Gas pelindung (shielding gas) merupakan salah satu variabel paling penting dalam proses pengelasan modern, khususnya pada metode yang menggunakan busur listrik seperti Gas Tungsten Arc Welding (GTAW/TIG), Gas Metal Arc Welding (GMAW/MIG-MAG), dan Flux Cored Arc Welding (FCAW). Meskipun sering dianggap hanya sebagai media pelindung, pemilihan jenis gas sebenarnya memiliki pengaruh langsung terhadap stabilitas busur listrik, kedalaman penetrasi, bentuk manik las (weld bead), jumlah percikan (spatter), kecepatan deposisi logam, hingga sifat mekanik sambungan yang dihasilkan. Gas yang tidak sesuai dapat menyebabkan porositas, oksidasi, penetrasi yang kurang, bahkan menurunkan ketahanan korosi dan umur pakai komponen.
Fungsi utama shielding gas adalah melindungi logam cair dan busur listrik dari kontaminasi atmosfer, terutama oksigen, nitrogen, dan uap air. Tanpa perlindungan ini, logam las akan mudah mengalami oksidasi, membentuk pori-pori, serta menghasilkan sambungan yang rapuh. Selain itu, jenis gas juga memengaruhi karakteristik busur. Misalnya, argon menghasilkan busur yang stabil dan halus, sedangkan helium memberikan panas yang lebih tinggi sehingga cocok untuk material tebal. Campuran argon dengan karbon dioksida banyak digunakan pada baja karbon karena memberikan keseimbangan antara penetrasi, stabilitas busur, dan biaya operasional.
Pentingnya Pemilihan Shielding Gas
Shielding gas memiliki beberapa fungsi utama selama proses pengelasan. Pertama, gas melindungi logam cair dari kontak langsung dengan atmosfer sehingga mencegah terbentuknya oksida dan porositas. Kedua, gas membantu menjaga stabilitas busur listrik sehingga proses pengelasan berlangsung lebih konsisten. Ketiga, gas memengaruhi distribusi panas dan kedalaman penetrasi. Keempat, gas berpengaruh terhadap jumlah percikan (spatter) dan kualitas permukaan hasil las. Dengan demikian, pemilihan gas yang tepat tidak hanya meningkatkan kualitas sambungan, tetapi juga meningkatkan produktivitas dan mengurangi kebutuhan pekerjaan ulang (rework).
Kategori BEST, GOOD, LTD (Limited), dan NO, menunjukkan tingkat kecocokan suatu gas terhadap kombinasi proses dan material tertentu. Pendekatan ini memudahkan pengguna dalam menentukan pilihan tanpa harus menghafal seluruh karakteristik masing-masing gas.
Shielding Gas untuk GTAW (TIG)
Pada proses GTAW atau TIG (Process 141), gas pelindung memegang peranan yang sangat penting karena elektroda tungsten tidak ikut mencair. Oleh sebab itu, kualitas perlindungan terhadap busur dan logam cair harus benar-benar optimal.
Untuk carbon steel, pure argon (Ar) merupakan pilihan terbaik karena menghasilkan busur yang stabil, mudah dikendalikan, dan memberikan hasil las yang bersih. Campuran argon-helium juga dapat digunakan, terutama untuk meningkatkan input panas pada material yang lebih tebal.
Pada stainless steel, pure argon tetap menjadi pilihan utama. Argon memberikan perlindungan yang baik terhadap oksidasi serta membantu mempertahankan ketahanan korosi material. Campuran argon-helium dapat digunakan apabila diperlukan penetrasi yang lebih dalam.
Untuk aluminium, terutama pada pengelasan AC, pure argon juga direkomendasikan karena menghasilkan efek cleaning action yang baik. Campuran argon-helium digunakan apabila ketebalan material meningkat sehingga diperlukan energi panas yang lebih besar.
Pada material seperti titanium dan nickel alloys, pure argon menjadi pilihan terbaik karena kedua material sangat sensitif terhadap kontaminasi atmosfer. Titanium bahkan memerlukan perlindungan tambahan pada bagian belakang sambungan melalui proses back purging.
Sementara itu, untuk copper alloys, campuran argon-helium lebih disarankan dibandingkan argon murni karena tembaga memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga membutuhkan panas lebih besar untuk memperoleh penetrasi yang memadai.
Pada duplex stainless steel, poster menunjukkan bahwa campuran argon dengan nitrogen dalam jumlah kecil memberikan hasil terbaik karena membantu menjaga keseimbangan fase austenit dan ferit selama pendinginan.
Shielding Gas untuk GMAW (MIG-MAG)
Berbeda dengan TIG, proses GMAW menggunakan kawat elektroda yang terus diumpankan sehingga karakteristik gas juga harus mempertimbangkan transfer logam (metal transfer).
Untuk carbon steel dengan short circuit transfer, campuran argon dan karbon dioksida sekitar 5–18% CO₂ merupakan pilihan terbaik. Campuran ini menghasilkan busur yang stabil, penetrasi yang cukup, serta percikan yang relatif rendah.
Pada spray transfer, campuran argon dan CO₂ juga menjadi pilihan utama karena mampu menghasilkan transfer logam yang halus tanpa hubungan singkat (short circuit). Penggunaan CO₂ murni pada spray transfer tidak direkomendasikan karena menghasilkan percikan tinggi dan busur yang kurang stabil.
Untuk pulsed transfer, campuran argon dengan sedikit oksigen atau CO₂ sering digunakan untuk memperoleh kestabilan busur sekaligus mempertahankan kualitas permukaan las.
Pada HSLA (High Strength Low Alloy Steel), campuran argon dan CO₂ tetap menjadi pilihan terbaik karena memberikan keseimbangan antara kekuatan sambungan dan produktivitas.
Untuk austenitic stainless steel, campuran argon dengan sedikit CO₂ (kurang dari sekitar 2%) direkomendasikan agar oksidasi tetap rendah sehingga ketahanan korosi material tidak menurun.
Pada duplex stainless steel, campuran argon dengan nitrogen menjadi pilihan terbaik karena nitrogen membantu mempertahankan struktur mikro duplex.
Sedangkan aluminium hampir selalu menggunakan pure argon atau campuran argon-helium karena karbon dioksida tidak dapat digunakan pada material ini akibat menyebabkan oksidasi berlebihan.
Shielding Gas pada FCAW
Flux Cored Arc Welding terbagi menjadi dua jenis, yaitu FCAW-G yang menggunakan gas pelindung eksternal dan FCAW-S yang bersifat self-shielded.
Pada carbon steel FCAW-G, campuran argon dan karbon dioksida sekitar 20–25% CO₂ merupakan pilihan terbaik karena memberikan penetrasi yang baik sekaligus mempertahankan stabilitas busur. Pure CO₂ juga masih dapat digunakan, terutama pada aplikasi konstruksi baja, meskipun menghasilkan percikan yang lebih tinggi.
Untuk low alloy steel, rekomendasinya hampir sama, yaitu menggunakan campuran argon dan CO₂ dengan kandungan CO₂ yang lebih tinggi agar diperoleh penetrasi yang cukup.
Pada stainless steel FCAW, campuran argon dengan sedikit oksigen sekitar 1–5% menjadi pilihan terbaik karena mampu meningkatkan kestabilan busur tanpa mengurangi ketahanan korosi material secara signifikan.
Back Purge atau Root Protection
Selain melindungi bagian depan sambungan, beberapa material memerlukan perlindungan tambahan pada sisi belakang sambungan melalui proses back purging. Teknik ini bertujuan mencegah oksidasi akar las (root oxidation) yang dapat menurunkan kualitas sambungan.
Untuk carbon steel, pure argon merupakan pilihan terbaik, meskipun pada beberapa aplikasi sederhana back purge tidak selalu diperlukan.
Pada stainless steel, penggunaan argon murni sangat dianjurkan agar permukaan akar las tetap bersih dan tidak mengalami oksidasi berwarna hitam (sugaring).
Untuk duplex stainless steel, campuran argon dan nitrogen sering dipilih karena membantu menjaga keseimbangan struktur mikro.
Sementara itu, titanium memerlukan perlindungan argon secara penuh. Bahkan sedikit kontaminasi oksigen dapat menyebabkan perubahan warna serta menurunkan sifat mekanik material secara drastis.
Karakteristik Berbagai Jenis Gas
Pure Argon menghasilkan stabilitas busur yang sangat baik, percikan sangat rendah, namun penetrasinya relatif dangkal. Gas ini menjadi pilihan utama untuk TIG, aluminium, stainless steel, dan titanium.
Argon-Helium menghasilkan penetrasi terdalam karena helium meningkatkan energi panas busur. Campuran ini sangat cocok untuk material dengan konduktivitas panas tinggi seperti tembaga dan aluminium tebal.
Argon-CO₂ (5–18%) menawarkan keseimbangan antara penetrasi, stabilitas busur, dan jumlah percikan. Oleh karena itu, campuran ini menjadi standar industri untuk pengelasan baja karbon menggunakan MIG.
Argon-CO₂ (20–25%) memberikan penetrasi yang lebih dalam dibandingkan campuran CO₂ rendah, namun menghasilkan sedikit lebih banyak percikan.
CO₂ murni merupakan gas yang paling ekonomis dan menghasilkan penetrasi sangat dalam, tetapi stabilitas busurnya lebih rendah serta menghasilkan spatter paling tinggi. Oleh sebab itu, CO₂ banyak digunakan pada pekerjaan konstruksi dengan prioritas produktivitas dibandingkan penampilan hasil las.
Argon-Oksigen meningkatkan kestabilan busur pada stainless steel, sedangkan Argon-Nitrogen terutama digunakan untuk duplex stainless steel guna menjaga keseimbangan fase.
Pemilihan Gas Berdasarkan Material
Secara praktis, pemilihan gas dapat dirangkum sebagai berikut:
- Baja karbon umumnya menggunakan campuran argon dan CO₂.
- Stainless steel menggunakan argon murni atau argon dengan sedikit CO₂ maupun O₂.
- Aluminium menggunakan argon murni atau argon-helium.
- Titanium memerlukan argon murni dengan back purge.
- Duplex stainless steel menggunakan campuran argon dan nitrogen.
- Tembaga lebih cocok menggunakan argon-helium.
Kesimpulan
Shielding gas merupakan salah satu faktor penentu keberhasilan proses pengelasan. Pemilihan gas yang tepat akan menghasilkan busur listrik yang stabil, penetrasi sesuai kebutuhan, percikan minimal, serta kualitas sambungan yang memenuhi standar. Pure argon tetap menjadi pilihan utama untuk TIG dan material reaktif seperti aluminium, stainless steel, titanium, serta nickel alloy. Pada MIG dan FCAW untuk baja karbon, campuran argon dan karbon dioksida memberikan kombinasi terbaik antara kualitas dan produktivitas. Untuk aplikasi khusus seperti duplex stainless steel dan titanium, penggunaan nitrogen atau back purging menjadi sangat penting guna menjaga struktur mikro dan ketahanan korosi. Dengan memahami karakteristik masing-masing gas pelindung serta kesesuaiannya terhadap material dan proses, seorang welding engineer dapat mengoptimalkan kualitas hasil las sekaligus meningkatkan efisiensi dan keandalan operasi fabrikasi.
