.

Teknik Pemotongan Gas pada Logam

Pemotongan Gas
Bila metode pemotongan gas dipertimbangkan, kita selalu membayangkan pada pemotongan baja. Metode yang memanfaatkan sifat reaksi oksidasi yang dimiliki oleh baja adalah sederhana dan populer. Fenomena (gambaran) tentang kawat panas yang membara mulai terbakar hebat dengan nyala putih terang dalam oksigen telah ditemukan oleh seorang ahli kimia Perancis yang bernama Lavoisier pada tahun 1776. Tetapi baru tahun 1900-an teknik pemotongan gas mulai diperkenalkan. Walaupun saat ini teknik pemotongan termal menggunakan berbagai tipe energi telah dikembangkan, teknik ini tetap menjadi salah satu yang penting untuk pemotongan bahan baku material untuk pembuatan jembatan-jembatan dan konstruksi-konstruksi baja termasuk juga bangunan kapal.

Prinsip pemotongan gas untuk Logam
Pemotongan gas menggunakan reaksi panas oksidasi dengan asetilen atau gas LPG sebagai gas pembakar dan oksigen untuk gas pendukung proses pembakaran.

Walaupun seperti yang terlihat pada gambar berikut, pada kenyataannya bagian dari besi atau baja diberi pemanasan awal dengan nyala api pemanasan awal sampai titik bakar (sekitar 900ÂșC) awalnya, dan kemudian oksigen murni tekanan tinggi ditiupkan langsung pada pusat (tengah-tengah) api preheating ke logam induk, mencairkan daerah tiup dan memisahkan oksida besi hasil pembakaran yang disebut  slag (terak). Jadi pemotongan terus menerus membuat galur untuk melengkapi pemotongan dengan gas. Adanya pemotongan oksigen ini menjadi sangat penting.

Oksigen pemotong Gas preheating, Tip potong, Arah potong, Api preheating
Aliran oksigen Pemotong, Aliran oksigen Pemotong, Area reaksi, Material yang hendak dipotong, Garis, Terak
 
Gambar Prinsip pemotongan gas
Pemotongan gas memanfaatkan aliran dari oksigen potong. Dengan kata lain, terdiri dari kegiatan (aksi) : (a) Pembakaran besi atau baja dengan menggunakan fungsi penunjang pembakaran dari oksigen, dan (b) Aksi energi kimia dan energi mekanikal yang meniup terak (slag).
Jika besi dan baja bereaksi dan terbakar membentuk oksida besi, tiga rumusan berikut mengatur bentuk oksidasi.


Tabel Nilai kalori dari oksida besi
 

Nilai kalori, Oksida Kilo-joule/cm3 Kilo-joule/cm3, FeO 4.77 37.7, Fe3O4 6.57 51.9, Fe2O3 7.07 55.9

Nilai kalori dari panas ditimbulkan dengan reaksi oksidasi dari 1 gram besi diperlihatkan pada tabel tersebut. Dengan kata lain, panas yang disyaratkan untuk meleburkan 1 gram besi hanya 0,84 kJ. Walaupun hanya FeO yang ditimbulkan oleh reaksi, nilai kalori dari panas yang ditimbulkan adalah sebanding dengan 5 kali panas yang disyaratkan untuk pemanasan yang nilainya sama dari besi terbakar sampai dengan titik leburnya. Pembakaran yang hebat dari kawat panas membara ( besi ) dalam lingkaran yang mengandung oksigen, jadi timbulnya nilai kalori panas yang sangat besar yang disebabkan oleh oksidasi dari besi seperti yang diindikasikan dalam tabel.

Kondisi untuk melakukan pemotongan dengan gas

Kondisi-kondisi pemotongan dengan menggunakan gas oksigen adalah sebagai berikut :
(a) Temperatur lebur dari oksida logam yang menutupi permukaan dari logam induk harus dibawah titik lebur logam induk.
(b) Temperatur pembakaran dari logam induk harus dibawah titik lebur dari oksida logam tersebut diatas.
(c) Cairan dari terak (hasil dari pembakaran) harus cukup bagus sehingga terak (slag) dapat dibuang dengan mudah dari logam induk.
(d) Substansi (bahan) yang tidak terbakar pada logam induk harus diminimalisir.
Logam yang mempunyai nilai kalori dari oksidasi rendah atau konduktivitas termalnya tinggi tidak dapat dipotong dengan pemotongan gas.
Metode ini dipakai hanya untuk besi atau baja karbon rendah dan mempersyaratkan khusus untuk memotong baja tahan karat, aluminium (campuran) atau besi. Pemotongan busur plasma dipakai untuk mengatasi permasalahan yang tidak dapat dilakukan dengan menggunakan pemotongan dengan gas .

Kemurnian oksigen yang digunakan untuk pemotongan gas 
Kecepatan potong dan kemurnian oksigen sangat erat hubungannya satu sama lain dalam pemotongan gas. Sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar berikut , kecepatan potong turun seiring dengan penurunan kemurnian oksigen; penurunan 1% kemurnian oksigen menyebabkan penurunan kecepatan potong sekitar 25% dan penurunan konsumsi oksigen sekitar 25%.
Penurunan kemurnian oksigen menyebabkan :
(a) Waktu untuk memulai menjadi lebih lama
(b) Permukaan potong lebih kasar
(c) Pembuangan terak (slag) dari permukaan lebih sukar
(d) Alur potong (Kerf) lebih lebar
Oleh sebab itu, kemurnian oksigen harus tinggi. Semenjak telah dimungkinkan untuk mendapatkan oksigen dengan kemurnian lebih dari 99,8%, hal tersebut tidak lagi menjadi masalah yang serius.
Bagaimanapun juga, selama pengoperasian yang sebenarnya kemurnian dapat turun karena oksigen yang keluar dari tip mungkin tercampur dengan gas disekitarnya termasuk udara sebelum mencapai daerah pemotongan seperti yang terlihat pada Gambar I.90. Walaupun nyala pemanasan awal membantu menjaga kemurnian oksigen, sebuah selubung tip dengan tambahan lubang suplai oksigen seputar lubang potong oksigen dapat membantu pelaksanaan pemotongan dengan oksigen.
Kemurnian oksigen (%), Kecepatan potong (mm/menit)
 
Gambar Pengaruh kemurnian oksigen pada kecepatan potong
(Standar drag 0, tebal plat 50 mm)

Konsumsi oksigen potong
Secara perhitungan pendekatan (empiris), bila sebuah plat yang akan dipotong tebal maka digunakan tekanan oksigen yang lebih tinggi. Meskipun kecepatan pancaran oksigen naik bersama dengan tekanan, kenaikan berhenti dan kecepatan menjadi tetap pada sebuah titik yang ditentukan oleh bentuk konfigurasi internal tip. Dengan bentuk tip yang lurus konvensional, bentuk ini baik & kuat. Jika tekanan dinaikkan dengan tidak semestinya, energi tekanan menyebabkan aliran pancaran jet oksigen berkembang dalam bentuk getaran dan tidak berubah ke  energi kinetik yang diperlukan untuk pemotongan gas. Kenaikan tekanan tidak akan berguna dan dapat menyebabkan gelombang kejut pada pancaran oksigen, secara cepat menghilangkan energi kinetik.

Lubang penghembus (pemancar) oksigen dengan diameter yang lebih besar akan lebih baik untuk pemotongan logam induk yang lebih tebal dengan kecepatan potong yang lebih tinggi. Dikatakan, kenaikan diameter lobang tip akan menaikkan konsumsi oksigen dan juga kapasitas pemotongan. Kenaikan tekanan oksigen akan menaikkan konsumsi oksigen pemotongan. Walaupun kenaikan tekanan itu sendiri pada akhirnya menyebabkan efek yang lebih buruk yang dikarenakan oleh turbulensi dari aliran pancaran oksigen. Jika tekanan oksigen harus dinaikkan, sebuah bentuk cuncum potong / tip potong yang berbeda harus digunakan untuk menyesuaikan masing-masing tekanan suplai oksigen.

 Peran nyala pemanasan awal (preheating)
Pada prinsipnya, sekali pemotongan gas dimulai, selanjutnya operasi pemotongan hanya dengan menghembuskan oksigen potong.
Pada kenyataannya, pemanasan dengan nyala pemanasan awal diperlukan untuk memudahkan pemotongan, untuk mengganti panas  yang diradiasikan ke udara maka cuncum potong, ditujukan ke logam induk untuk membuang terak alur potong (kerf.)
Fungsi dari nyala preheating adalah sebagai berikut :
(a) Untuk pemanasan logam induk sampai ke temperatur nyala, bila pemotongan akan dimulai.
(b) Menjaga kemurnian oksigen (Gambar  menunjukkan perbedaan hasil dengan atau tanpa nyala preheating)
(c) Menyiapkan arah pemancaran oksigen untuk pemotongan (Gambar)menunjukkan bahwa efek paling besar bila nyala preheating paling dekat dengan tip potong, dan efeknya menurun dengan bertambahnya jarak dari tip potong
(d) Mengaktifkan permukaan plat baja sehingga membuat pemotongan awal lebih mudah
(e) Menaikkan kualitas permukaan potong


Kemurnian oksigen (%), Dengan nyala api, Tanpa nyala api, Posisi pengukuran, Blok pendinginan, air, Nosel, Tabung pilot, Air pendingin
 
Gambar Efek perlakukan oksigen dari nyala preheating
 Aliran asetilen 102 liter/jam, o Aliran asetilen 136 liter/jam, Atas Tengah Dasar Tidak ada, nyala api, Posisi nyala api, Oksigen (P=4 kg/cm2 ab), Oxygen nozzle (A), Nosel oksigen, Nyala api, Pengukur tekanan Nosel nyala api (B), Nyala api diatas, Nyala api tengah, Nyala api bawah, Aliran oksigen, Mengangkut (c), Pengukuran momentum aliran
 
Gambar  Efek nyala preheating pada saat oksigen potong dinyalakan

Gas bakar untuk nyala pemanasan awal (preheating)
Gas bakar yang digunakan untuk nyala pemanasan awal (preheating) termasuk LPG yaitu asetilen, propilen, gas propan, campuran asetilen dan LPG dan gas-gas pembakar lainnya seperti LNG dan hidrogen.

Bila memilih gas bakar, faktor-faktor berikut ini harus
diperhatikan untuk mempertimbangkan antara konsumsi dan biaya :
(a) Temperatur nyala dan kemampuan konsentrasinya
(b) Berat jenis (specific gravity) dari gas, temperatur penyalaan,
keamanan dalam hal batas-batas peledakan
(c) Effisiensi secara ekonomis

Kualitas pemotongan dengan gas
Kualitas permukaan potong dapat ditentukan pada 8 kriteria sebagai berikut :
1 Pelelehan pada tepi atas
2 Kerataan
3 Kekasaran permukaan
4 Cerukan atau galur
5 Akurasi bevel misalnya sudut bevel dan dalamnya galur bila dibuat galur
6 Kelurusan
7 Kondisi melekatnya terak segera setelah pemotongan
8 Panjang drag.

Kriteria 4, 5, 6, dan 8 dapat dinilai secara numerik. Oleh karena itu, kriteria 1, 2, 3, dan 7 sukar untuk dinilai dengan angka di
lapangan, maka dinilai menggunakan model pola standar. Standar Asosiasi Pengelasan Jepang telah membuat standar (WES 2801-1980) untuk menentukan kualitas dari permukaan pemotongan dengan gas.

Kualitas permukaan pemotongan dengan gas yang baik dipengaruhi oleh
(a) Kecepatan potong
(b) Tekanan oksigen potong
(c) Kekuatan nyala pemanasan awal (preheating)
(d) Jarak antara tip dengan material yang dipotong dan kebersihan dari tip (cuncum potong)

Pada hampir semua kegiatan setelah pemotongan dilanjutkan dengan pengelasan. Bila telah terjadi retak dan lubang-lubang keropos maka dapat dihilangkan dengan pelelehan ulang. Untuk menghindari cacat las maka terak dan kotoran percikan harus dihilangkan dari permukaan potong, dengan demikian akan mempermudah proses pengelasan.

. Pelelehan ujung atas, . Kerataan, . Ketelitian pembevelan, Ujung dilelehkan dan dilengkungkan, Pemotongan permukaan dengan melengkungkan ujung atasnya, Kavitasi, Ketinggian, kampuh
 
Gambar Faktor-faktor yang menentukan kualitas pemotongan permukaan

Selengkapnya tentang Kemajuan Teknologi Pengelasan dan tentang Teknik Pemotongan Gas pada Logam klik disini

Selengkapnya tentang Teknik PEMOTONGAN pada Logam 

 

Jasa Desain, Bangun dan Renovasi : rumah, toko, warung, kantor, taman, interior, pagar, kanopi, furniture. Konsep spesial pribadi Anda. Lebih indah, hemat, mudah, ringan, dan aman