Heat input pengelasan adalah jumlah energi panas yang diberikan pada material sepanjang proses pengelasan untuk setiap satuan panjang sambungan las.
Besarnya heat input terutama berkaitan dengan arus, tegangan, kecepatan pengelasan atau travel speed, serta efisiensi proses yang digunakan.
Heat input perlu dikontrol karena jumlah panas yang diterima material dapat memengaruhi karakteristik kolam las, daerah yang terkena panas atau heat affected zone (HAZ), laju pendinginan, distorsi, hingga sifat material setelah pengelasan.
Karena itu, heat input bukan sekadar soal menggunakan arus tinggi atau rendah. Nilainya harus dilihat sebagai kombinasi beberapa parameter pengelasan yang bekerja secara bersamaan.
Heat input adalah energi panas efektif yang masuk ke benda kerja selama proses pengelasan per satuan panjang las.
Dalam pengelasan busur, energi dihasilkan dari kombinasi tegangan dan arus listrik. Namun, tidak seluruh energi dari busur tersebut benar-benar diterima oleh benda kerja. Sebagian energi dapat hilang ke lingkungan maupun melalui mekanisme lain selama proses berlangsung.
Oleh karena itu, dalam perhitungan teknis perlu dibedakan antara arc energy dan heat input.
Menurut TWI, arc energy merupakan energi yang diberikan oleh busur sebelum efisiensi proses diperhitungkan. Sementara itu, heat input memperhitungkan faktor efisiensi proses untuk memperkirakan energi yang benar-benar ditransfer ke benda kerja.
Apa Perbedaan Heat Input dan Arc Energy?
Keduanya sama-sama menunjukkan energi per satuan panjang pengelasan, tetapi terdapat perbedaan pada faktor efisiensi.
Secara sederhana:
Arc Energy = energi busur per satuan panjang
Sedangkan:
Heat Input = Arc Energy × efisiensi proses
Perlu diperhatikan bahwa dalam sebagian code atau praktik pengelasan, istilah heat input juga digunakan untuk menyebut hasil perhitungan arc energy tanpa faktor efisiensi.
Karena itu, metode perhitungan yang digunakan pada pekerjaan produksi harus mengikuti WPS, standar, code, atau prosedur yang berlaku pada proyek tersebut.
Rumus Heat Input Pengelasan
Jika kecepatan pengelasan dinyatakan dalam mm/menit, arc energy dapat dihitung menggunakan rumus:
Arc Energy (kJ/mm) = (V × I × 60) ÷ (Travel Speed × 1.000)
Keterangan:
| Parameter | Keterangan |
|---|---|
| V | Tegangan pengelasan dalam volt |
| I | Arus pengelasan dalam ampere |
| 60 | Konversi waktu dari menit ke detik |
| Travel Speed | Kecepatan pengelasan dalam mm/menit |
| 1.000 | Konversi joule menjadi kilojoule |
Setelah arc energy diketahui, heat input dapat dihitung dengan:
Heat Input = η × Arc Energy
Di mana η (eta) merupakan faktor efisiensi proses pengelasan.
Faktor Efisiensi pada Heat Input
Efisiensi perpindahan energi berbeda pada setiap proses pengelasan.
TWI mencantumkan nilai faktor efisiensi berikut:
| Proses Pengelasan | Faktor Efisiensi |
| SAW | 1,0 |
| SMAW / MMA | 0,8 |
| FCAW | 0,8 |
| MIG/MAG / GMAW | 0,8 |
| TIG / GTAW | 0,6 |
| Plasma Arc Welding | 0,6 |
Nilai tersebut menunjukkan bahwa tidak seluruh energi busur menjadi panas yang diterima langsung oleh benda kerja.
Untuk pekerjaan yang mengikuti WPS atau standar tertentu, gunakan faktor dan metode perhitungan yang ditetapkan oleh prosedur tersebut.
Contoh Cara Menghitung Heat Input Pengelasan
Misalnya pengelasan SMAW dilakukan dengan parameter:
- Arus: 120 A
- Tegangan: 24 V
- Travel speed: 180 mm/menit
Pertama, hitung arc energy:
Arc Energy = (24 × 120 × 60) ÷ (180 × 1.000)
Arc Energy = 0,96 kJ/mm
Jika digunakan faktor efisiensi SMAW sebesar 0,8:
Heat Input = 0,8 × 0,96
Heat Input = 0,768 kJ/mm
Dengan parameter tersebut, nilai heat input yang telah memperhitungkan efisiensi proses adalah sekitar:
0,77 kJ/mm
Contoh ini menunjukkan bahwa perubahan arus, tegangan, atau kecepatan gerak dapat langsung mengubah jumlah energi per satuan panjang yang diberikan ke material. Faktor efisiensi kemudian digunakan untuk memperkirakan energi efektif yang diterima benda kerja.
Faktor yang Memengaruhi Heat Input Pengelasan
Ada empat faktor utama yang perlu diperhatikan.
1. Arus Pengelasan
Ketika parameter lain tetap, peningkatan arus akan meningkatkan energi busur dan berpotensi meningkatkan heat input.
Namun, arus tidak boleh dianalisis secara terpisah karena perubahan arus juga dapat memengaruhi karakter busur, laju pencairan elektroda, penetrasi, dan kecepatan pengelasan.
2. Tegangan Pengelasan
Tegangan merupakan salah satu komponen dalam perhitungan energi busur.
Jika arus dan travel speed tetap, peningkatan tegangan akan meningkatkan nilai energi per satuan panjang.
Meski demikian, tegangan tidak sebaiknya dianggap sebagai satu-satunya parameter yang menentukan “panas” pengelasan. Interaksi seluruh parameter tetap perlu diperhatikan.
3. Travel Speed
Travel speed atau kecepatan gerak pengelasan memiliki hubungan terbalik dengan heat input.
Dengan arus dan tegangan yang sama:
- travel speed lebih lambat → energi per satuan panjang meningkat;
- travel speed lebih cepat → energi per satuan panjang menurun.
Itulah sebabnya dua welder yang menggunakan arus dan tegangan sama belum tentu menghasilkan heat input yang sama jika kecepatan geraknya berbeda.
Hubungan arus, tegangan, dan travel speed juga digunakan untuk menentukan heat input dalam pengendalian parameter pengelasan.
4. Efisiensi Proses Pengelasan
Setiap proses memiliki karakter perpindahan panas yang berbeda. Karena itu, dua proses yang menghasilkan arc energy sama belum tentu mentransfer jumlah energi efektif yang sama ke material.
Faktor efisiensi membantu memperhitungkan perbedaan tersebut.
Apa yang Terjadi Jika Heat Input Terlalu Tinggi?
Heat input yang terlalu tinggi berarti material menerima energi panas yang besar untuk setiap satuan panjang pengelasan.
Kondisi tersebut dapat menyebabkan:
- daerah HAZ menjadi lebih luas;
- pendinginan berlangsung lebih lambat;
- distorsi atau perubahan bentuk meningkat;
- perubahan struktur mikro menjadi lebih besar;
- sifat mekanik tertentu dapat berubah tergantung jenis material.
Panas yang berlebihan juga merupakan salah satu faktor yang perlu dikendalikan pada material tipis karena dapat meningkatkan risiko material berubah bentuk atau bahkan mengalami burn through.
Pada panduan pengelasan besi tipis Intan Pertiwi, pengendalian panas dan travel speed menjadi bagian penting dalam mencegah panas terkumpul pada satu area.
Namun, dampak spesifik heat input tinggi berbeda pada setiap jenis material, ketebalan, sambungan, dan prosedur pengelasan.
Apa yang Terjadi Jika Heat Input Terlalu Rendah?
Heat input yang terlalu rendah juga tidak selalu menghasilkan pengelasan yang lebih baik.
Pada kondisi tertentu, energi yang terlalu rendah dapat membuat panas tidak mencukupi untuk menghasilkan fusi yang dibutuhkan pada sambungan.
Akibat yang mungkin terjadi antara lain:
- fusi tidak memadai;
- penetrasi tidak sesuai kebutuhan;
- bead terlalu sempit;
- laju pendinginan menjadi lebih cepat;
- karakteristik metalurgi sambungan dapat berubah.
Pada material tertentu, pendinginan yang terlalu cepat juga harus diperhatikan karena dapat memengaruhi kekerasan maupun kecenderungan retak.
Artinya, tujuan pengendalian heat input bukan membuat nilainya serendah mungkin, melainkan mempertahankannya pada rentang yang sesuai dengan material, proses, sambungan, dan WPS.
Hubungan Heat Input dengan HAZ
Heat Affected Zone (HAZ) adalah bagian logam dasar yang tidak meleleh tetapi mengalami perubahan akibat siklus panas pengelasan.
Heat input menjadi salah satu faktor yang memengaruhi siklus pemanasan dan pendinginan pada area tersebut.
Secara umum, peningkatan heat input dapat menyebabkan panas memengaruhi area material yang lebih luas dan memperlambat proses pendinginan. Sebaliknya, heat input yang lebih rendah cenderung menghasilkan siklus termal yang berbeda dan pendinginan lebih cepat.
Namun, karakter HAZ tidak hanya ditentukan oleh heat input. Jenis material, ketebalan, temperatur awal, temperatur antar-lintasan, desain sambungan, dan kondisi pengelasan juga berpengaruh.
Karena itu, nilai heat input harus dilihat bersama persyaratan prosedur pengelasan, bukan sebagai parameter tunggal.
Hubungan Heat Input dengan WPS Pengelasan
Dalam pekerjaan pengelasan terkontrol, parameter seperti arus, tegangan, travel speed, polaritas, dan heat input dapat dicantumkan atau dikendalikan melalui Welding Procedure Specification (WPS).
Tujuannya agar proses pengelasan dapat dilakukan secara konsisten sesuai parameter yang telah ditentukan.
Intan Pertiwi sebelumnya juga membahas bahwa parameter pengelasan merupakan bagian penting dalam WPS dan dapat mencakup arus, tegangan, travel speed, serta heat input.
Karena itu, apabila WPS menentukan rentang heat input tertentu, welder tidak cukup hanya memastikan amperage berada dalam range. Tegangan dan travel speed juga perlu dijaga agar energi per satuan panjang tetap sesuai prosedur.
Cara Mengontrol Heat Input Pengelasan
Pengendalian heat input dapat dilakukan dengan menjaga keseimbangan parameter utama.
Beberapa langkah yang dapat diterapkan antara lain:
- gunakan arus sesuai rentang yang direkomendasikan;
- pertahankan tegangan atau panjang busur secara konsisten;
- jaga travel speed agar tidak terlalu lambat atau terlalu cepat;
- gunakan parameter yang sesuai dengan diameter elektroda atau kawat;
- ikuti rentang parameter pada WPS;
- lakukan pencatatan parameter jika pekerjaan membutuhkan kontrol kualitas;
- hindari menahan busur terlalu lama pada satu area.
Pada proses SMAW, kestabilan panjang busur dan kecepatan gerak welder sangat berpengaruh terhadap konsistensi proses. Pemilihan arus juga perlu disesuaikan dengan diameter elektroda yang digunakan.
Tabel Ringkas Heat Input Pengelasan
| Perubahan Parameter | Kondisi Tetap | Heat Input |
|---|---|---|
| Arus meningkat | Tegangan & travel speed | Meningkat |
| Arus menurun | Tegangan & travel speed | Menurun |
| Tegangan meningkat | Arus & travel speed | Meningkat |
| Tegangan menurun | Arus & travel speed | Menurun |
| Travel speed meningkat | Arus & tegangan | Menurun |
| Travel speed menurun | Arus & tegangan | Meningkat |
Tabel tersebut menunjukkan hubungan matematis dasar heat input. Dalam praktik, perubahan satu parameter dapat memengaruhi karakteristik proses lainnya sehingga parameter pengelasan tetap perlu dievaluasi sebagai satu kesatuan.
Kesimpulan
Heat input pengelasan adalah energi panas yang diterima material per satuan panjang sambungan selama proses pengelasan.
Nilainya terutama dipengaruhi oleh:
- arus;
- tegangan;
- travel speed;
- efisiensi proses pengelasan.
Heat input yang terlalu tinggi maupun terlalu rendah dapat memberikan pengaruh terhadap hasil pengelasan.
Karena itu, targetnya bukan menghasilkan heat input sebesar atau sekecil mungkin, tetapi mempertahankannya pada rentang yang sesuai dengan material, proses, desain sambungan, serta WPS yang digunakan.
Untuk pekerjaan pengelasan yang menggunakan elektroda atau kawat las KOBELCO, ikuti parameter produk dan prosedur pengelasan yang berlaku agar proses dapat dilakukan secara konsisten sesuai kebutuhan aplikasi.
