Menjelajahi Pengelasan yang Efisien di Dunia Logam：Baja Bentuk Panas

I. Pengantar
Baja panas, sebagai material baja otomotif canggih, telah banyak digunakan dalam industri otomotif dalam beberapa tahun terakhir. Dibentuk melalui proses hot stamping, secara signifikan meningkatkan kekuatan dan keamanan struktur bodi kendaraan sekaligus mencapai bobot kendaraan yang lebih ringan. Pengelasan adalah langkah penting dalam menyambung komponen baja panas, dan kualitasnya berdampak langsung pada kinerja dan keandalan bodi kendaraan secara keseluruhan. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang teknologi pengelasan baja panas menjadi sangat penting untuk mendorong perkembangan industri otomotif.

II. Karakteristik Baja Bentukan Panas
( 1 ) Kekuatan Sangat Tinggi
Selama proses hot stamping, baja cetakan panas mengalami transformasi dari austenit menjadi martensit, sehingga menghasilkan kekuatan yang sangat tinggi. Kekuatan tariknya biasanya mencapai 1500 MPa atau lebih tinggi, secara efektif meningkatkan ketahanan bodi kendaraan terhadap deformasi akibat benturan dan menjamin keselamatan penumpang.

( 2 ) Akurasi Dimensi Yang Baik
Karena suhu tinggi dan kendala cetakan selama proses pembentukan panas, baja cetakan panas mencapai akurasi dimensi yang baik. Bagian yang dibentuk memiliki penyimpangan kecil, memfasilitasi pekerjaan perakitan dan pengelasan selanjutnya serta meningkatkan presisi pembuatan kendaraan secara keseluruhan.

( 3 ) Kekerasan Tinggi
Struktur martensit dari baja cetakan panas memberikan kekerasan yang tinggi, yang tidak hanya meningkatkan ketahanan aus material tetapi juga meningkatkan ketahanan lelah bagian-bagian tersebut sampai batas tertentu. Namun, kekerasan yang tinggi juga menimbulkan tantangan untuk pemrosesan dan pengelasan selanjutnya.

( 4 ) Kemampuan Las yang Relatif Buruk
Dibandingkan dengan baja konvensional, baja cetakan panas memiliki kemampuan las yang relatif buruk karena komposisi kimia dan struktur mikronya. Permasalahan pengelasan seperti keretakan dan pelunakan sambungan rentan terjadi sehingga memerlukan pengendalian proses pengelasan yang lebih ketat.

III. Poin Teknis Utama untuk Pengelasan Baja Bentuk Panas
( 1 ) Pemilihan Bahan Las
Bahan las yang sesuai dengan komposisi kimia dan tingkat kekuatan bahan dasar harus dipilih berdasarkan komposisi dan sifat baja cetakan panas. Misalnya, untuk baja cetakan panas dengan kandungan karbon lebih tinggi, bahan las hidrogen rendah dengan ketahanan retak yang baik harus dipilih untuk mengurangi terjadinya retakan las.

( 2 ) Optimalisasi Parameter Proses Pengelasan
Kontrol yang tepat terhadap arus pengelasan, tegangan, kecepatan pengelasan, dan parameter lainnya sangat penting. Masukan panas yang tepat sangatlah penting; masukan panas yang berlebihan dapat menyebabkan struktur sambungan menjadi terlalu panas, mengurangi kekuatan dan kekerasan, sedangkan masukan panas yang tidak mencukupi dapat mengakibatkan penetrasi yang tidak sempurna atau pembentukan las yang buruk. Parameter proses yang optimal untuk ketebalan dan konfigurasi sambungan yang berbeda perlu ditentukan melalui pengujian ekstensif.

( 3 ) Urutan dan Arah Pengelasan
Urutan dan arah pengelasan harus diatur secara wajar untuk meminimalkan tegangan dan deformasi pengelasan. Untuk komponen struktural baja panas yang kompleks, pengelasan simetris, pengelasan tersegmentasi, dan metode lain harus digunakan untuk memastikan distribusi tegangan pengelasan yang seragam dan menghindari konsentrasi tegangan lokal.

IV. Metode Pengelasan Utama untuk Baja Bentuk Panas
( 1 ) Pengelasan Resistansi
Fitur Teknis: Pengelasan resistansi memanfaatkan panas resistif yang dihasilkan oleh arus yang melewati titik kontak benda kerja untuk memanaskannya, membentuk sambungan las di bawah tekanan. Ini menawarkan keunggulan seperti kecepatan pengelasan yang cepat, efisiensi produksi yang tinggi, deformasi pengelasan yang kecil, kemudahan otomatisasi, dan tidak memerlukan bahan pengisi, sehingga secara efektif menjaga sifat asli baja cetakan panas.
Lingkup Aplikasi: Cocok untuk mengelas lembaran baja panas dengan ketebalan sekitar 0,8 hingga 3 mm. Biasa digunakan untuk menyambung komponen baja panas dalam pembuatan bodi otomotif, seperti pengelasan titik dan pengelasan jahitan pada panel bagian dalam pintu, rangka bodi, dan bagian lainnya.
Titik Pengoperasian: Diperlukan kontrol ketat terhadap arus pengelasan, waktu pengelasan, dan tekanan elektroda. Sesuaikan arus pengelasan sesuai dengan kekerasan dan ketebalan baja panas untuk memastikan panas yang cukup bagi benda kerja untuk mencapai suhu pengelasan; waktu pengelasan harus memastikan pemanasan yang cukup tanpa terlalu panas; tekanan elektroda harus moderat, memastikan kontak erat antara benda kerja tanpa menyebabkan kerusakan permukaan atau deformasi karena tekanan berlebihan. Selain itu, elektroda harus dibersihkan secara teratur untuk mencegah menempelnya logam pada permukaan elektroda, yang dapat mempengaruhi kualitas pengelasan.

( 2 ) Pengelasan Laser
Fitur Teknis: Pengelasan laser menggunakan sinar laser dengan kepadatan energi tinggi sebagai sumber panas, menampilkan kepadatan energi tinggi, kecepatan pengelasan cepat, lapisan las sempit, zona kecil yang terkena panas, deformasi pengelasan minimal, dan kinerja sambungan yang sangat baik. Ini meminimalkan dampak pada struktur mikro dan sifat baja cetakan panas, memastikan kekuatan dan ketangguhan sambungan las yang tinggi.
Lingkup Aplikasi: Cocok untuk mengelas komponen baja panas berpresisi tinggi dan berkualitas tinggi, terutama untuk pengelasan lembaran tipis dan ultra-tipis (kurang dari 1 mm). Dalam manufaktur otomotif, biasanya digunakan untuk pengelasan butt dan pengelasan putaran baja panas, seperti pengelasan kap mesin, tutup bagasi, dan bagian lainnya.
Titik Pengoperasian: Ketepatan dan stabilitas peralatan sangat penting, memastikan akurasi pemfokusan dan stabilitas energi sinar laser. Ketepatan perakitan benda kerja juga sangat diperlukan, dengan kontrol ketat terhadap celah dan ketidaksejajaran, biasanya menjaga celah dalam 0,1 mm dan ketidaksejajaran tidak lebih dari 10% dari ketebalan lembaran. Selain itu, tindakan perlindungan selama pengelasan harus dilakukan untuk mencegah uap logam mengkontaminasi jalur optik laser.

( 3 ) Pengelasan Busur (Dicontohkan dengan Pengelasan Berpelindung Gas Campuran)
Fitur Teknis: Pengelasan berpelindung gas campuran biasanya menggunakan campuran argon dan karbon dioksida sebagai media pelindung, mengandalkan busur yang dihasilkan antara kawat las dan benda kerja untuk melelehkan logam untuk pengelasan. Ia menawarkan keunggulan seperti biaya yang relatif rendah, kemampuan beradaptasi terhadap berbagai proses pengelasan, dan kemampuan melakukan pengelasan di semua posisi.
Lingkup Aplikasi: Mampu mengelas baja panas dengan berbagai ketebalan, banyak digunakan untuk mengelas pelat dengan ketebalan sedang (3 hingga 10 mm). Ini biasanya digunakan pada bagian struktural non-kritis pada manufaktur otomotif atau dalam aplikasi perbaikan.
Poin Pengoperasian: Pelindung gas yang efektif sangat penting untuk mencegah intrusi udara ke dalam lasan. Pemilihan diameter kawat las, arus pengelasan, tegangan, dan parameter laju aliran gas yang wajar diperlukan. Sesuaikan parameter sesuai dengan ketebalan dan posisi pengelasan baja panas untuk memastikan pembentukan las yang baik. Selain itu, tindakan perlindungan angin harus diambil selama pengelasan, dan pengelasan harus dihentikan atau dilindungi jika kecepatan angin terlalu tinggi. Selain itu, area pengelasan harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan kotoran seperti minyak dan karat untuk menjamin kualitas pengelasan.

V. Tantangan Teknis dan Solusi untuk Baja Hot-formed
( 1 ) Retak Pengelasan
Tantangan Teknis: Baja cetakan panas rentan terhadap retakan dingin dan retakan panas selama pengelasan. Retakan dingin terutama disebabkan oleh difusi hidrogen, tegangan pengelasan, dan pembentukan struktur yang mengeras; retakan panas terjadi karena adanya eutektik dengan titik leleh rendah pada logam las selama pemadatan, di bawah tekanan tarik.
Solusi: Untuk retakan dingin, disarankan untuk melakukan pemanasan awal sebelum pengelasan, dengan suhu pemanasan awal umumnya antara 100 dan 200°C, disesuaikan dengan ketebalan dan komposisi baja. Kontrol secara ketat parameter proses pengelasan untuk mengurangi sumber hidrogen, seperti menggunakan bahan las rendah hidrogen dan mengeringkan bahan las. Perlakuan panas pasca pengelasan untuk menghilangkan hidrogen harus dilakukan segera, dengan suhu umumnya antara 200 dan 350°C, dan waktu pemaparan ditentukan berdasarkan ketebalan benda kerja. Untuk retakan panas, sesuaikan komposisi bahan las untuk mengurangi kandungan eutektik titik leleh rendah pada lasan; mengoptimalkan parameter proses pengelasan untuk mengurangi tegangan pengelasan, seperti menggunakan arus pengelasan yang lebih kecil dan kecepatan pengelasan yang lebih cepat.

( 2 ) Pelunakan Sendi
Tantangan Teknis: Di zona yang terkena dampak panas selama pengelasan, akibat siklus termal, struktur mikro baja yang dibentuk panas berubah, menyebabkan berkurangnya kekuatan dan kekerasan, yang dikenal sebagai pelunakan sambungan. Hal ini secara signifikan mempengaruhi kapasitas menahan beban dan kinerja sambungan las secara keseluruhan.
Solusi: Pilih metode pengelasan yang sesuai, seperti pengelasan laser dan pengelasan berkas elektron, yang memiliki kepadatan energi tinggi dan dapat secara efektif mengurangi lebar dan paparan panas pada zona yang terkena panas, sehingga meminimalkan pelunakan sambungan. Secara bersamaan, optimalkan parameter proses pengelasan untuk mengontrol masukan panas dan meminimalkan dampak pada struktur mikro zona yang terkena dampak panas. Untuk kasus dimana pelunakan sambungan telah terjadi, perlakuan panas pasca pengelasan, seperti tempering, dapat digunakan untuk mengembalikan beberapa sifat sambungan.

( 3 ) Masalah Porositas
Tantangan Teknis: Selama pengelasan, intrusi gas ke dalam lasan atau gas yang dihasilkan oleh reaksi metalurgi yang gagal keluar pada waktunya dapat membentuk pori-pori pada lasan. Kehadiran pori-pori mengurangi kepadatan dan kekuatan las sehingga mempengaruhi kualitas sambungan las.
Solusi: Pastikan bahan las kering untuk menghindari penyerapan air; meningkatkan pelindung gas selama pengelasan, memilih gas pelindung dan laju aliran gas yang sesuai, dan memastikan pelindung gas yang efektif. Kontrol secara wajar parameter proses pengelasan seperti arus pengelasan, tegangan, dan kecepatan pengelasan untuk memberikan waktu yang cukup bagi gas untuk keluar. Dalam pengelasan berpelindung gas campuran, perhatian harus diberikan pada kemurnian dan rasio pencampuran gas, dan sistem pasokan gas harus diperiksa secara teratur untuk mencegah masuknya kotoran ke dalam gas. Pada saat yang sama, permukaan benda kerja harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan kotoran seperti minyak dan uap air, sehingga mengurangi sumber gas.

Kemajuan dalam teknologi pengelasan baja panas tidak hanya terbatas pada industri otomotif saja; mereka juga menunjukkan potensi penerapan yang sangat besar di bidang kedirgantaraan, manufaktur mesin, dan bidang lainnya. Dengan terus mengatasi tantangan teknis dan mengoptimalkan proses pengelasan, kami akan dapat sepenuhnya memanfaatkan keunggulan kinerja baja panas, memberikan jaminan kuat bagi pengembangan berkualitas tinggi di berbagai industri. Saya percaya bahwa dengan upaya bersama dari banyak peneliti dan pekerja teknis, teknologi pengelasan baja panas pasti akan mengantarkan masa depan yang lebih cerah dan berkontribusi terhadap kemajuan industri manufaktur global.