Geometri Persiapan Sambungan
Geometri Las Lekukan
Sebelum dua potongan logam dapat dirangkai dengan penuh dalam sambungan tetap, pinggiran harus disiapkan: dibentuk miring: untuk menciptakan lekukan yang logam las dapat isi.
Geometri dari lekukan ini menentukan segalanya: berapa banyak logam las yang diperlukan, seberapa dalam penetrasi fusi, seberapa kuat sambungan akan menjadi, dan seberapa banyak kerja benda akan distorsi.
Dimensi kunci dari sambungan tetap V-lekukan:
- Sudut lekukan: Sudut yang dipoles ke setiap pinggir, secara umum 30° hingga 37,5° per sisi.
- Sudut total: Sudut dari lekukan (kedua sudut miring kombinasikan). Untuk V-lekukan simetri dengan sudut miring 30°, sudut totalnya adalah 60°.
- Bukaan akar: Jarak antara dua piring di bagian bawah lekukan, biasanya 1-3 mm. Jendela ini memungkinkan arc untuk menembus ke sisi belakang.
- Muka akar: Sebuah tempat datar kecil yang ditinggalkan di bagian bawah miring, biasanya 1-2 mm. Ini mencegah arc melewati celah.
Profil Lekukan
V-Lekukan, J-Lekukan, U-Lekukan
V-lekukan adalah yang paling sederhana: sudut miring lurus di setiap sisi yang bertemu di akar. Mudah dipotong dengan gerinda atau obor. Tapi bentuk V yang lebar membutuhkan banyak logam las untuk diisi: terutama pada plat tebal.
J-lekukan menggantikan sudut miring lurus dengan profil melengkung (dibentuk seperti huruf J dalam penampang). Kerucut mengurangi volume lekukan sambil menjaga akses akar. Digunakan pada plat 1 inci dan lebih tebal.
U-lekukan melengkung kedua sisi (seperti U dalam penampang). Membutuhkan logam las terendah, tetapi paling sulit untuk dipotong. Digunakan pada sambungan tebal yang tinggi: tabung tekanan, pipa nuklir.
Satu-V vs. Dua-V: Pada plat tipis (hingga sekitar 3/4 inci), Anda miring dari satu sisi: satu-V. Pada plat tebal, Anda miring dari kedua sisi: dua-V (penampang melintang seperti X). Dua-V menggunakan sekitar setengah logam las dari satu-V pada ketebalan yang sama, dan itu menyeimbangkan panas pengelasan antara kedua sisi, mengurangi distorsi.
Volume las berkembang secara geometris: Untuk lekukan V, luas penampang lekukan sekitar segitiga. Luas segitiga = ½ × alas × tinggi. Saat ketebalan plat dua kali lipat, baik alas maupun tinggi dua kali lipat, sehingga volume las empat kali lipat. Itulah mengapa pengelasan plat tebal mahal: biayanya geometris, bukan linear.
Menghitung Volume Las Weld
Seorang pengelas sedang mempersiapkan sambungan tunggal-V pada dua piring dengan ketebalan 1 inci. Setiap piring dihaluskan dengan sudut 30° per sisi (60° sudut termasuk). Bukaan root adalah 2 mm (sekitar 0,08 inci), dan sisi root adalah 2 mm (0,08 inci).
Sambungan panjang 12 inci.
Kaki, Lekukan, dan Segitiga
Geometri Las Fillet
Las fillet menggabungkan dua permukaan pada sudut: umumnya sambungan T atau sambungan lipat pada 90°. Potongan melintang las fillet sekitar segitiga siku.
Dimensi kunci:
- Ukuran kaki: Panjang setiap sisi segitiga yang menyentuh logam dasar. Untuk las fillet standar sama kaki, kedua kaki memiliki panjang yang sama.
- Ketebalan leher: Jarak tegak lurus dari akar (sudut dalam) ke wajah (hipotenusa) las. Untuk las fillet sama kaki, leher = kaki × cos(45°) = kaki × 0.707.
Leher yang penting untuk kekuatan: ini adalah bagian terdapat tipis melalui las, dan itu adalah di mana kegagalan terjadi di bawah beban.
Contoh: Las fillet 3/8 inci memiliki leher teoritis 3/8 × 0.707 = 0,265 inci.
Profil Konveks vs. Konkaf
Sebuah concave fillet weld melengkung ke dalam. Ini memiliki lebih sedikit logam las (lebih ringan, lebih murah) dan menciptakan transisi geometri yang lebih halus di ujung: koncentrasi stres yang lebih sedikit. Namun, dada-nya lebih tipis dari perhitungan teoritis, jadi lasnya mungkin lebih lemah.
Profil ideal adalah datar hingga sedikit concave: cukup dada untuk kekuatan, ujung yang cukup halus untuk tahan lama terhadap gesekan.
Kekerasan Las dan Ketebalan Dada
Seorang insinyur struktur menetapkan las fillet dengan ketebalan dada minimum 5 mm pada suatu T-joint.
Kontraksi Panas dan Distorsi Geometri
Mengapa Las Menyebabkan Distorsi
Las menempatkan logam cair di atas 1.500°C. Saat las mendingin, itu mengecil: dan kontraksi itu menarik bagian dasar logam, membuat benda kerja melengkung.
Polanya distorsi adalah geometri & prediktif:
- Kontraksi sepanjang: Jari-jari las mengurangi panjangnya sepanjang panjangnya saat mendingin. Las 10 kaki mungkin mengecil 1-3 mm panjangnya.
- Kontraksi sejajar: Las menarik dua papan bersama di sisi sambungan. Las V-groove mungkin menarik papan 2-5 mm lebih dekat dari aslinya.
- Distorsi sudut: Bagian atas las (bagian lebar dari V-groove) memiliki lebih banyak logam las daripada bagian dasar. Semakin banyak logam berarti semakin banyak pengecilan di sisi atas. Hasilnya: plat berputar ke atas ke arah las, menghasilkan deformasi berbentuk V. Sudut distorsi tergantung pada geometri celah & jumlah lapisan.
Strategi Pencegahan
Setiap strategi pencegahan adalah geometri:
- Urutan las seimbang: Salurkan lapisan las antara kedua sisi dari double-V joint untuk memperoleh gaya pengecilan yang seimbang.
- Membengkokan sebelum las (pre-setting): Sebelum las, bengkokkan plat dalam arah yang berlawanan dengan distorsi sudut yang diharapkan. Setelah las, pengecilan menarik plat menjadi rata.
- Menggunakan langkah mundur (back-stepping): Buatlah lapisan las dalam segmen-segmen pendek dalam arah sebaliknya. Ini menyebar panas lebih merata & mengurangi pengecilan longitudinal total.
- Perencanaan urutan las: Pada rangkaian kompleks, las dari pusat ke luar (bukan dari satu ujung ke ujung lain) untuk memungkinkan pengecilan menyebar simetris.
Memprediksi dan Mencegah Distorsi
Seorang pembuat bahan menghasilkan persimpangan T dengan menumpuk vertikal ke atas horizontal base plate. Las fillet mengelilingi kedua sisi vertikal plate: double-sided fillet weld.
Jika mereka las satu sisi terlebih dahulu & kemudian sisi lain, plat dasar akan melengkung ke atas di sisi las pertama karena distorsi sudut.
Presisi Geometri Sebelum Arc Menyerang
Persiapan: Geometri Sebelum Las
Kualitas las sangat ditentukan sebelum lasan menimbulkan arc. Persiapan adalah alinhemen geometris dari sambungan sebelum las, dan memiliki toleransi yang ketat.
Dimensi persiapan kritis:
- Bukaan akar: Jarak antara dua bagian di akar sambungan. Diketahui ±1 mm untuk kebanyakan pekerjaan kode. Terlalu sempit: arc tidak dapat menembus melalui. Terlalu lebar: logam las jatuh melalui.
- Tidak sesuai (hi-lo): Ketika permukaan dari dua papan tidak rata: satu offset vertikal dari yang lain. Maksimum diperbolehkan: biasanya 1,5 mm atau 10% dari ketebalan papan, yang punya seberapa kecil.
- Tidak sesuai sudut: Ketika dua papan tidak ada di bidang yang sama: mereka bertemu pada sudut yang tidak diinginkan. Maksimum: biasanya 5° untuk kebanyakan pekerjaan kode.
Setiap Defek Memiliki Tanda Geometri
- Kekurangan penetrasi: Bukaan akar terlalu ketat: arc tidak dapat mencapai sisi belakang. Hasil geometri: logam yang tidak terlunas di akar, defek yang tersembunyi seperti retak.
- Lebih dari pendukung: Terlalu banyak logam las yang dibangun di atas permukaan papan. Hasil geometri: riser tekanan pada ujung steker.
- Undercut: Lubang goyang ke dalam logam dasar di samping ujung las, tidak diisi oleh logam las. Hasil geometri: alur yang mengkonsentrasikan tekanan: seperti goresan pada kaca, menjadi titik awal retak.
- Porositas: Bubur gas yang tertangkap dalam logam las. Hasil geometri: void sferis yang mengurangi ketebalan dada efektif.
Mendiagnosis Defek Geometri
Seorang inspektur las memeriksa las V-groove butt yang selesai dan menemukan hal-hal berikut:
1. Cap pendukung las adalah 5 mm di atas permukaan papan (batas maksimum yang diizinkan adalah 3 mm).
2. Ada 1 mm lubang goyang di sisi kiri ujung las.
3. Radiografi menunjukkan garis logam yang tidak terlunas di akar sambungan.
Geometri Las: Ringkasan
Apa yang Anda Pelajari
Las adalah aplikasi geometri dengan akibat struktural:
- Geometri bevel: Profil V-groove, J-groove, U-groove. Sudut bevel, bukaan akar, wajah akar. Volume las berkali-kali lipat dengan peningkatan tebal piringan: menggandakan tebal akan meningkatkan logam las empat kali lipat.
- Geometri fillet: Tengah (throat) = 0,707 kali lebar. Tengah (throat), bukan lebar, yang menentukan kekuatan las karena itu adalah cross-section terkecil melalui las. Profil konkaf menambahkan logam tetapi menciptakan tekanan di ujung.
- Geometri distorsi: Pengungsian panjang, pengungsian melintang, distorsi sudut. Setiap metode pencegahan (pembengkokan sebelumnya, urutan alternatif, mundur langkah) adalah tindakan geometri terhadap kontraksi panas yang tidak seimbang.
- Toleransi pasangan: Bukaan akar ±1 mm, hi-lo ≤ 1,5 mm, ketidalian sudut ≤ 5°. Setiap kecacatan las memiliki tanda geometri: retakan, ruang hampa, dan bidang yang tidak dilepas stres konsentrasi.
Geometri ini tepat karena akibatnya yang salah bisa kegagalan struktural. Sebuah undercut 1 mm atau ketidalian 2 mm bisa menjadi perbedaan antara ikatan yang bertahan decades dan yang retak di bawah siklus beban pertamanya.