Cara Mengatasi Residual Stress dan Distorsi Welding dengan Simulasi FEA Ansys Mechanical

Muhammad Revaldy Argapermana
04:30 MINS
December 8, 2025

Welding merupakan salah satu proses penting dari berbagai sektor engineering pada industri manufaktur. Melalui welding, engineer dapat dengan mudah menyatukan logam/metal. Namun, welding engineer perlu memahami beberapa risiko seperti residual stress dan distorsi. Untungnya, kini software simulasi FEA (Finite Element Analysis) dari Ansys Mechanical dapat menjadi solusi dari risiko tersebut. Sehingga engineer dapat melakukan mitigasi awal agar proses welding berjalan lancer.

Penasaran bagaimana cara Ansys Mechanical mengatasi residual stress dan distorsi pada welding? Simak penjelasan lebih lengkap di bawah ini.

Apa itu Residual Stress dan Distorsi dalam Welding?

Residual stress adalah tegangan internal yang tertinggal di dalam material setelah proses pengelasan selesai, meskipun tidak ada beban eksternal yang diberikan.

Ketika proses welding berlangsung, material mengalami pemanasan ekstrem di area las dan kemudian pendinginan cepat. Perbedaan laju pemuaian dan penyusutan antara area panas (heat-affected zone) dan bagian yang tetap dingin menciptakan tegangan internal yang tidak merata.

Sementara distorsi adalah perubahan bentuk (deformasi) pada komponen akibat ketidakseimbangan panas saat proses pengelasan. Beberapa penyebab utamanya:

Distribusi temperatur yang tidak merata

Area las memanas sangat cepat hingga ratusan derajat, sedangkan bagian lain tetap dingin.
Ketidakseragaman ini menimbulkan kontraksi dan ekspansi yang berbeda di setiap titik.

Heat input terlalu besar

Semakin besar energi panas yang masuk, semakin luas zona yang mengalami pemuaian.

Konstruksi atau geometri komponen

Komponen tipis, panjang, atau tidak simetris jauh lebih mudah mengalami distorsi.

Urutan pengelasan yang tidak tepat

Weld pass yang salah urut dapat menyebabkan penumpukan panas dan perubahan bentuk berlebih.

Minimal atau tanpa preheating

Preheat membantu menstabilkan gradien panas, sehingga tanpa preheat risiko distorsi meningkat.

Mari Pahami Juga Laser Welding

Laser Welding merupakan proses pengelasan yang menggunakan sinar laser berenergi tinggi sebagai sumber panas untuk meleburkan logam. Dua logam yang terkena sinar laser akan menyatu sehingga tercipta area pengelasan.

Pada akhirnya, kekuatan utama dari laser welding bukan hanya pada konsentrasi panasnya, tetapi pada bagaimana panas tersebut berpindah dan hilang dalam hitungan detik. Di sinilah analisis transient thermal menjadi sangat penting—karena hanya pendekatan berbasis waktu yang mampu menangkap dinamika pemanasan dan pendinginan ekstrem yang terjadi selama proses laser welding.

Mengerti Transient Thermal

Transient Thermal adalah perpindahan panas sementara yang terjadi sebelum sistem mencapai kondisi lunak. Transient thermal digunakan untuk memodelkan respons dari suatu sistem saat benda dipanaskan atau didinginkan secara tiba-tiba.

Dapat dikatakan, fase ini suhu dan laju perpindahan panas tidak terjadi secara konstan diakibatkan adanya perubahan yang mendadak. Di antaranya seperti perubahan kondisi batas atau beban.

Dengan menggunakan metode transient thermal, perubahan suhu dan distribusi temperatur saat proses welding dapat disimulasikan. Kemudian, dapat digunakan sebagai kondisi batas atau beban yang menyebabkan munculnya residual stress sehingga distorsi terjadi.

Ansys Mechanical: Simulasi FEA untuk Mengatasi Risiko Welding

Ansys Mechanical menyediakan serangkaian alat simulasi komprehensif yang membantu para engineer untuk mendesain, menguji, dan mengoptimalkan proses welding dengan akurat.

Dengan welding toolbox di dalamnya, engineer dapat memodelkan simulasi proses welding dengan tipe apapun. Salah satunya adalah laser welding. Dengan welding toolbox, engineer dapat memodelkan proses terbentuknya material baru hasil welding (menggunakan element birth and death atau disebut material decomposition).

Selain itu, engineer dapat memodelkan single pass atau multi pass welding dengan kecepatan welding torech yang dapat disesuaikan. Hasilnya, berupa distribusi temperatur akibat dari proses welding tersebut. Setelah itu, dapat digunakan sebagai pembebanan untuk analisis stress dan deformasi akibat dari proses welding.

b. Image result of a physical camera, whose lens stack has a crack of width- 0.1mm:

c. Results of a physical camera, whose lens stack has a crack of width- 0.01mm:

Gambar 1. Distribusi temperatur akibat dari proses welding

Gambar 2. Welding penetration untuk melihat efektivitas lelehan material

Semua alat yang disediakan membantu analisis lebih rinci dari sistem yang kompleks untuk melihat residual stress dan distorsi.

Berikut adalah beberapa aspek yang perlu didefinisikan untuk melakukan simulasi proses welding menggunakan Ansys Mechanical:

1. Kondisi Batas

Penentuan kondisi batas dan pembebanan akan sangat merepresentasikan keadaan nyata dari proses welding.

2. Kecepatan Proses Welding

Mengatur dan mendefinisikan kecepatan pengelasan diperlukan untuk memperoleh hasil simulasi pengelasan yang sesuai dengan keadaan nyata. Selain itu, pendefinisian waktu akhir pemanasan dan temperatur leleh diperlukan untuk memperoleh simulasi yang sesuai.

3. Koefisien konveksi

Koefisien konveksi diperlukan untuk memodelkan distribusi temperatur saat proses welding dilakukan.

Hasil dari simulasi dengan metode thermal transient digunakan sebagai kondisi batas dan pembebanan pada analisis stress. Tujuannya untuk melihat residual stress dan distorsi yang terjadi saat proses welding.

Dengan engineer dapat mengetahui bagaimana residual stress dan distorsi yang terjadi, tentunya akan memudahkan welding engineer untuk memitigasi kegagalan yang terjadi saat welding dilakukan.

Gambar 3. Maximum stress yang terjadi saat proses welding berlangsung

Gambar 4. Deformasi yang terjadi akibat dari residual stress yang berlebih

Gambar 5. Residual stress yang terjadi pada beberapa titik welding

Kesimpulan

Dengan Ansys Mechanical, engineer dapat memahami proses welding secara lebih menyeluruh—mulai dari aliran panas, perubahan temperatur, residual stress, hingga potensi deformasi dan kedalaman penetrasi. Solusi ini juga mendukung analisis transient thermal, analisis struktural, serta coupled transient sehingga pengambilan keputusan desain menjadi lebih akurat dan efisien.