiliki Tanda Tangan Geometris
- Kurangnya penetrasi: Pembukaan akar terlalu ketat: busur tidak bisa mencapai sisi belakang. Hasil geometris: logam tidak meleleh di akar, cacat seperti retak tersembunyi.
- Penguatan berlebihan: Terlalu banyak logam las tertimbun di atas permukaan pelat. Hasil geometris: pengangkat stres di jari kaki penutup las.
- Goresan: Alur yang meleleh ke dalam logam dasar di sebelah jari kaki las, tidak diisi oleh logam las. Hasil geometris: takik yang memusatkan stres: seperti goresan pada kaca, itu menjadi titik awal untuk retak.
- Porositas: Gelembung gas yang terperangkap dalam logam las. Hasil geometris: rongga bola yang mengurangi ketebalan tenggorokan yang efektif.
Mendiagnosis Cacat Geometris
Seorang inspektur las memeriksa las butt V-groove yang telah selesai & menemukan hal berikut:
1. Penutup penguatan las adalah 5 mm di atas permukaan pelat (maksimum yang diizinkan adalah 3 mm).
2. Ada alur sedalam 1 mm di sepanjang jari kaki kiri las.
3. X-ray mengungkapkan garis logam yang tidak meleleh di akar sambungan.
Geometri Pengelasan: Ringkasan
Apa yang Telah Anda Pelajari
Pengelasan adalah geometri terapan dengan konsekuensi struktural:
- Geometri kemiringan: Profil V-groove, J-groove, U-groove. Sudut kemiringan, pembukaan akar, wajah akar. Volume las skala sebagai kuadrat ketebalan pelat: menggandakan ketebalan meningkatkan logam las yang diperlukan empat kali lipat.
- Geometri fillet: Tenggorokan = kaki × 0,707. Tenggorokan: bukan kaki: menentukan kekuatan las karena itu adalah penampang lintang minimum melalui las. Profil cembung menambah logam tetapi menciptakan stres di jari kaki.
- Geometri distorsi: Penyusutan longitudinal, penyusutan melintang, distorsi sudut. Setiap metode pencegahan (pembengkokan sebelumnya, urutan bergantian, langkah mundur) adalah tindakan balasan geometris terhadap kontraksi termal yang tidak seimbang.
- Toleransi pemasangan: Pembukaan akar ±1 mm, hi-lo ≤ 1,5 mm, ketidakselarasan sudut ≤ 5°. Setiap cacat las memiliki tanda tangan geometris: takik, rongga, & bidang yang tidak meleleh memusatkan stres.
Geometrinya presisi karena konsekuensi dari salah adalah kegagalan struktural. Goresan 1 mm atau ketidakselarasan 2 mm dapat menjadi perbedaan antara sambungan yang bertahan puluhan tahun & yang retak di bawah siklus beban pertamanya.