Mengimpal, atau pengelasan, adalah proses manufaktur krusial yang digunakan untuk menyatukan dua atau lebih material—biasanya logam atau termoplastik—dengan cara menyebabkan koalesensi. Proses ini biasanya dicapai dengan memanfaatkan panas tinggi untuk melebur bagian-bagian material tersebut bersama-sama, dan sering kali melibatkan penambahan material pengisi (filler material) untuk membentuk sambungan yang kuat setelah pendinginan.
Dalam konteks industri modern, mengimpal adalah tulang punggung konstruksi, perkapalan, otomotif, penerbangan, dan hampir setiap sektor teknik. Keberhasilan suatu proyek sering kali bergantung pada integritas sambungan las yang dibentuk. Teknik ini jauh lebih kompleks daripada sekadar memanaskan logam; ia melibatkan pemahaman mendalam tentang metalurgi, termodinamika, dan teknik material.
Ilustrasi dasar menunjukkan pembentukan sambungan melalui busur listrik (fusi).
Proses mengimpal dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori besar berdasarkan apakah material dilebur atau tidak:
Melibatkan peleburan material dasar dan material pengisi (jika ada) di lokasi sambungan. Ini adalah bentuk pengimpalan yang paling umum.
Proses penyambungan yang terjadi di bawah suhu lebur material. Koalesensi dicapai melalui tekanan tinggi dan difusi atomik, tanpa peleburan atau penambahan material pengisi.
Keselamatan adalah aspek yang tidak dapat ditawar dalam setiap operasi mengimpal. Risiko yang dihadapi pengimpal meliputi sengatan listrik, paparan radiasi (sinar UV/IR), kebakaran, ledakan, dan inhalasi asap beracun. Pemahaman dan penerapan prosedur K3 yang ketat adalah wajib.
Sengatan listrik adalah risiko terbesar, terutama pada proses busur listrik. Tegangan rangkaian terbuka pada mesin las dapat berkisar antara 40 hingga 100 volt. Kelembaban, pakaian basah, atau kontak langsung dengan logam yang diarde dapat mematikan.
Busur listrik menghasilkan radiasi ultraviolet (UV), inframerah (IR), dan cahaya tampak intensitas tinggi. Paparan langsung dapat menyebabkan "flash burn" pada mata (konjungtivitis) dan kulit. Radiasi UV juga dapat menyebabkan kanker kulit jangka panjang.
Asap las dihasilkan dari peleburan material dasar, material pengisi, dan fluks pelapis. Asap ini sering mengandung partikel oksida logam (seperti mangan, kromium, nikel, dan seng) yang berbahaya jika terhirup. Gas pelindung seperti Argon atau CO2 juga dapat menggantikan oksigen di ruang tertutup, menyebabkan asfiksia.
Alat Pelindung Diri (APD) utama: Helm las, esensial untuk melindungi dari sinar UV dan partikel panas.
Ada berbagai metode pengimpalan yang dikembangkan untuk mengakomodasi jenis material, ketebalan, dan persyaratan kekuatan yang berbeda. Tiga proses busur listrik (Arc Welding) berikut adalah yang paling dominan di industri.
SMAW, atau Las Busur Listrik Manual, adalah proses pengimpalan tertua dan paling serbaguna. Ia menggunakan elektroda habis pakai yang dilapisi fluks. Busur listrik terbentuk antara elektroda dan material dasar. Fluks meleleh, menghasilkan gas pelindung dan terak (slag) yang melindungi kolam las dari kontaminasi atmosfer.
GMAW (sering disebut MIG - Metal Inert Gas atau MAG - Metal Active Gas) menggunakan kawat elektroda padat yang diumpankan secara otomatis dan kontinyu melalui pistol las. Kolam las dilindungi oleh gas pelindung eksternal (biasanya campuran Argon dan CO2).
GTAW (sering disebut TIG - Tungsten Inert Gas) menggunakan elektroda tungsten non-habis pakai untuk menghasilkan busur listrik. Material pengisi ditambahkan secara manual atau otomatis jika diperlukan. Kolam las dilindungi 100% oleh gas inert murni (biasanya Argon atau Helium).
Prinsip dasar pengimpalan busur gas (GMAW/GTAW), menekankan pentingnya gas pelindung.
FCAW adalah hibrida antara SMAW dan GMAW. Ia menggunakan elektroda tubular (kawat) yang berisi fluks di dalamnya. Fluks ini menyediakan perlindungan gas dan terak, mirip dengan SMAW.
SAW adalah proses pengimpalan otomatis atau semi-otomatis di mana busur listrik sepenuhnya terendam di bawah lapisan granular fluks. Fluks ini menyediakan perlindungan gas, menahan panas, dan memurnikan logam las. Proses ini sangat cepat dan menghasilkan kualitas lasan yang luar biasa.
Integritas sambungan las ditentukan oleh perubahan metalurgi yang terjadi saat logam dipanaskan hingga melebur dan kemudian didinginkan. Memahami Metalurgi Pengimpalan (Weld Metallurgy) sangat penting untuk mencegah kegagalan struktural.
HAZ adalah area material dasar yang tidak melebur tetapi mengalami pemanasan yang cukup tinggi untuk mengubah struktur mikro dan sifat mekaniknya. Perubahan ini sering kali merupakan titik lemah pada sambungan las.
Siklus termal mengacu pada kurva suhu-waktu yang dialami material di setiap titik saat pengimpalan berlangsung. Parameter pengimpalan (ampere, voltase, kecepatan travel) sangat memengaruhi siklus termal:
Setiap jenis logam memiliki tantangan metalurginya sendiri saat diimpal:
Masalah utama adalah retak hidrogen dingin (Cold Cracking). Hidrogen yang terperangkap dalam lasan, dikombinasikan dengan tegangan sisa dan struktur martensit yang rentan, dapat menyebabkan retak setelah pendinginan. Solusinya melibatkan pemanasan awal (preheating) dan penggunaan elektroda rendah hidrogen (low-hydrogen electrodes, seperti E7018).
Mengimpal stainless steel melibatkan kontrol kandungan ferit dalam lasan untuk mencegah keretakan panas (Hot Cracking). Selain itu, pemanasan berlebih dapat menyebabkan sensitasi (sensitization), di mana kromium karbida mengendap di batas butir, mengurangi ketahanan korosi.
Aluminium memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi dan titik lebur yang relatif rendah. Tantangan utama adalah lapisan oksida yang memiliki titik lebur jauh lebih tinggi, serta penyerapan hidrogen yang menyebabkan porositas. Biasanya diatasi dengan menggunakan arus AC pada TIG dan pembersihan mekanis yang ketat.
Cacat las adalah diskontinuitas atau penyimpangan dari geometri yang diinginkan yang dapat mengurangi integritas sambungan. Identifikasi, pencegahan, dan perbaikan cacat adalah tugas inti seorang inspektur dan pengimpal profesional.
Retak adalah jenis cacat yang paling serius karena dapat menyebar dengan cepat di bawah tegangan dan menyebabkan kegagalan katastrofik.
Untuk memastikan sambungan las memenuhi kode dan standar yang disyaratkan (misalnya ASME, API, AWS), diperlukan metode pengujian dan inspeksi. Metode ini dibagi menjadi dua kategori: Pengujian Tak Merusak (NDT) dan Pengujian Merusak (DT).
Metode ini memungkinkan inspeksi sambungan tanpa merusak atau mengubah fungsinya.
Pemeriksaan paling mendasar dan penting. Meliputi pemeriksaan profil sambungan, adanya undercut, porosity permukaan, dan kesesuaian dimensi sebelum, selama, dan setelah pengimpalan. Inspeksi visual yang baik dapat mendeteksi hingga 80% cacat.
Digunakan untuk mendeteksi cacat terbuka ke permukaan (seperti retak, porositas permukaan). Cairan penetran diserap ke dalam cacat, kelebihan dibersihkan, dan kemudian diaplikasikan pengembang (developer) yang menarik penetran keluar, menampakkan cacat sebagai indikasi yang lebih besar.
Hanya efektif pada material feromagnetik (misalnya baja karbon). Medan magnet diterapkan pada area las, dan partikel besi halus (magnetik) disemprotkan. Jika ada cacat permukaan atau sub-permukaan, partikel akan berkumpul di sana karena kebocoran fluks magnetik.
Menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi yang dipancarkan melalui sambungan las. Gelombang suara akan dipantulkan kembali jika bertemu diskontinuitas (cacat). UT sangat efektif untuk mendeteksi cacat internal dan menentukan lokasi serta ukuran cacat secara presisi.
Menggunakan sinar-X atau sinar gamma. Radiasi menembus logam, dan cacat internal (seperti terak atau porositas) akan menghasilkan bayangan yang lebih gelap pada film atau detektor digital, karena cacat tersebut memiliki kepadatan yang lebih rendah daripada logam di sekitarnya. RT sangat baik untuk mendeteksi cacat volumetrik.
DT melibatkan pengambilan sampel lasan dan merusaknya untuk mengevaluasi sifat mekanik dan metalurgi. Biasanya digunakan untuk kualifikasi prosedur pengimpalan (WPS) dan kualifikasi pengimpal.
Kualitas lasan dalam proyek kritis tidak hanya bergantung pada keterampilan pengimpal, tetapi juga pada prosedur tertulis yang terstandardisasi. Dua dokumen utama adalah WPS dan PQR.
WPS adalah dokumen formal yang disiapkan oleh pabrikan atau kontraktor untuk memberikan instruksi yang diperlukan guna menghasilkan sambungan las yang memenuhi persyaratan kode. WPS mencakup semua parameter penting:
PQR adalah catatan aktual dari parameter yang digunakan saat mengimpal benda uji. Ini adalah bukti objektif bahwa prosedur yang diusulkan (WPS) mampu menghasilkan lasan yang memenuhi semua persyaratan mekanis yang disyaratkan kode setelah menjalani pengujian merusak (DT).
Setelah prosedur (WPS) dikualifikasi, pengimpal harus diuji untuk membuktikan bahwa mereka memiliki keterampilan manual yang diperlukan untuk mengikuti WPS tersebut. Kualifikasi pengimpal biasanya dinilai berdasarkan posisi pengimpalan, jenis sambungan, dan ketebalan material yang mereka ujikan.
Seiring berkembangnya teknologi, pengimpalan terus beradaptasi dengan kebutuhan industri canggih, seperti penanganan logam eksotis dan penggunaan otomatisasi.
Titanium sangat reaktif terhadap oksigen, nitrogen, dan hidrogen pada suhu tinggi. Oleh karena itu, mengimpal titanium memerlukan perlindungan gas yang sangat ketat di semua sisi lasan (depan, belakang, dan HAZ) menggunakan kotak sarung tangan (purge box) atau trailing shield. GTAW adalah proses yang paling umum digunakan.
Digunakan di lingkungan korosif ekstrem dan suhu tinggi (misalnya, reaktor kimia, turbin). Paduan nikel rentan terhadap keretakan regangan (strain age cracking). Kontrol input panas sangat penting.
Mengimpal besi cor sangat sulit karena kandungan karbonnya yang tinggi, menyebabkan pembentukan struktur martensit yang rapuh dan retak. Proses perbaikan sering melibatkan pemanasan awal yang ekstensif (hingga 600°C) dan penggunaan elektroda nikel untuk kompensasi tegangan susut.
Robotika pengimpalan telah merevolusi industri manufaktur, meningkatkan kecepatan, konsistensi, dan mengurangi biaya tenaga kerja. Sistem robotik paling sering menggunakan GMAW dan SAW karena sifatnya yang otomatis (umpan kawat kontinu).
Pemilihan proses pengimpalan tidak hanya berdasarkan kualitas yang dibutuhkan, tetapi juga pertimbangan biaya. Biaya total terdiri dari biaya peralatan, biaya material habis pakai, dan biaya tenaga kerja.
Teknik mengimpal terus berkembang, didorong oleh kebutuhan untuk menyambung material baru (seperti komposit logam matriks dan paduan ultra-kekuatan tinggi) dan peningkatan tuntutan lingkungan kerja yang aman dan efisien. Fokus saat ini beralih ke sumber energi yang lebih terfokus (seperti laser dan berkas elektron) untuk meminimalkan input panas dan HAZ, serta integrasi kecerdasan buatan (AI) untuk pengawasan kualitas real-time.
Mengimpal adalah disiplin ilmu yang menuntut kombinasi keterampilan manual, pengetahuan metalurgi yang mendalam, dan komitmen yang tak tergoyahkan terhadap keselamatan. Sebagaimana struktur fisik dunia kita dibangun oleh sambungan las, integritas dan kemajuan teknik ini akan terus membentuk masa depan konstruksi dan manufaktur global.
Para praktisi harus terus memperbarui sertifikasi dan pengetahuan mereka, terutama karena kode dan standar pengimpalan (seperti ASME Boiler and Pressure Vessel Code) terus mengalami revisi untuk mencerminkan material dan teknologi pengujian terbaru. Pemahaman holistik terhadap teori, proses, dan dampaknya pada metalurgi material adalah kunci untuk mencapai sambungan yang tidak hanya kuat, tetapi juga tahan lama dan aman secara struktural.
Distorsi adalah perubahan bentuk (warpage) yang terjadi pada material setelah pengimpalan akibat kontraksi dan ekspansi termal yang tidak merata. Distorsi dapat merusak toleransi dimensional struktur.
Pemilihan elektroda adalah keputusan metalurgi yang krusial. Klasifikasi AWS untuk elektroda SMAW (misalnya E6010, E7018) adalah kode universal yang dipahami oleh insinyur dan pengimpal.
Elektroda rendah hidrogen (seperti E7018) harus disimpan dalam oven pengering (holding oven) pada suhu yang ditentukan untuk mencegah penyerapan kelembaban. Kelembaban akan terurai menjadi hidrogen di busur, yang merupakan penyebab utama retak dingin pada baja.
Menggunakan sinar laser yang sangat terfokus sebagai sumber panas. Menghasilkan lasan yang sangat sempit dan dalam (keyhole effect), dengan HAZ yang minimal. Ideal untuk suku cadang presisi dan paduan berkinerja tinggi dalam kedirgantaraan.
Menggunakan berkas elektron berkecepatan tinggi dalam ruang vakum. Menawarkan kontrol energi yang luar biasa, menghasilkan lasan berkualitas sangat tinggi, tetapi prosesnya mahal karena persyaratan vakum.
Proses solid-state (tanpa peleburan) yang menggunakan alat berputar non-habis pakai untuk mencampur material dasar secara mekanis. Sangat efektif untuk mengimpal paduan aluminium yang sulit (seri 2000 dan 7000) dan mengurangi distorsi secara drastis.
Kualitas lasan adalah hasil dari kontrol ketat atas banyak variabel simultan:
Industri pengimpalan saat ini menghadapi tantangan untuk mengurangi jejak karbonnya. Proses-proses baru bertujuan untuk meningkatkan efisiensi energi (misalnya, teknologi inverter) dan mengurangi penggunaan bahan habis pakai beracun. Penelitian berfokus pada pengembangan material pengisi yang lebih ramah lingkungan dan sistem filtrasi udara yang lebih efektif untuk perlindungan K3, memastikan profesi mengimpal tetap berkelanjutan dan aman bagi generasi mendatang.
Peningkatan kebutuhan akan infrastruktur kritis—seperti jaringan pipa gas, jembatan berkapasitas tinggi, dan pembangkit listrik terbarukan—menuntut pengimpal yang tidak hanya terampil dalam mengoperasikan mesin, tetapi juga berpengetahuan luas tentang kode standar internasional, analisis kegagalan, dan optimasi prosedur metalurgi untuk menghasilkan sambungan yang tahan terhadap tekanan lingkungan dan operasional selama puluhan tahun.
Dengan demikian, mengimpal melampaui sekadar pekerjaan manual; ini adalah gabungan keahlian teknik sipil, mekanik, dan metalurgi yang menjadi landasan dunia modern yang terhubung dan terstruktur.