Ketahanan fatigue sambungan las merupakan faktor krusial dalam keandalan struktur, terutama pada sektor transportasi yang terpapar beban dinamis secara terus-menerus. Porositas dan tegangan sisa menjadi penyebab utama kegagalan fatigue pada sambungan las, khususnya pada material ringan seperti paduan aluminium. Studi literatur ini menyoroti bagaimana pemberian getaran selama proses pengelasan dapat mengurangi porositas, menurunkan tegangan sisa, dan memperbaiki struktur mikro logam las. Melalui pendekatan getaran, seperti Ultrasonic Vibration Spot Resistance (UVSR), pengelasan aluminium dapat ditingkatkan secara signifikan dalam hal kekuatan dan umur pakai.
Sambungan las pada paduan aluminium sering kali menjadi titik lemah dalam struktur teknik, terutama ketika menghadapi beban siklik jangka panjang. Salah satu tantangan utama dalam pengelasan adalah terbentuknya porositas, rongga kecil yang terjebak di dalam logam las, serta tegangan sisa akibat perbedaan suhu selama proses pendinginan. Keduanya berkontribusi besar terhadap turunnya kekuatan mekanik dan mempercepat terjadinya kegagalan fatigue.
Untuk mengatasi masalah ini, berbagai pendekatan inovatif telah dikembangkan. Salah satunya adalah penggunaan teknologi getaran selama proses pengelasan. Getaran yang diterapkan secara tepat terbukti mampu memengaruhi perilaku logam cair, memperbaiki struktur mikro, dan menekan pembentukan cacat pada sambungan. Artikel lengkap bisa dibaca pada: https://doi.org/10.31603/ae.7965
Metode Vibration Welding
Pengelasan getar merupakan teknik yang menggabungkan proses fusi logam dengan pemberian getaran mekanik atau ultrasonik. Getaran ini dapat diarahkan secara vertikal maupun horizontal, tergantung pada posisi pengelasan dan jenis sambungan.
Pemilihan arah getaran sangat penting karena akan memengaruhi cara logam cair mengalir dan membeku. Misalnya, getaran tegak lurus terhadap arah pertumbuhan dendrit akan mengganggu pembentukan struktur kasar dan mendorong terbentuknya butiran halus yang lebih seragam. Hal ini tidak hanya meningkatkan kekuatan mekanik sambungan, tetapi juga mengurangi kemungkinan terbentuknya retak.
Gambar Metode Arah Getaran:Vertikal dan Horizontal
Refinement Struktur Mikro dan Penguatan Material
Getaran berperan besar dalam proses pemurnian butir (grain refinement). Ketika getaran diterapkan secara tegak lurus terhadap arah pertumbuhan dendrit, terjadi peningkatan kecepatan pendinginan akibat interaksi antara dendrit dan logam cair yang lebih dingin. Proses ini mempercepat pembentukan inti kristal baru (nukleasi) dan menghambat pertumbuhan lengan dendrit yang kasar.
Hasilnya adalah struktur dendrit ekuiaksial yang halus, dengan orientasi radial membentuk pola interlocking. Struktur ini memperbanyak batas butir, yang berfungsi sebagai penghambat dislokasi dan memperkuat sifat mekanik logam. Selain itu, struktur tersebut juga memperlambat laju perambatan retak akibat beban siklik.
Gambar Mikrostruktur Hasil Pengelasan: (a) dan (b) Tanpa Getaran, (c) dan (d) Dengan Getaran.
Efek Kavitasi dan Reduksi Porositas
Salah satu manfaat utama dari pengelasan getar adalah kemampuannya mengurangi porositas. Getaran menghasilkan tekanan internal dalam logam cair yang mendorong gelembung gas ke permukaan sebelum logam membeku. Proses ini secara efektif mengurangi jumlah rongga udara yang tertinggal di dalam sambungan las.
Selain itu, efek kavitasi yang ditimbulkan oleh getaran dapat menyebarkan fasa getas secara merata dalam zona leleh (Fusion Zone/FZ), sehingga menghasilkan mikrostruktur yang lebih homogen. Peningkatan laju pendinginan juga berkontribusi terhadap pengecilan zona pengaruh panas (Heat Affected Zone/HAZ) dan menurunkan gradien temperatur yang menjadi sumber tegangan sisa.
Pengaruh terhadap Tegangan Sisa (Residual Stress)
Salah satu studi yang menggunakan metode Ultrasonic Vibration Spot Resistance (UVSR) pada paduan aluminium AA6082 menunjukkan bahwa getaran dengan frekuensi 20 kHz mampu mengurangi tegangan sisa hingga 53% dan menghomogenkan distribusi tegangan hingga 57%.
Penurunan ini terjadi karena percepatan pendinginan yang mengurangi perbedaan pemuaian termal antara daerah las dan logam dasar. Hasilnya, sambungan las menjadi lebih stabil secara struktural dan memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap retak termal maupun fatigue.
Implikasi terhadap Ketahanan Fatigue
Dengan berkurangnya porositas, tegangan sisa, dan terbentuknya mikrostruktur yang lebih halus, ketahanan fatigue sambungan las meningkat secara signifikan. Sambungan yang sebelumnya rentan terhadap kerusakan akibat beban berulang kini menjadi lebih kuat dan tahan lama. Hal ini menjadikan teknologi pengelasan getar sebagai solusi menjanjikan dalam berbagai aplikasi, mulai dari industri otomotif hingga dirgantara.
Keberhasilan metode ini sangat bergantung pada arah dan frekuensi getaran yang digunakan. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengeksplorasi pengaruh variasi parameter getaran terhadap pengelasan, khususnya dalam konteks propagasi retak dan umur kelelahan jangka panjang.