Zona yang terpengaruh panas (HAZ) adalah sesuatu yang terjadi ketika logam terkena suhu tinggi. Ini memiliki dampak negatif pada desain dan struktur logam. Artikel ini membahas efek tersebut dan cara menguranginya.
Beberapa prosedur produksi (proses manufaktur) yang menghasilkan HAZ adalah pemotongan mekanis, pemotongan termal dan pengelasan.
Dengan pemotongan mekanis, kekuatan geser logam harus dilampaui. Sebagian besar energi diubah menjadi panas yang mempengaruhi masa pakai alat dan logam yang dipotong.
Metode pemotongan termal, seperti pemotongan laser dan pemotongan plasma, sebenarnya menggunakan panas untuk memotong. Sekali lagi, perubahan struktural dan estetika yang sama, juga terjadi.
Pengelasan, seperti halnya pemotongan termal, menggunakan suhu yang sangat tinggi untuk menambahkan logam cair atau melelehkan bagian itu sendiri.
Karena pembentukan zona yang terpengaruh panas memiliki efek yang cukup besar pada kualitas produk akhir, adalah baik untuk memahami berbagai aspeknya.
Apa Zona Terpengaruh Panas?
Selama pemotongan logam atau pengelasan logam, logam menyerap panas yang dihasilkan. Panas ini merambat dari ujung sisi melalui body logam, karena logam adalah konduktor panas yang baik.
Sebuah zona terbentuk antara logam yang meleleh (baca: logam lasan) dan logam dasar yang tidak terpengaruh, yang disebut zona pengaruh panas (HAZ). Di zona ini, logam tidak meleleh tetapi panas telah menyebabkan perubahan struktur mikro logam. Perubahan struktur ini dapat mengurangi kekuatan logam.
HAZ dapat diidentifikasi oleh serangkaian pita berwarna cerah antara permukaan pemotongan/ pengelasan dan logam dasar yang tidak terpengaruh. Warna berkisar dari kuning muda ke ungu seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah.
Adalah sangat penting untuk memahami bahwa HAZ berperan mengurangi kekuatan pada perancangan aplikasi yang aman. Bagian terlemah dari struktur ada di HAZ.
Struktur tersebut sekuat titik terlemahnya. Oleh karena itu, mengenali HAZ dapat menjadi titik pembeda antara keberhasilan dan kegagalan bagian tertentu.
Apa Kata Warna?
Sebagai hasil dari penggunaan suhu yang berbeda selama proses produksi, beragam warna hadir di HAZ. Rona-rona ini berkisar dari kuning muda ke biru tua dengan urutan suhu yang meningkat.
Warna pita dalam urutan perkembangan suhu adalah:
Faktor-faktor yang lebih lanjut mempengaruhi pembentukan warna panas ini adalah:
- Kondisi permukaan –> Permukaan yang lebih kasar mengoksidasi lebih cepat menghasilkan pewarnaan yang lebih nyata.
- Kontaminasi permukaan –> Kotoran seperti karat, cat dan minyak juga mempengaruhi warna. Kontaminasi dapat mengubah warna panas tetapi perpanjangan HAZ tidak terpengaruh.
- Ketersediaan oksigen –> Karena akses yang terbatas ke oksigen mengurangi oksidasi, penggunaan pelapis elektroda atau gas pelindung untuk pengelasan dapat mempengaruhi warna panas.
- kandungan kromium –> kromium meningkatkan resistensi oksidasi. Oleh karena itu, kandungan kromium yang lebih tinggi mengurangi intensitas warna panas.
Formasi Zona Yang Terkena Panas
Penyebab pembentukan HAZ secara jelas adalah panas. Lebar zona masih tergantung pada beberapa faktor, seperti difusivitas termal dan pilihan metode pemotongan.
Difusivitas Termal
Difusivitas termal logam memainkan peran utama dalam menentukan bagaimana HAZ akan mempengaruhi logam. Ini adalah rasio konduktivitas termal dari logam dibagi dengan densitas dan kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan.
Dengan kata sederhana, difusi termal logam adalah ukuran seberapa cepat panas akan ditransmisikan melalui bodynya. Jika difusivitas termal tinggi, logam akan dapat mengirimkan panas lebih cepat.
Inilah yang menyebabkan pendinginan lebih cepat dan HAZ akan lebih sempit. Di sisi lain, difusivitas termal yang rendah akan menjaga panas dalam logam untuk durasi yang lebih lama sehingga menciptakan HAZ yang lebih luas.
Difusivitas termal baja stainless AISI 304 adalah 4,2 mm2 / s, sedangkan untuk baja struktural adalah 11,72 mm2 / s. Ini berarti bahwa baja struktural, ketika mengalami panas, akan menciptakan HAZ yang lebih luas.
Penciptaan HAZ tergantung pada berbagai faktor lain juga. Lebar zona tergantung pada jumlah panas yang dihasilkan, durasi paparan panas dan ketebalan material.
Lembaran logam tipis memanas lebih cepat dan karenanya menciptakan zona yang dipengaruhi panas menjadi lebih besar.
Pilihan Metode Pemotongan
5 nozel melakukan pemotongan gas secara bersamaan
Setiap metode pemotongan termal adalah sedikit berbeda. Dengan demikian, zona yang terkena dampak panas juga bervariasi.
Pemotongan api dan pengelasan busur menghasilkan jumlah panas maksimum dan memiliki HAZ terluas dari semuanya.
Lasan yang cepat dan stabil menjaga paparan panas seminimal mungkin. Dengan demikian, memiliki tukang las yang berpengalaman dapat mengurangi ukuran HAZ dan akibatnya menyebabkan sambungan yang lebih kuat.
Ukuran HAZ dalam pemotongan plasma relatif lebih tipis karena kecepatan pemotongan dapat dimanipulasi untuk menghasilkan HAZ yang tipis.
Pemotongan laser akan menghasilkan HAZ yang lebih kecil karena memiliki goresan pemotongan yang sempit dan panas diterapkan ke area yang kecil.
Proses seperti pemotongan dan pencukuran jet air tidak menghasilkan HAZ karena tidak melibatkan bahan yang terlalu panas. Ini adalah sesuatu yang perlu dipertimbangkan ketika merancang bagian yang membutuhkan keandalan ekstra.
Efek dari HAZ
Zona yang terpengaruh panas menyebabkan perubahan struktural pada logam yang melemahkan bagian di daerah ini. Sifat mekanik logam seperti tahanan kelelahan, distorsi, dan retak permukaan menjadi terpengaruh.
Hal tersebut membuatnya menjadi sangat penting untuk mempelajari tentang efek HAZ. Hal ini berlaku bahkan jika Anda tidak memotong atau mengelas logam sendiri.
Mari kita lihat berbagai efek HAZ pada logam:
Perubahan Metalurgi & Kimia
Dalam pemotongan logam, logam menyerap panas pada tingkat yang sangat tinggi. Pendinginan yang dilakukan oleh pendingin juga berlangsung cepat. Hal ini secara signifikan dapat mengubah mikrostruktur dan properti logam di area yang terpengaruh.
Struktur molekul logam membesar saat dipanaskan. Jika panas yang diterapkan berubah pada penampang logam, itu menyebabkan ekspansi yang tidak merata dan kontraksi berikutnya dari bodi logam. Deformasi seperti distorsi dapat terjadi selama proses pendinginan. Sebagai contoh, produksi baja roll panas memiliki hasil yang serupa (baca distorsi).
Perubahan kimia juga terlihat ketika fase berbeda dibuat berdampingan satu sama lain tergantung pada suhu spesifik yang dicapai oleh bagian logam yang berbeda.
Nitridasi permukaan
Nitridasi permukaan termasuk menambahkan nitrogen ke permukaan logam untuk meningkatkan kekerasannya. Dalam operasi pemotongan dan pengelasan logam suhu tinggi, efek ini terlihat secara tidak sengaja. Akibatnya, di area yang dipanaskan, kekerasan meningkat dan kemampuan las menurun.
Oksidasi
Ketika logam mengalami suhu tinggi, mereka dapat mengalami oksidasi di antara fenomena lainnya. Hal inilah yang bertanggung jawab atas pita berwarna cerah yang merupakan karakteristik dari HAZ.
Perubahan fase
Diagram karbida besi telah membantu kami memahami fase baja. Fase yang berbeda dibuat tergantung pada suhu baja.
Ketika terkena suhu tinggi, misalnya, baja tahan karat austenitik akan berubah menjadi baja martensitik. Baja martensit lebih keras dan lebih rapuh dari yang sebelumnya. Dalam beberapa kasus, panas akan melemahkan logam.
Embrittlement Hidrogen
Hidrogen embrittlement adalah difusi hidrogen ke dalam kisi logam yang mengurangi keuletan dan ketangguhan logam.
Temperatur yang tinggi dapat menyebabkan embrittlement hidrogen. Transformasi fasa dapat terjadi pada beberapa logam karena hidrogen atom ini. Ini dapat menyebabkan hidrogen retak bahkan setelah 24 jam proses pemotongan.
Korosi
Stainless steel bahkan dapat terkena korosi di zona yang terkena panas. Panas ekstrem menyebabkan pengendapan kromium karbida di dekat batas butir. Ini mengurangi kandungan kromium dari baja tahan karat di bawah 10,5 persen.
Hasilnya adalah hilangnya kepasifan diri (kemampuan untuk menciptakan kembali lapisan pelindung kromium oksida untuk mencegah korosi) yang menyebabkan korosi intergranular. Ini juga kehilangan propertinya yang menjadikannya stainless dan dalam kasus ekstrim, logam akan berubah menjadi hitam.
Bagaimana cara menguranginya?
Zona yang terkena panas adalah produk sampingan yang tidak diinginkan. Namun, tidak mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan HAZ. Hanya pengurangan yang bisa dilakukan setelah pembentukannya.
Mengurangi Pembentukan HAZ
Apakah Anda mengelas atau memotong logam, kuncinya ada dalam kecepatan. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, paparan panas yang lebih singkat menyisakan HAZ yang lebih rendah.
Kemungkinan untuk mengoptimalkan kecepatan, datang ke peralatan dan operator alat berat. Mengetahui cara Anda mengatur mesin hingga kinerja terbaik mengarah ke hasil yang luar biasa.
Perawatan Pasca Formasi
Setelah pembentukan HAZ, dimungkinkan untuk men-treat logam untuk mendapatkan kembali kekuatannya yang hilang.
Dalam hal pengelasan, hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan perawatan sebelum atau sesudah pengelasan. Mengubah fase logam secara merata memastikan efek yang lebih rendah terkait logam di sekitarnya.
Solusi anil adalah sesuatu yang membantu dalam kasus baja. Metode ini termasuk memanaskan logam dan menahannya pada suhu tertentu untuk memperkuat ikatan unsur.
Proses Finishing mekanis dapat membantu pada sisi estetika.
Salah satu cara untuk melakukannya adalah menggunakan amplas untuk menghilangkan warna panas yang diciptakan oleh oksidasi. Ini akan mengekspos lapisan di bawahnya dan mengarah ke kromium self-pasivasi dalam kasus baja tahan karat. Namun, melemahnya part juga sangat mungkin.
Cara paling efektif untuk menghilangkan seluruh zona yang terkena panas adalah dengan membuangnya. Meskipun, ini memang menyebabkan hilangnya materi.
Kesimpulan
Zona yang terpengaruh panas merupakan bagian yang tak terhindarkan dari pemotongan logam dan prosedur pengelasan suhu tinggi. Penyebabnya terletak pada overheating logam selama proses ini dan itu dapat mempengaruhi sifat material.
Referensi: https://fractory.com/heat-affected-zone-causes-effects-reduction/
Taufiqur Rokhman 