Artikel Pemesinan NonKonvensional (Non-Conventional Machining): Electrochemical Machining

Electro Chemical Machining (ECM) adalah sebuah proses pemesinanmenggunakan bahan konduktif elektrik tanpa melibatkankontak antara pahat dan benda kerja, untuk pemakanan atau pemotongan benda kerja melalui proseselektrokimia (proses elektrolisis dan prosesvolta).

Komponen utama dariElectro Chemical Machining (ECM)

Elektrolisis terjadi ketika arus listrik melewati dua elektroda yang dimasukkan ke dalam larutan elektrolit. Sistem yang terdiri dari elektroda dan elektrolit dinamakanelectrolytic cell. Reaksi kimia yang terjadi pada elektroda dinamakan reaksi anodicatau cathodic.

Gambar diatas memperlihatkan komponen utama dari mesin ECM yaitu feed control system, electrolyte supply system, power supply unitdan workpiece holding device. Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar diatas, the feed control systemberfungsi untuk feeding tooldengan constant rate. Power supplymenyediakan arus permesinan dengan tegangan DC yang stabil dan konstan. Electrolyte-feeding unitberfungsi untuk menyalurkan larutan elektrolit.

Prinsip Kerja Electro Chemical Machining (ECM)

Prinsip kerja ECM yaitu benda kerja dihubugkan dengan sumber arus searah yang bermuatan positif sedangkan pahat dibuhungkan dengan sumber arus yang bermuatan positif dan cairan elektrolit dialirkan diantara pahat dan benda kerja. Sehingga terjadilah proses pengerjaan material benda kerja karena adanya reaksi elektrokimia dan juga reaksi kimia. Electrochemical Machining (ECM) terdiri dari pahat katoda dan anoda.

Adanya proses peralutan anodis daripada material benda kerja maka terbentuklah  senyawa metal hidroksida yang bercampur dengan cairan elektrolit semacam lumpur. Cairan yang berlumpur ini kemudian diendapkan dalam bak pengendap. Keluar dari bak pengendap ini, cairan elektrolit tersebut kemudian dijernihkan dengan mempergunakan centrifuge dan akhirnya baru dialirkan kedalam reservoir elektrolit. Dengan mempergunakan pompa, cairan elektrolit ini dialirkan kedalam celah antara benda kerja dengan pahat.Syarat-syarat proses ECM yaitu pahat bermuatan negative dan benda kerha bermuatan positif celah antara pahat dan benda kerja yang berfungsi sebagai aliran cairan elektrolit (sel elektrolit). Sel elektrolit yang terbentuk diantara pahat dengan benda kerja inilah yang membentuk terjadinya reaksi elektrokimia dan reaski kimia.  Fungsi dari cairan elektrolit dalam proses ECM, yaitu:

1. Sebagai media untuk memungkinkan terjadinya proses pengerjaan material.
2. Sebagai fluida pendingin selama proses ECM berlangsung
3. Untuk menghanyutkan bagian-bagian daripada material benda kerja yang telah dikerjakan.

Sirkulasi Cairan Elektrolit

Adanya proses pelarutan anodis pada material benda kerja maka terbentuklah  senyawa metal hidroksida yang bercampur dengan cairan elektrolit (semacam lumpur). Cairan yang berlumpur ini kemudian diendapkan dalam bak pengendap. Keluar dari bak pengendap ini, cairan elektrolit tersebut kemudian dijernihkan  dengan mempergunakan centrifuge dan akhirnya baru dialirkan kedalam reservoir elektrolit. Dengan mempergunakan pompa, cairan elektrolit ini dialirkan kedalam celah antara benda kerja dengan pahat.

Grafik pengaruh current densityterhadap current efficiencypada ECM

Sebagaimana terlihat pada Grafik dibawah, larutan sodium nitratelebih direkomendasikan dikarenakan local metal removal ratetinggi pada gapyang kecil dancurrent densityserta current efficiencytinggi.

            Current efficiencypada ECM tergantung dari material anodic dan elektrolit. Tergantung dari bentuk tool dan jenis operasi permesinan, beberapa metode digunakan untuk menyalurkan elektrolit menuju machining gapsebagaimana terlihat pada Gambar 5. Pemilihan metode penyaluran elektrolit tergantung dari geometri part, metode permesinan, keakuratan yang dibutuhkan serta surface finish. Kondisi elektrolit pada ECM biasanya berada pada temperatur 22 hingga 45 derajat Celcius, tekanan berkisar antara 100 hingga 200 kPa dan kecepatan aliran 24 hingga 50 m/s.

Proses Elektrokimia Pada ECM

Dua macam reaksi yang terjadi didalam proses ECM yaitu:

1.  Reaksi elektro kimia pada anoda dan katoda yang meliputi proses-proses sebagai berikut:

a.  Proses larutan pada anoda.

b.  Proses reduksi-oksidasi.

c.  Proses pelapisan pada katoda.

d.  Proses pembentukan gas

2.Reaksi kimia pada cairan elektrolit terjadi pada lapisan batas antara permukaan benda kerja dengan cairan elektrolit dan perpindahan ion-ion terjadi secara:

a.  Difusi, pergerakan ion karena adanya medan listrik.

b.  Proses konveksi karena aliran elektrolit.

Kelebihan dan Kekurangan ECM

Kelebihan

1.   Selama pengeboran,dapat membuatbeberapa lubang sekaligus.

2.   Mampu membuat permukaan 3 dimensi yang rumit secara akurat.

3.   Permukaan akhir halus karena ketiadaan bekas pahat/pemotong. 

4.   Bentuk geometris yang kompleks dapat mesin berulang-ulang dan akurat

5.   Pemesinan elektrokimia adalah proses hemat waktu bila dibandingkan dengan mesin konvensional

Kekurangan

1.     Perlengkapan khusus diperlukan untuk menahan aliran elektrolit yang tinggi.

2.     Biaya perkakas dan perangkat yang mahal. 

3.     Mesin yang digunakan merupakan mesin – mesin yang berukuran besar.

4.     Konsumsi energinya yang besar. 

Aplikasi ECM

1.     Smoothing of rough surfaces (Penghalusan permukaan)

2.      Hole drilling (Pengeboran Lubang)

3.     Full-form shaping

4.     Electrochemical grinding

5.     Electrochemical arc machining

Pemodelan tingkat removal material 

Material removal rate (MRR) merupakan ciri penting untuk mengevaluasi efisiensi suatu non-tradisional proses pemesinan. Dalam ECM, removal material terjadi karena larutnya atom bahan kerja. Elektrokimia pembubaran diatur oleh itu hukum Faraday. Undang-undang pertama yang jumlah pembubaran atau deposisi elektrokimia adalah sebanding dengan jumlah biaya melewati sel elektrokimia, yang mungkin diekspresikan sebagai: 

Q = m α , dimana m = massa bahan dibubarkan atau didepositkan 

Q = jumlah biaya berlalu 

Hukum kedua menyatakan bahwa jumlah bahan disimpan atau dilarutkan lebih lanjut tergantung pada Elektrokimia Equivalence (PADU) dari materi yang lagi rasio atom berat dan valensi. 

Laju penghilangan material dapat hitung dengan menggunakan persamaan 

MRR = CI

MRR merupakan material-removal rate (laju penghilangan material) satuannya mm³/min, C adalah konstanta material, dan I adalah arus.

Aplikasi dari proses ini di antaranya sudu turbin, pembuatan slot yang tipis, airfoil pada kompresor, dan sebagainya.

            

Akurasi dan kontrol dimensi

Seleksi elektrolit memainkan peran penting dalam ECM. Natrium klorida, misalnya, menghasilkan banyak komponen kurang akurat dibandingkan natrium nitrat. Elektrolit terakhir memiliki dimensi kontrol yang lebih baik jauh karena nya efisiensi saat ini- karakteristik densitas arus. Menggunakan elektrolit natrium nitrat, efisiensi saat ini terbesar di kepadatan tertinggi saat ini. 

Kesimpulan:

1.    Proses ECM bisa dipergunakan untuk segala macam metal, paduan logam dan material bersifat konduktor listrik. Komposisi dan struktur kimia, titik lelah, kekerasan dan sifat-sifat fisik material lainnya tidak mempengaruhi proses pengerjaan ECM.

2.    Bentuk permukaanbenda kerja yang kompleks dapat dikerjakan dengan proses ECMsehingga proses ini cocok untuk pembuatan cetakan

3.    Proses pengerjaan dengan ECM meliputi operasi-operasi, diantaranya: finishing, deburring,honing,countouring,deep hole drilling.

4.    Proses pengerjaan dengan ECM bebas dari segala bentuk tegangan maupun geramsehinggamemungkinkan tidak terjadinya circuit-circuit antara pahat dan benda kerja.

5.    Surface finish yang bisa dicapai dalam proses ECM berkisar 0,2-0,8 μ m

Artikel tentang Las Karbid atau Las Oksi Asetilen (Oxy Acetylene Welding)

Las Karbid Oksi Asetilen (Oxy – Acetylene Welding)

Secara umum, las asetilin atau las karbid adalah suatu teknik penyambungan material (logam) melalui proses pelelehan logam dengan menggunakan energi panas hasil pembakaran campuran gas asetilin dan gas oksigensebagai pembentuk nyala api dan sebagai sumber panas. Dalam proses ini, gas yang digunakan adalah campuran dari gas Oksigen (O2) dan gas lain sebagai gas bahan bakar (fuel gas). Gas ini dinilai memiliki beberapa kelebihan dibandingkan gas bahan bakar lain. Kelebihan yang dimiliki gas Asetilen antara lain, menghasilkan temperature nyala api lebih tinggi dari gas bahan bakar lainya, baik bila dicampur dengan udara ataupun Oksigen.

Komponen Utama Perkakas Las Oksi Asetilin

Gambar di bawah memperlihatkan komponen utama dari perkakas las oksi asitelin yaitu Tabung gas oksigen dan bahan bakar (Asitelin), Katup Pengatur, Regulator, Selang gas, Torch, Nosel, dan Torch (Pembakar).

Gambar 1. Perkakas Las Oksi Asetilin

Tabung gas berfungsi untuk menampung gas atau gas cair dalam kondisi bertekanan. Ukuran tabung ini dibuat berbeda karena disesuaikan dengan kapasitas daya tampung gas dan juga jenis gas yang ditampung. Sedang pengatur keluarnya gas dari dalam tabung maka digunakan katup. Regulator atau lebih tepat dikatakan Katup Penutun Tekan, dipasang pada katub tabung dengan tujuan untuk mengurangi atau menurunkan tekanan hingga mencapai tekanan kerja torch. Untuk mengalirkan gas yang keluar dari tabung menuju torch digunakan selang gas. Gas yang dialirkan melalui selang selanjutnya diteruskan oleh torch dan tercampur dengan gas didalamnya hingga pada akhirnya ujung nosel terbentuk nyala api. Dari keterangan diatas, torch memiliki dua fungsi utama yaitu :

1)   Sebagai pencampur gas oksigen dan gas bahan bakar.

2)   Sebagai pembentuk nyala api di ujung nosel.

Prinsip Kerja Las Oksi Asetilin

Pengelasan dengan gas oksi-asetilen dilakukan membakar bahan bakar gas C2 H2 dengan O2 sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu yang dapat mencair logam induk dan logam pengisi. Sebagai bahan bakar dapat digunakan gas-gas asetilen, propan atau hidrogen. Diantara ketiga bahan bakar ini yang paling banyak digunakan adalah asetilen, sehingga las pada umumnya diartikan sebagai las oksiasetilen. Karena tidak memerlukan tenaga listrik, maka las oksiasetilen banyak dipakai di lapangan walaupun pemakaiannya tidak sebanyak las busur elektroda terbungkus.

Pada skema las oksi asetilen diperlihatkan sudut brander las berskisar antara 60 – 70º dan sudut bahan tambah (filler) berkisar 30 – 45º. Arah pengelasan dari kiri kekanan dan posisi pengelasan di bawah tangan. Temperatur nyala oksidasi sekitar 3500 ºC. Walaupun temperatur tersebut sudah dapat mencairkan baja namun jika diterapkan pada pengelasan baja akan terjadi oksidasi, karena banyak sisa gas oksigen yang tidak terbakar mengikat elemen Fe dan menbentuk oksida besi (FeO, Fe2O, dan Fe2O3). Oksida besi ini menyebabkan cacat las yang berupa slag inclution (kotoran yang ikut ke dalam deposit logam lasan).

Nyala berbentuk busur dengan warna putih kekuningan dan panjangnya melebihi nyala Oksidasi tetapi lebih pendek dari nyala Karburasi. Temperatur yang dapat dicapai sekitar 3200 ºC dan sangat cocok jika digunakan untuk pengelasan baja.

Nyala Api Las Oksi Asetilin

Proses pencampuran gas bisa diatur sesuai dengan permintaan pengelasan. Bentuk nyala api karburasi memanjang dengan warna kuning kemerahan. Dalam proses pembakaran, tidak semua campuran gas oksigen dan acetylene terbakar secara sempurna. Gas yang terbakar sempurna membentuk nyala inti yang digunakan untuk mencairkan logam, sedangkan sisanya membentuk nyala luar sebagai gas pelindung deposit logam lasan.

 

Nyala hasil pembakaran dalam las oksi-asetilen dapat berubah bergantung pada perbandingan antara gas oksigen dan gas asetilennya. Ada tiga macam nyala api dalam las oksi-asetilen seperti ditunjukkan pada gambar di bawah:

a.Nyala Karburasi (Asetilen berlebih)

Bila terlalu banyak perbandingan gas asetilen yang digunakan maka di antara kerucut dalam dan kerucut luar akan timbul kerucut nyala baru berwarna biru. Di antara kerucut yang menyala dan selubung luar akan terdapat kerucut antara yang berwarna keputih-putihan, yang panjangnya ditentukan oleh jumlah kelebihan asetilen. Hal ini akan menyebabkan terjadinya karburisasi pada logam cair. Nyala ini banyak digunakan dalam pengelasan logam monel, nikel, berbagai jenis baja dan bermacam-macam bahan pengerasan permukaan non-ferous.

b. Nyala Oksidasi (Oksigen berlebih)

Bila gas oksigen lebih daripada yang dibutuhkan untuk menghasilkan nyala netral maka nyala api menjadi pendek dan warna kerucut dalam berubah menjadi ungu. Nyala ini akan menyebabkan terjadinya proses oksidasi atau dekarburisasi pada logam cair. Nyala yang bersifat oksidasi ini harus digunakan dalam pengelasan fusion dari kuningan dan perunggu namun tidak dianjurkan untuk pengelasan lainnya.

c. Nyala Netral

Nyala ini terjadi bila perbandingan antara oksigen dan asetilen sekitar satu. Nyala terdiri atas kerucut dalam yang berwarna putih bersinar dan kerucut luar yang berwarna biru bening. Oksigen yang diperlukan nyala ini berasal dari udara. Suhu maksimum setinggi 3300 sampai 3500 oC tercapai pada ujung nyala kerucut.

Karena sifatnya yang dapat merubah komposisi logam cair maka nyala asetilen berlebih dan nyala oksigen berlebih tidak dapat digunakan untuk mengelas baja. Suhu Pada ujung kerucut dalam kira-kira 3000° C dan di tengah kerucut luar kira-kira 2500° C.

Generator Asetilen

Generator asetilen merupakan alat yang digunakan untuk memproduksi asetilen melalui proses reaksi kalsium karbida dengan air. Proses kerja generator relatif sederhana, yaitu dengan jalan mempertemukan kalsium karbida dengan air secara proporsional yang selanjutnya akan diikuti dengan terjadinya reaksi sehingga menghasilkan gas asetilen. Pemakaian generator dalam memproduksi asetilen masih terbilang banyak, terutama di daerah yang jauh dari industri asetilen atau daerah terpencil. Keuntungan penggunaan generator dapat menekan biaya operasional bila dibandingkan dengan pemakaian asetilen dalam botol. Namun kelemahan yang dimiliki ialah tekanan asetilen lebih labil dibandingkan dengan asetilen dalam botol.

Gas asetilen (C₂H₂) dihasilkan dari reaksi kalsium karbida dengan air. Gelembung-gelembung gas naik dan endapan yang terjadi adalah kapur tohor. Reaksi yang terjadi dalam tabung asetilen adalah :

CaC2	+	2H2O	=	Ca(OH)2	+	C2H2
kalsium karbida		air tohor		Kapur		gas asetilen

Generator asetilen dapat dikelompokkan atas beberapa jenis sesuai menurut kapasitas, pelayanan, cara kerja, dan tekanan.

Ø  Berdasarkan Kapasitas (Daya) Menurut kapasitas, yaitu jumlah liter atau m3 gas yang dapat diproduksi setiap jam, generator dapat digolongkan kedalam beberapa tingkat, seperti; 0,8; 1,25; 2; 3,2; 5; 10; 20; 40; dan 80 m3/jam.

Ø  Berdasarkan pelayanan, generator asetilen dapat dibedakan atas:

1. Generator portable (yang dapat dipindah-pindahkan), biasanya yang berukuran kecil dan berkapasitas antara 30 s/d 600 Cu.ft/jam (1 Cu.Ft = 0,028 m3).

2. Generator stasioner (tetap), ialah generator yang digunakan untuk industri-industri besar.

Berdasarkan Proses/Cara Kerja Yang dimaksud dengan cara kerja di sini adalah sistem  

Penggunaan dan Fluks yang digunakan

Pengelasan Oksi-asetilen dapat digunakan untuk mengelas bermacam-macam logam. Beberapa diantaranya ditunjukkan dalam tabel. Kadang-kadang dalam pengelasan oksi-asetilen digunakan juga fluks untuk memperbaiki sifat-sifat logam las, derajat kecairan logam cair. Fluks pada pengelasan ini biasanya adalah campuran antara boraks serbuk gelas dan atau antara asam boric, boraks dan natrium fosfat. Penggunaan dan komposisi dari fluks tergantung pada logam yang akan dilas.

Logam Induk	Macam Nyala Api	Fluks	Logam Pengisi
Baja Karbon Besi Cor abu-abu Besi Cor Maliabel Nikel Panduan Ni-Cu Tembaga  Perunggu Kuningan	Netral Netral Oksidasi Rendah Oksidasi Lemah Karburasi Netral atau karburasi lemah Netral atau oksidasi lemah Oksidasi	Tidak Perlu Perlu Perlu Perlu Tidak Perlu Tidak Perlu Tidak Perlu Perlu Perlu	Baja Karbon Rendah  Besi cor abu-abu Perunggu Perunggu Nikel Monel Tembaga Perunggu Kuningan

Kelebihan dan Kekurangan Las Asetilen.

Kelebihan Las Asetilen :
– Jika ada pengelasan yang salah dapat dicairkan kembali dengan nyala Api Oksigen Asetilen.
– Dapat digunakan pada plat tipis.
– Peralatan tidak terlalu banyak.
Kekurangan Las Asetilen:
– Jika digunakan plat tebal kekuatannya kurang maksimal.
– Pengelasan manual sehingga efisiensi dan kecepatan las kurang.
– Sangat jarang digunakan untuk pengelasan non logam atau baja tahan karat.

Kesimpulan

Las oksi asetilen atau las karbid (Oxy – Acytelene Welding atau disingkat OAW) adalah suatu proses pengelasan gas yang menggunakan sumber panas nyala api melalui pembakaran gas oksigen dan gas asetilen untuk mencairkan logam dan bahan tambah. Dalam pengelasan OAW ini biasanya digunakan hanya untuk plat plat tipis, hal ini dikarenakan sambungan las Oxigen Acetyline ini mempunyai kekuatan yang rendah dibandingkan las busur listrik.

Las OAW ini juga dapat digunakan untuk pemanasan atau pemotongan, namun alat yang digunakan berbeda. Untuk pemotongan menggunakan torch yang ada katub gas potong, sedangkan untuk pengelasan atau pemanasan menggunakan welding gun tanpa katub gas potong.