DASAR-DASAR PENGELASAN Bab ini menjelaskan mengenai proses-proses pengelasan yang banyak dipakai oleh berbagai perusahaan, beserta keunggulan, kelemahan, dan masing-masing aplikasinya. Kemudian dijelaskan juga mengenai disain sambungan dan jenis-jenis sambungan. Komposisi logam las juga diterangkan, diterangkan, termasuk cara penyimpanan penyimpanan dan penanganan penanganan kawat las. Bab ini juga menjelaskan mengenai preheat, alasan melakukan preheat dan metode yang dipergunakan. Ada penjelasan khusus mengenai tujuan melakukan postweld heat treatment, pemotongan dengan oxyfuel gas serta pemotongan dengan mempergunakan busur logam. 1.1.0. PROSES-PROSES PENGELASAN
Las busur adalah suatu proses pengelasan dimana panas dihasilkan oleh busur listrik diantara elektroda dengan benda kerja. Pada pengelasan dengan arus DC, benda kerja dihubungkan dengan kutub negatif dan elektroda dengan kutub positif, sedangkan pada pengelasan dengan polaritas lurus, benda kerja dihubungkan dengan kutub positif dan elektroda dengan kutub negatif. Proses-proses pengelasan yang dibicarakan disini adalah: 1. Shielded metal arc welding (SMAW). 2. Gas tungsten arc welding (GTAW). 3. Gas metal arc welding (GMAW). 4. Flux cored arc welding (FCAW). 5. Submerged arc welding (SAW). 6. Electroslag welding (ESW) dan electrogas welding (EGW). 7. Stud welding (SW). 8. Oxyfuel gas welding (OFW), braze welding dan brazing. 9. Cadwelding. 1.1.1. Shielded Metal Arc Welding
SMAW adalah proses las busur manual dimana panas pengelasan dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda terumpan berpelindung flux dengan benda kerja. Gambar 100-1 memperlihatkan bentuk rangkaian pengelasan SMAW. Gambar 100-1. Bentuk Rangkaian Pengelasan SMAW Bagian ujung elektroda, busur, cairan logam las dan daerah-daerah yang berdekatan dengan benda kerja, dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh gas pelindung yang terbentuk dari hasil
pembakaran lapisan pembungkus elektroda. Perlindungan tambahan untuk cairan logam las diberikan oleh cairan flux atau slag yang terbentuk. Filler metal atau logam tambahan disuplai oleh inti kawat elektroda terumpan, atau pada elektroda-elektroda tertentu juga berasal dari serbuk besi yang dicampur dengan lapisan pembungkus elektroda. Gambar 100-2 memperlihatkan prinsip dasar proses SMAW. Gambar 100-2. Proses Pengelasan SMAW Keuntungan
SMAW adalah proses las busur paling sederhana dan paling serba guna. Karena sederhana dan mudah dalam mengangkut peralatan dan perlengkapannya, membuat proses SMAW ini mempunyai aplikasi luas mulai dari refinery piping hingga pipelines, dan bahkan untuk pengelasan di bawah laut guna memperbaiki struktur anjungan lepas pantai. SMAW bisa dilakukan pada berbagai posisi atau lokasi yang bisa dijangkau dengan sebatang elektroda. Sambungan-sambungan pada daerah dimana pandangan mata terbatas masih bisa di las dengan cara membengkokkan elektroda. Proses SMAW digunakan untuk mengelas berbagai macam logam ferrous dan non ferrous, termasuk baja carbon dan baja paduan rendah, stainless steel, paduan-paduan nikel, cast iron, dan beberapa paduan tembaga. Kelemahan
Meskipun SMAW adalah proses pengelasan dengan daya guna tinggi, proses ini mempunyai beberapa karakteristik dimana laju pengisiannya lebih rendah dibandingkan proses pengelasan semi-otomatis atau otomatis. Panjang elektroda tetap dan pengelasan mesti dihentikan setelah sebatang elektroda terbakar habis. Puntung elektroda yang tersisa terbuang, dan waktu juga terbuang untuk mengganti – mengganti – ganti ganti elektroda. Slag atau terak yang terbentuk harus dihilangkan dari lapisan las sebelum lapisan berikutnya didepositkan. Langkah-langkah ini mengurangi efisiensi pengelasan hingga sekitar 50 %. Asap dan gas yang terbentuk merupakan masalah, sehingga diperlukan ventilasi memadai pada pengelasan di dalam ruang tertutup. Pandangan mata pada kawah las agak terhalang oleh slag pelindung dan asap yang menutupi endapan logam. Dibutuhkan juru las yang sangat terampil untuk dapat menghasilkan pengelasan berkualitas radiography apabila mengelas pipa atau plat hanya dari arah satu sisi. 1.1.2. Gas Tungsten Arc Welding
Pada pengelasan dengan proses GTAW, panas dihasilkan dari busur yang terbentuk dalam perlindungan inert gas (gas mulia) antara elektroda tidak terumpan dengan benda kerja. GTAW mencairkan daerah benda kerja di bawah busur tanpa elektroda tungsten itu sendiri ikut meleleh. Gambar 100-3 memperlihatkan peralatan untuk proses GTAW. Proses ini bisa dikerjakan secara manual atau otomatis. GTAW disebut juga dengan Heliarc yaitu istilah yang berasal dari merek dagang Linde Company atau Tig (tungsten inert gas). Filler metal ditambahkan ke dalam daerah
las dengan cara mengumpankan sebatang kawat polos. Teknik pengelasan sama dengan yang dipakai pada oxyfuel gas welding atau OAW, tetapi busur dan kawah las GTAW dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh selimut inert gas, biasanya argon, helium atau campuran keduanya. Inert gas disemburkan dari torch dan daerah-daerah disekitar elektroda tungsten. Hasil pengelasan dengan proses GTAW mempunyai permukaan halus, tanpa slag dan kandungan hydrogen rendah. Gambar 100-3. Peralatan Pada Pengelasan GTAW Jenis lain proses GTAW adalah pulsed GTAW, dengan menggunakan sumber listrik yang membuat arus pengelasan pulsasi. Hal ini membuat arus rata-rata menjadi lebih tinggi untuk mendapatkan penetrasi dan kontrol kawah las yang lebih baik, terutama untuk pengelasan root pass. Pulsed GTAW terutama bermanfaat untuk pengelasan pipa posisi-posisi sulit pada stainless steel dan non ferrous material seperti paduan nikel. GTAW sudah diaplikasikan juga untuk pengelasan otomatis. Otomatisasi proses ini membutuhkan sumber listrik dan pengontrolan terprogram, sistim pengumpanan kawat dan mesin pemandu gerak. Proses ini sudah digunakan untuk membuat las sekat pada tube-totubesheet bermutu tinggi dan las tumpul pada pipa-pipa heat exchanger . Butt weld pada pipa tebal diameter besar pada pembangkit tenaga listrik, merupakan keberhasilan lain dari aplikasi GTAW otomatis. GTAW menggunakan pengumpanan kawat otomatis disebut juga dengan cold wire TIG. Jenis lain dari pengelasan GTAW otomatis disebut hot wire TIG, yang dikembangkan untuk menyaingi yang lain dengan laju deposit lebih tinggi. Pada hot wire TIG, kawat las mendapat tahanan panas yang berasal dari arus AC tegangan rendah untuk memperbesar laju pengisian. Keuntungan.
Proses GTAW menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada bahan-bahan ferrous dan non ferrous. Dengan teknik pengelasan yang tepat, semua pengotor yang berasal dari atmosfir dapat dihilangkan. Keuntungan utama dari proses ini yaitu, bisa digunakan untuk membuat root pass bermutu tinggi dari arah satu sisi pada berbagai jenis bahan. Oleh karena itu GTAW digunakan secara luas pada pengelasan pipa, dengan batasan arus mulai dari 5 hingga 300 amp, menghasilkan kemampuan lebih besar untuk mengatasi masalah pada posisi sambungan yang berubah-ubah seperti celah akar. Sebagai contoh, pada pipa tipis (dibawah 0,20 inci) dan logamlogam lembaran, arus bisa diatur cukup rendah sehingga pengendalian penetrasi dan pencegahan terjadinya terbakar tembus ( burnt through) lebih mudah dari pada pengerjaan dengan proses menggunakan elektroda terbungkus. Kecepatan gerak yang lebih rendah dibandingkan dengan SMAW akan memudahkan pengamatan sehingga lebih mudah dalam mengendalikan logam las selama pengisian dan penyatuan. Kelemahan.
Kelemahan utama proses las GTAW yaitu laju pengisian lebih rendah dibandingkan dengan proses las lain umpamanya SMAW. Disamping itu, GTAW butuh kontrol kelurusan sambungan yang lebih ketat, untuk menghasilkan pengelasan bermutu tinggi pada pengelasan dari arah satu
sisi. GTAW juga butuh kebersihan sambungan yang lebih baik untuk menghilangkan minyak, grease, karat, dan kotoran-kotoran lain agar terhindar dari porosity dan cacat-cacat las lain. GTAW harus dilindungi secara berhati-hati dari kecepatan udara di atas 5 mph untuk mempertahankan perlindungan inert gas di atas kawah las. Aplikasi pada pekerjaan.
GTAW mempunyai keunggulan pada pengelasan pipa – pipa – pipa pipa tipis dan tubing stainless steel diameter kecil, paduan nikel, paduan tembaga dan aluminum. Pada pengelasan pipa dinding tebal, GTAW sering kali dipakai pada root pass untuk pengelasan yang membutuhkan kualitas tinggi, seperti pada pipa-pipa tekanan tinggi dan temperatur tinggi dan pipa-pipa belokan pada dapur pemanas. GTAW juga digunakan pada root pass apabila membutuhkan permukaan dalam yang licin, seperti pada pipa-pipa dalam acid service. Karena ada perlindungan inert gas terhadap pengelasan dan mudah dalam mengontrol proses las, membuat GTAW sering kali digunakan pada logam-logam reaktif seperti titanium dan magnesium. Pada pipa-pipa tipis, 0,125 inci atau kurang, bisa digunakan sambungan berbentuk persegi dan rapat. Root pass dikerjakan tanpa menambahkan filler metal (disebut dengan autogenous weld ). ). Pada pipa-pipa tebal, bagian ujung sambungan mesti dibevel, diluruskan dan diberi celah (disebut dengan bukaan akar), kemudian ditambahkan filler metal selama pengelasan root pass. Sebagai pengganti filler metal, bisa juga disisipkan consumable insert (ring penahan) ke dalam sambungan, yang nantinya bersatu dengan root (sebagai filler metal tambahan). Pengelasan dengan consumable insert membutuhkan kontrol kelurusan sambungan yang teliti. Backup Gas Purge.
Backup gas purge digunakan pada bahan-bahan yang sensitif terhadap kontaminasi udara pada sambungan-sambungan las tunggal yang tidak di backgouging. Backup gas perlu pada baja-baja chrome-moly chrome- moly tertentu (≥ 3 % chromium), stainless steel, paduan-paduan paduan -paduan nikel tinggi, paduan tembaga dan titanium. Gas purge tidak diperlukan pada pengelasan carbon steel atau low alloy steels apabila kandungan chromium kurang dari 3 %. Baik argon atau helium bisa digunakan sebagai purge gas. Pilihan lain bisa juga menggunakan nitrogen sebagai gas purge, untuk pengelasan austenitic stainless steel, tembaga dan paduan-paduan tembaga. Nitrogen tidak cocok pada bahan-bahan lain karena beraksi sebagai pengotor. Hasil terbaik pada stainless steel atau high nickel steel akan diperoleh apabila baja ini di purging sehingga kandungan oxygen kurang dari 1 %. Purging dengan empat hingga sepuluh kali volume yang diperlukan, dilakukan untuk mendapatkan secara relatif gas inert di udara. Apabila keberadaannya tidak tertentu berkaitan dengan kecukupan purge gas tersebut, bisa digunakan mine safety oxygen analyzer untuk memeriksa kandungan oxygen pada purge gas yang dikeluarkan dari daerah pengelasan. Gas purging pertama kali dilakukan dengan kecepatan aliran tinggi, misalnya 30 hingga 90 CFH untuk membilas sistim, kemudian diturunkan hingga 5 sampai 8 CFH pada proses pengelasan. Harus ada perhatian khusus untuk memastikan bahwa tekanan backup gas tidak berlebihan ketika
mengelas root pass, bila tidak logam las akan meleleh atau terbentuk cekungan pada akar las. Pembuangan yang memadai penting sekali untuk menghindarkan terbentuknya tekanan berlebihan selama proses pengelasan. Daerah pembuangan pada exhausting backup gas paling tidak harus sama dengan daerah terbuka yang dipakai untuk memuat backup gas ke system. Setelah selesai melakukan pengelasan pada root pass dan fill layer , backup gas purge bisa dihentikan. Jumlah fill layer yang dibutuhkan sebelum menghentikan gas purge tergantung dari tebal lapisan dan penetrasi. 1.1.3. Gas Metal Arc Welding
Proses las GMAW dikerjakan dengan mempergunakan elektroda solid atau tubular sesuai dengan komposisi diinginkan, yang diumpankan melalui suatu spool atau gulungan. Elektroda ini diumpankan secara kontinyu dari sebuah gun atau torch sambil mempertahankan busur yang terbentuk antara ujung elektroda dengan base metal. Gambar 100-4 memperlihatkan peralatan las GMAW, dan Gambar 100-5 menjelaskan proses kerjanya. Pengelasan GMAW disebut juga dengan MIG (metal inert gas). Singkatan MIG ini tidak lagi menjelaskan proses las GMAW, karena tidak semua gas pelindung yang dipakai oleh proses ini adalah gas inert. Di dalam pengelasan GMAW, elektroda umumnya berbentuk solid dan semua gas pelindung berasal dari sumber luar. Ada tiga jenis proses GMAW yang banyak dipakai yaitu: 1. Short-circuiting (GMAW-S). 2. Spray atau globular transfer GMAW. 3. Pulsed arc (GMAW-P). Gambar 100-4. Peralatan Las GMAW Gambar 100-5. Proses Kerja Pengelasan GMAW Short Circuiting (GMAW-S)
Short-circuiting atau hubungan singkat adalah suatu jenis transfer busur (disebut juga dengan short arc atau dip transfer). Pada GMAW jenis ini, cairan logam dari ujung kawat elektroda menyentuh genangan kawah las, sehingga terbentuk hubungan singkat. Pada awal siklus hubungan singkat, ujung elektroda cair berbentuk bola kecil, yang bergerak menuju benda kerja. Ketika cairan logam ini menyentuh benda kerja, terjadi hubungan singkat. Bola cair ini kemudian terlepas dari kawat, memutuskan jembatan cair antara kawat elektroda dengan benda kerja. Busur kemudian menyala kembali dan siklus berulang lagi. Logam ditransferkan hanya selama hubungan singkat, yang terjadi dalam frekwensi 20 hingga 200 kali per detik. Lihat Gambar 100-6 mengenai ilustrasi proses GMAWS-S. GMAW-S mempergunakan kawat-kawat elektroda solid diameter kecil (0,030; 0,035 atau 0,045 inci). Pengelasan bisa dilakukan secara otomatis atau semi otomatis.
Gambar 100-6. Short-Circuiting Transfer (GMAW-S) Selama pengelasan dengan GMAW-S, busur dan kawah las dilindungi oleh suatu gas atau gas campuran. Pada carbon steel, gas pelindung umumnya adalah CO 2 atau campuran argon dan CO2. Campuran 75 % argon dan 25 % CO 2 sering dipakai karena karakteristik pengelasan lebih baik. Campuran gas lain yang banyak dipakai yaitu yang mengandung helium. Komposisi gas pelindung ditentukan untuk mendapatkan karakteristik pengelasan yang diinginkan, seperti bentuk bead, penetrasi dan percikan las. Semakin besar jumlah CO 2 berarti semakin ekonomis, tetapi akan menimbulkan penetrasi lebih dalam dan percikan las lebih banyak, serta memperbesar hilangnya unsur Mn dan Si. Kemampuan pengelasan untuk semua posisi dan mudah dalam pengendalian membuat proses GMAW-S cocok untuk pengelasan root pass pada pipa, dan pengelasan gage strip lining tipis. GMAW-S dapat digunakan untuk berbagai macam bahan yaitu carbon steel, chrome-moly steel, stainless steel dan paduan-paduan nikel. Beberapa perusahaan ada yang membatasi pemakaian GMAW-S pada pengelasan pipa, karena terdapat resiko tidak adanya penyatuan dan cold lap pada fill pass. Dengan demikian fill pass pada pengelasan pipa dibatasi hanya pada posisi datar saja. Spray Transfer atau Globular Transfer
Pada spray transfer GMAW, pemindahan logam melintasi busur, seperti aliran tetesan-tetesan kecil dengan diameter sama atau lebih kecil dari diameter kawat elektroda, lihat Gambar 100-7. Spray transfer hanya terjadi pada gas pelindung argon tinggi (80 % argon atau lebih). Transfer yang terjadi di atas arus minimum, disebut arus transisi, tergantung pada komposisi dan diameter filler metal. Misalnya arus transisisi untuk filler metal baja diameter 0,045 inci adalah 220 amper. Apabila arus di bawah arus transisi, ukuran tetesan menjadi lebih besar dari diameter kawat elektroda, dan menjadi globular transfer. Globular transfer GMAW selalu dilakukan dengan memakai gas pelindung CO 2. Gambar 100-8 mengilustrasikan globular transfer GMAW. Gambar100-7. GMAW-Spray Arc GMAW Spray transfer menghasilkan percikan las paling sedikit dari berbagai jenis transfer logam. Panas masukan yang tinggi menghasilkan penetrasi yang bagus dan laju pengisian tinggi, tetapi aplikasi proses spray transfer ini hanya terbatas pada pengelasan posisi datar dan horizontal saja. GMAW globular transfer dengan tetesan besar, membuat pengelasan pada posisi-posisi sulit menjadi lebih sukar dan percikan las menjadi lebih banyak. Gambar 100-8 GMAW-Globular Transfer. Pulsed Arc Proses las pulsed arc atau GMAW-P dilakukan dengan sumber listrik tegangan tetap ( constant voltage). Dengan sumber listrik CV ini, arus listrik diatur secara otomatis untuk mencairkan elektroda dengan kelajuan tertentu, bergerak menuju benda kerja. Apabila tinggi busur lebih pendek atau lebih panjang, sumber listrik akan merubah arus output untuk memperbesar atau memperkecil pembakaran elektroda sambil menjaga jarak busur dan tegangan tetap konstan.
Pulsed arc welding adalah sebuah proses las transfer sembur yang menggunakan sumber listrik khusus (pulsed atau synergic MIG), yang dapat merubah arus las antara arus pulsa tinggi dan tingkat arus back ground rendah, berulang-ulang kali setiap detik. Selama pulsasi ini, terjadi transfer logam las melalui busur. Gambar 100-9 memperlihatkan spray transfer yang terjadi dengan arus rata-rata di bawah arus transisi logam pengisi. Gambar 100-9. Diagram Pulsed-Arc Welding Arus back ground berfungsi untuk menjaga busur, ketika masing-masing pulsa arus mempunyai cukup tenaga untuk melepaskan satu tetesan dari ujung kawat. Transfer logam terjadi selama pulsa arus tinggi, ketika tetesan logam ( 1 diameter kawat) melewati busur dengan arus rata-rata lebih rendah dari yang dibutuhkan pada spray transfer atau konvesional. Shielding Gas yang Direkomendasikan Shielding gas yang direkomendasikan untuk proses pengelasan GMAW dan FCAW-G diberikan pada Appendix A Alloy Fabrication Data, untuk baja paduan yang akan dilas. Keuntungan Proses pengelasan GMAW dapat dikerjakan secara semi-otomatis atau otomatis. Asap dan percikan las pada GMAW hubungan singkat lebih sedikit dibandingkan dengan SMAW, juga tidak ada slag yang harus dibersihkan setelah pengelasan selesai. Kecepatan pengelasan dan laju pengisian sama atau bisa lebih besar dari pada SMAW. Larutan logam las umumnya lebih rendah karena penetrasi GMAW lebih dangkal. Dengan panas masukan rendah dan penetrasi yang dangkal, logam-logam tipis lebih mudah disambung dan sambungan yang memiliki celah root lebih lebar akan lebih mudah dilas. Pada fabrikasi pipa-pipa di bengkel, root pass bermutu tinggi dapat dikerjakan lebih cepat pada berbagai posisi dan pada umumnya dengan biaya lebih rendah. GMAW spray transfer dan globular transfer mempunyai kawah las yang lebih mudah dilihat, sama halnya dengan las busur teknik hubungan singkat ( short circuiting arc ) tetapi tanpa slag. Karena tidak ada flux dan relatif sedikit jumlah deoxidizer yang diberikan pada kawat, lebih sedikit pekerjaan membersihkan yang diperlukan setelah pengelasan selesai. Keseragaman panjang busur dipertahankan dengan cara membuat sumber listrik memiliki tegangan konstan. Proses las GMAW mempunyai laju pengisian lebih besar pada pengelasan paduan-paduan ferrous dan non-ferrous. Proses ini cocok dipergunakan pada las kampuh dan pengelasan untuk membuat lapisan anti karat pada stainless steel, nickel based alloys dan paduan-paduan tembaga seperti aluminum bronze. Kelemahan. Peralatan las GMAW lebih mahal, dan lebih rumit dalam pemasangan dan perawatan, dibandingkan dengan SMAW. Biaya kawat las dan shielding gas bisa menjadi lebih mahal dibandingkan dengan elektroda terbungkus, tetapi hal ini bisa diimbangi karena produktivitas yang tinggi dan sedikitnya pemborosan. Shielding gas pada pengelasan GMAW dapat terganggu karena pengaruh tiupan angin, sehingga harus diambil tindakan pencegahan apabila kecepatan angin lebih dari 5 mph. Pelindung angin atau tirai khusus dapat dipakai untuk menahan atau mengurangi tiupan angina, sehingga kecepatannya cukup rendah untuk menjaga shielding gas secara memadai. Memperbesar aliran gas untuk mengimbangi pengaruh tiupan
angin yang berlebihan, akan menimbulkan masalah lain yang lebih buruk, karena akan timbul turbulensi disekitar busur yang akan menarik udara disekitarnya. GMAW memerlukan ruang gerak yang lebih besar terhadap benda kerja karena pengaruh ukuran welding gun dan nozzle. Pada umumnya alat pengumpan kawat harus ditempatkan sedekat mungkin dengan benda kerja. Short-circuiting welding dapat dipakai untuk mengelas root pass dengan cara butt weld atau sambungan bercabang tetapi harus dikontrol ketat saat melakukan fill pass, karena ada resiko non-fusion atau cold lap. Ketika melakukan fill pass pada pengelasan pipa dengan cara butt weld, pengelasan hanya dilakukan dengan cara las naik yaitu antara posisi jam 10 dan jam 2, dimana pipa bisa ditahan tetap oleh kuda-kuda penyangga (posisi 5G) atau diputar (1G). Proses pengelasan ini tidak cocok dikerjakan pada fillet weld apabila tebal logam lebih dari 1/4 inch, dan pada umumnya tidak digunakan untuk fabrikasi pressure vessel, tangki atau palang-palang struktur. Lack of fusion yang terletak diantara lapisan-lapisan las sukar dideteksi dengan radiography dan karena pengaruh kontrol yang buruk dari proses hubungan singkat ini, masalah LOF menjadi cukup berat, sehingga membuat beberapa fabrikator meninggalkan proses pengelasan ini. Dibandingkan Dibandingkan dengan proses las SMAW, pengelasan short-circuiting butuh kebersihan, dan kelurusan sambungan serta penggerindaan tack weld yang lebih baik guna mendapatkan hasil pengelasan root pass bermutu tinggi. tinggi.
LOF tidak akan menjadi masalah jika panas masukan dibuat lebih tinggi pada GMAW spray transfer atau globular transfer. Pada GMAW spray transfer, terdapat radiasi busur yang banyak. Hal ini tidak menyenangkan bagi juru las dan membuat proses ini lebih cocok untuk las otomatis pada beberapa aplikasi. Pengelasan GMAW spray transfer terbatas pada pengelasan posisi datar dan horizontal saja karena kawah las lebih besar. Aplikasi pada Pekerjaan Proses GMAW short-circuiting dapat menghemat waktu saat pengelasan root pass pada pipa dan pemasangan alloy strip lining pada pressure vessel. Baik GMAW spray transfer ataupun globular transfer dapat digunakan pada fabrikasi pipa dan pressure vessel untuk selain dari root pass. Kedua proses ini dapat juga digunakan untuk membuat lapisan tahan karat. Spray transfer digunakan dengan cara butt weld pada pengelasan stainless steel, paduan nikel dan paduan tembaga. Pulsed arc welding dapat dipakai untuk aplikasi yang sama, tetapi mempunyai keuntungan dapat mengelas dengan semua posisi. Spray transfer tidak dianjurkan untuk mengelas carbon steel apabila masih dapat dikerjakan dengan proses las SAW, tetapi bisa digunakan untuk mengelas tembaga dan paduan-paduan nickel.
1.1.4. Flux Cored Arc Welding Flux cored arc welding atau las busur berinti flux mirip dengan proses las GMAW, yaitu menggunakan elektroda solid dan tubular yang diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan. Elektroda diumpankan melalui gun atau torch sambil menjaga busur yang terbentuk diantara ujung elektroda dengan base metal. FCAW menggunakan elektroda dimana terdapat serbuk flux di dalam batangnya. Butiran-butiran dalam inti kawat ini menghasilkan sebagian atau semua shielding gas yang diperlukan. Jadi berlawanan dengan GMAW, dimana seluruh gas pelindung berasal dari sumber luar. FCAW bisa juga menggunakan gas pelindung tambahan, tergantung dari jenis elektroda, logam yang dilas, dan sifat dari pengelasan yang dikerjakan.
Ada dua jenis variasi FCAW yang memiliki kegunaan berbeda-beda tergantung dari metode gas pelindung. - Gas Shielded (FCAW-G). - Self-shielded (FCAW-SS). Proses (FCAW-G) atau berpelindung gas memerlukan shielding gas yang berasal dari sumber luar (biasanya CO2 atau campuran argon-CO2 seperti tampak pada Gambar 100-10. Gambar 100-10. FCAW Pelindung Gas Gambar 100-11 FCAW Berpelindung Diri Proses (FCAW-SS) memiliki pelindung sendiri misalnya Lincoln Innershield, seperti tampak dalam gambar 100-11. FCAW dapat dikerjakan secara otomatis atau semi-otomatis, tetapi yang paling banyak dipakai adalah proses semi-otomatis. Gas Shielded Flux Cored Arc Welding Elektroda FCAW-G dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel dan stainless steel. Berpedoman pada AWS, elektroda-elektroda yang digunakan pada pengelasan FCAW dibicarakan pada pasal 1.3.3. Pada pengelasan carbon steel dan low alloy steel, elektroda berinti flux yang banyak dipakai adalah dari jenis T-1 ( acid slag), T-2 (single pass welding) dan T-5 (basic slag). Elektroda T-1 memiliki sifat-sifat pengelasan bagus, tetapi acid slag tidak membantu menjaga logam las menjadi rendah hydrogen kecuali bila dibuat secara khusus. Hanya sejumlah tertentu elektroda berinti flux yang memenuhi syarat low hydrogen (kurang dari 10 ml/100 g logam las), dan ini adalah yang paling banyak tersedia dari jenis T-1. Elektroda tipe T-1 bisa digunakan baik dengan gas pelindung CO 2 ataupun campuran argon-CO2. Elektroda T-1 akan memiliki busur lebih halus dan percikan las lebih sedikit bila menggunakan gas pelindung argon-CO 2, meskipun logam las mempunyai unsur Mn dan Si sedikit lebih tinggi. Elektroda EX0T-1 didisain hanya untuk mengelas pada posisi datar dan horizontal saja. Elektroda EX1T-1 dibuat untuk pengelasan semua posisi dengan diameter hingga 1/16 inch. Pengelasan posisi vertikal umumnya dikerjakan dengan arah las naik. Elektroda tipe T-2 dirancang untuk pengelasan single pass pada logam-logam berkarat, dan mempunyai deoxidizer Mn dan Si lebih tinggi. Elektroda T-2 ini jangan sekali-kali digunakan untuk pengelasan multipass karena peningkatan unsur Mn dan Si menyebabkan tensile strength logam las yang tidak terlarut akan bertambah besar (lebih dari 100 ksi), sehingga menimbulkan masalah retak ketika sedang dilas atau pada kondisi pemakaian sour service. Elektroda tipe T-5 mempunyai basic slag dengan kandungan hydrogen logam las lebih rendah dan memperbesar impact properties dan daya tahan terhadap retak yang memuaskan. Meskipun demikian, elektroda ini juga mempunyai sifat-sifat pengelasan lebih buruk dibandingkan dengan elektroda T-1. Saat ini elektroda T-1 ter baru sudah dikembangkan yang menggabungkan dua jenis elektroda yang paling baik, sehingga elektroda T-5 menjadi jarang dipakai lagi. Self Shielded Flux Cored Arc Welding
Elektroda EX1T-8 adalah elektroda FCAW-SS (Lincoln Innershield) untuk pengelasan carbon steel dan low alloy steel yang mendapat perhatian besar dari beberapa perusahaan. Elektroda ini bisa dipakai untuk pengelasan semua posisi, notch toughness bagus dan pada umumnya mempunyai kandungan hydrogen rendah (kurang dari 10 ml/100 logam las). Elektroda-elektroda ini digunakan dengan berbagai diameter mulai dari 0,068 hingga 3/32 inch. Pengelasan semua posisi dilakukan dengan elektroda diameter 5/64 inch atau lebih kecil, sementara elektroda dengan ukuran lebih besar hanya digunakan untuk pengelasan posisi datar dan horizontal saja. Las turun umumnya tidak dilakukan kecuali bila menggunakan elektroda khusus yang dirancang untuk pengelasan pipe line. Elektroda self-shielded mempunyai denitrifiers guna menghindarkan porosity karena tangkapan nitrogen selama proses pengelasan. Pada umumnya aluminum dipakai sebagai denitrifyng las, karena deposit las dengan kandungan aluminum hingga 1% dianggap tidak berbahaya. Pengelasan dengan proses FCAW-SS pada pekerjaan-pekerjaan yang kritikal seperti sambungan T-Y-K dan kombinasinya pada anjungan lepas pantai, membutuhkan juru las yang dilatih secara khusus dan mematuhi prosedur las yang sudah dibuat dengan ketat, seperti elektroda, lebar ayunan, tebal lapisan dan pemanasan awal. Keuntungan Proses FCAW-G mempunyai keunggulan yaitu penetrasinya lebih dalam dan laju pengisian lebih tinggi dibandingkan dengan proses SMAW. Dengan demikian proses las ini menjadi lebih ekonomis pada pekerjaan di bengkel-bengkel las. Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan pada inti flux untuk membuat jenis komposisi menjadi lebih banyak, termasuk beberapa logam paduan rendah dan stainless steel. Flux memberikan perlindungan bagus pada kawah las dengan membentuk selubung gas pelindung dan lapisan slag. Meskipun demikian, proses ini tidak mentolerir tiupan angin lebih dari 5 mph tanpa porosity berlebihan. FCAW-G cocok untuk pengelasan semua posisi tanpa menimbulkan masalah lack of fusion seperti yang terdapat pada GMAW hubungan singkat. Filler metal FCAW-SS menghilangkan kebutuhan terhadap gas pelindung dari luar dan mentoleransi kondisi angin yang lebih kuat tanpa menimbulkan porosity. Proses ini dianggap sama dengan proses elektroda terbungkus terhadap toleransi angin. Dengan juru las yang dilatih dengan baik dan pengawasan yang berhati-hati, FCAW-SS bisa digunakan untuk pengelasan dari arah satu sisi, pada sambungan T-Y-K seperti struktur anjungan lepas pantai untuk menggantikan elektroda terbungkus. FCAW-SS juga bisa digunakan untuk fill pass pengelasan semua posisi pada butt weld atau fillet weld. Juru las perlu dilatih dengan prosedur khusus tetapi proses tersebut mudah dipakai. Aplikasi proses FCAW-SS meliputi pengelasan benda-benda tebal, pipelines dan pelapisan. Kelemahan FCAW-G dan FCAW-SS kedua-duanya membentuk lapisan slag yang harus dikikis diantara lapisanlapisan las. Baik FCAW-G ataupun FCAW-SS bukan merupakan proses low hydrogen; filler metal harus dibeli dari pabrik elektroda yang dilengkapi dengan syarat-syarat low hydrogen. Pengelasan yang dilakukan dengan proses ini dapat menimbulkan notch toughness yang buruk. Filler metal yang digunakan harus memenuhi persyaratan uji impak seperti elektroda T-1, T-5 dan T-8. Elektroda-elektroda ini umumnya memiliki kandungan hydrogen lebih rendah dan mempunyai persyaratan kimia khusus untuk menghasilkan sifat yang lebih konsisten. Proses pengelasan FCAW-G tidak boleh dilakukan apabila kecepatan angin lebih dari 5 mph karena ada resiko porosity berlebihan. Menaikkan aliran gas untuk mengatasi hembusan angin yang tinggi bukan menyelesaikan masalah, karena dapat menimbulkan kondisi yang lebih buruk karena menghasilkan turbulensi yang akan menarik udara disekitarnya.
Proses FCAW-G menghasilkan lebih banyak asap dari pada kawat solid GMAW. Kawat FCAW-SS bahkan menimbulkan lebih banyak asap, sehingga pada pekerjaan di bengkel-bengkel las dibutuhkan ventilasi yang memadai dan kadang-kadang memerlukan alat khusus pembuang asap di daerah welding gun. Tingkat asap pada FCAW-SS stainless steel atau pada kawat-kawat FCAW-G hampir sama dengan elektroda stick, dan lebih kecil dari pada kawat carbon steel berpelindung diri ( self-shielded wires). Pengelasan yang dilakukan dengan kawat FCAW-SS perlu kontrol yang ketat terhadap tebal dan lebar bead dan elektrode stickout guna mendapatkan sifat-sifat ketangguhan yang tinggi. Aplikasi pada Pekerjaan Proses FCAW-G dapat dilakukan dengan semua posisi untuk pengelasan struktural, pipa atau pressure vessel secara butt weld atau fillet weld. Proses FCAW-SS terutama mempunyai keunggulan karena dapat digunakan untuk pengelasan struktur, seperti bangunan dan anjungan lepas pantai dimana lokasi lapangan atau rumitnya struktur membuat pemakaian peralatan las SAW menjadi tidak praktis dan penggunaan proses SMAW kurang kompetitif. Elektroda-elektroda berpelindung diri ( self-shielded wires) bisa digunakan untuk pengelasan root pass dan fill pass dari arah satu sisi pada sambungan T-Y-K pada anjungan lepas pantai, apabila pihak Kontraktor dapat mendemontrasikan bahwa mereka mempunyai pengalaman dengan proses tersebut, welder dan inspektor yang terlatih, serta memiliki prosedur las yang sudah diakui.
1.1.5. Submerged Arc Welding SAW atau las busur terbenam termasuk salah satu las busur listrik, dimana busur dan kawah las ditutupi oleh lelehan flux dan lapisan butiran-butiran flux seperti tampak pada Gambar 100-12. Gambar 100-12. Submerged Arc Welding (SAW) Pada proses ini busur las tidak terlihat. Elektroda diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan dengan cara yang sama seperti pada proses GMAW. Panas busur melelehkan base metal, elektroda dan flux sehingga menghasilkan kawah las yang ditutupi oleh lapisan slag cair. Lapisan slag melindungi kawah las sampai membeku. Karena busur tidak terlihat, pengelasan dapat dilakukan tanpa menimbulkan radiasi besar dimana hal ini sudah merupakan sifat dari proses busur terbuka, dan juga menghasilkan sangat sedikit asap. Pengelasan dengan proses SAW pada umumnya dilakukan di bengkel-bengkel, karena benda kerja dapat diletakkan dengan posisi datar untuk memperoleh laju pengisian yang lebih tinggi. Proses pengelasan SAW juga sudah digunakan dilapangan untuk mengelas dinding tangki penyimpanan minyak secara horizontal dengan menggunakan alat khusus pengelasan posisi jam 3, dan juga untuk mengelas plat bola yang dirakit dilapangan dan diatur untuk pengelasan posisi datar. Karena penetrasi SAW dalam, proses ini tidak cocok untuk mengelas root pass tanpa terlebih dahulu diberi penyangga las. Penyangga ( back up) dapat bersifat sementara atau permanen. Pengelasan dari arah satu sisi bisa dilakukan dengan memberi bahan penyangga sementara seperti batangan tembaga, flux back up, atau pita back up khusus dari bahan flux atau keramik. Bahan-bahan penyangga sementara yang lain adalah batangan baja, yang juga dapat digunakan untuk meluruskan sambungan. Penyangga ini dilepaskan sebelum mengelas dari arah sebaliknya. Sambungan las untuk SAW pada umumnya dirancang dengan land lebih tebal dan tanpa celah agar dapat menopang logam las selama pengelasan dari sisi pertama. Karena penetrasi lebih dalam, sisi sebaliknya
dapat dilas tanpa perlu diback gouging. Contohnya adalah double SAW (disingkat dengan DSW), yang dilakukan oleh pabrik-pabrik pembuat pipa. SAW bisa digunakan dengan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), tetapi arus DC lebih banyak dipakai karena penyalaan busur lebih mudah dan penetrasinya lebih dalam. Jenis lain SAW adalah tandem arc welding, welding, yang menggunakan dua batang elektroda sekaligus, dan bisa dikerjakan dengan arus DC-AC atau AC-AC. Proses las SAW biasanya dikerjakan secara otomatis. Bisa juga dilakukan secara semi-otomatis dengan gun genggam tetapi laju pengisian kurang memuaskan. Flux SAW harus disimpan ditempat yang hangat, kering dan harus direkondisi apabila lembab (sesuai dengan petunjuk pabrik). Kawat untuk pengelasan SAW juga mesti disimpan ditempat yang kering. Keuntungan Proses las SAW ini dapat digunakan untuk mengelas carbon steel, low alloy steel, stainless steel dan beberapa paduan nikel tinggi. Proses ini digunakan secara luas untuk membuat lapisan anti karat dengan menggunakan elektroda berbentuk lembaran (tebal 0,5 mm dan lebar 60 mm). Proses las ini dapat dikerjakan dengan arus lebih tinggi serta elektroda berganda, sehingga diperoleh laju pengisian dua hingga sepuluh kali lebih cepat dari pada SMAW. Karakteristik penetrasi yang dalam dari proses SAW ini menyebabkan kampuh las bisa dibuat lebih sempit, sehingga dapat mengurangi jumlah lapisan yang diperlukan dan juga menghemat waktu pengelasan. Lapisan slag yang menyelimuti logam las memberikan perlindungan yang handal terhadap logam las cair, sehingga menghasilkan deposit las bermutu tinggi. Sebagai sebuah proses las busur terbuka, SAW tidak menimbulkan radiasi tinggi dimana hal ini memberikan kenyamanan kepada juru las. SAW adalah proses las rendah hydrogen, tetapi kandungan hydrogennya tergantung dari tingkat kekeringan dan jenis flux yang dipakai. Kekerasan di daerah HAZ cenderung lebih rendah karena panas masukan yang lebih tinggi menyebabkan laju pendinginan menjadi lebih lambat. Pada umumnya tampilan bead yang halus dari pengelasan SAW membuat inspeksi visual menjadi lebih mudah terhadap cacat-cacat las karena kesalahan operator atau kesalahan fungsi peralatan. Kelemahan Di dalam prakteknya, proses las SAW membutuhkan penanganan dan waktu pemasangan lebih banyak untuk meletakkan benda kerja sedemian rupa sehingga pengelasan dapat dilakukan dengan posisi datar. Terbatasnya pandangan mata terhadap busur dan kawah las selama pengelasan membuat proses ini menjadi lebih sulit dalam mempertahankan posisi las di atas sambungan, meskipun pada umumnya hal ini tidak menjadi masalah. Waktu pemasangan untuk pengelasan lebih lama dibandingkan dengan GMAW dan SMAW, sehingga proses ini tidak ekonomis pada pekerjaan-pekerjaan kecil. Apabila menggunakan panas masukan lebih besar, bisa terbentuk butiran-butiran kasar di daerah HAZ. Keadaan ini menyebabkan hilangnya sifat impact , yang pada beberapa aplikasi tidak diperbolehkan. Pada pengelasan dengan lapisan banyak, harus dipilih kombinasi kawat/flux yang sesuai sehingga dapat mencegah pembentukan unsur Mn dan Si pada logam las, karena unsur-unsur ini akan menaikan kekerasan, menurunkan ketangguhan, dan menimbulkan masalah retak pada sour service. Cacat-cacat las yang umum terjadi pada SAW: 1. Porosity karena kontaminasi pada pengelasan. Hal ini terjadi karena pembersihan karat dan kerak pada sambungan tidak sempurna.
2. Slag inclusion karena muka las terlalu cembung atau undercut . Hal ini terjadi karena slag terkurung disepanjang sisi logam las dan tidak terbuang selama pembersihan. 3. Retak ditengah las-lasan karena bentuk bead tidak tepat. Hal ini terjadi pada pengelasan dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan lebar. Pertimbangan Dalam Memilih Kombinasi Kawat/Flux Unsur-unsur paduan bisa ditambahkan baik pada kawat elektroda ataupun flux, tetapi kontrol kimia yang lebih baik akan diperoleh apabila suatu paduan tertentu ditambahkan pada kawat dan menggunakan flux netral. Kelarutan logam induk pada SAW lebih besar dibandingkan dengan proses pengelasan yang lain, karena penetrasinya lebih dalam. Kelarutan logam induk ini mempunyai pengaruh signifikan pada sifat kimia logam las dan harus dipertimbangkan ketika memilih kombinasi kawat/flux, terutama pada logamlogam tipis. PWHT akan mengurangi kekerasan logam las tetapi juga menurunkan tensile strength. PWHT penting sekali dilakukan apabila temperatur pengelasan lebih tinggi dan holding time lebih lama. Pengaruh PWHT terhadap tensile strength harus dipertimbangkan dalam memilih kombinasi kawat/flux. Sehingga perhatian yang seksama harus dilakukan di dalam memilih kombinasi kawat/flux yang akan menghasilkan komposisi logam las dengan sifat kimia dan kekuatan yang sempurna. Aplikasi pada Pekerjaan Pada umumnya beberapa perusahaan tidak memakai proses las SAW otomatis ini apabila tidak banyak permintaan yang bisa dijadikan alasan untuk menggunakan proses las ini. Walaupun peralatan tersedia untuk pengelasan semi otomatis, proses las SAW kurang memuaskan dari pada GMAW karena GMAW lebih serba guna. Proses las SAW digunakan secara luas oleh suplier untuk mengelas struktur-struktur besar seperti tangki, pressure vessel, kapal, anjungan lepas pantai termasuk alat pengeboran dibawah laut. Proses las ini digunakan juga untuk membuat lapisan selubung baik dengan elektroda lembaran ataupun berupa kawat.
1.1.6. Electroslag Welding dan Electrogas Welding ESW adalah suatu proses las otomatis dengan laju deposit tinggi yang digunakan untuk mengelas logam dengan tebal 2 inci atau lebih secara vertikal. Pemakaiannya yaitu pada pengelasan pressure vessel, kapal, dan struktur. Ada dua jenis proses las ESW: - Metode panduan tidak terumpan (konvensional). - Metode panduan terumpan. Kedua metode ini menggunakan alat-alat dan bentuk filler metal yang berbeda. Pada kedua jenis proses pengelasan ESW ini, plat berbentuk persegi mula-mula diletakkan secara vertikal dengan jarak kira-kira satu inch, kemudian dilas naik secara vertikal. Permulaan tab dimulai dari bagian bawah sambungan dan runoff tab pada bagian atas. konvensional, sepatu tembaga berpendingin air yang bisa dipindah-pindah diletakkan pada Pada ESW konvensional, sisi bagian depan dan belakang sambungan, untuk menahan logam cair tetap berada pada tempatnya sampai membeku. Proses ini dimulai dengan menyalakan busur diantara kawat elektroda dengan bottom starting tab pada cekungan yang terbentuk antara pinggiran alat yang mempunyai celah dengan sepatu
tembaga. Butiran flux diletakkan pada cekungan. Busur listrik dinyalakan pada permulaan proses, dan berlangsung terus sehingga terbentuk slag konduktif. Segera setelah slag menjadi konduktif, busur padam dan slag tetap cair karena resistansi panas yang berasal dari arus yang lewat diantara elektroda dengan benda kerja. Selama proses pengelasan berlangsung, flux ditambahkan secara teratur untuk menjaga ketepatan slag yang menutupi genangan logam cair. Resistansi panas slag melelehkan filler wire dan pinggiran plat membentuk genangan logam cair, yang ditahan oleh sepatu tembaga. Selama pembekuan, sepatu secara otomatis bergerak naik kepermukaan plat. Satu atau lebih kawat dapat digunakan, tergantung pada tebal plat. Gambar 100-13 menjelaskan sebuah sistim elektro slag plat tebal yang menggunakan tiga batang kawat las dan cocok untuk mengelas pressure vessel. Gambar 100-13. Electroslag Welding Konvensional dengan Tiga Batang Elektroda ESW panduan terumpan menggunakan suatu tube panduan terumpan untuk menempatkan kawat elektroda berada pada sambungan, dan sepatu tembaga berpendingin air permanen. Tube pemandu tidak bergerak tetapi terbakar habis selama pengelasan. Hal ini membuat kawah las muncul di dalam kampuh. Tube panduan terumpan menambahkan filler metal pada logam las dan juga menyediakan flux pada slag konduktif dari bagian luar coating (seperti elektroda terbungkus dengan lobang besar). Lebih dari satu tube panduan terumpan dapat dipakai untuk pengelasan logam-logam tebal. Electrogas Welding EGW dilakukan dengan posisi vertikal dengan cara yang sama dengan ESW, tetapi berbeda dalam mempertahankan busur diantara elektroda berinti flux dan kawah las. Kawah las ditutupi oleh cairan slag tipis dan diselimuti oleh gas CO 2 atau argon-CO2. EGW terbatas pemakaiannya pada benda-benda tipis, biasanya kurang dari 2 inch. Proses P roses ini bisa dikerjakan dengan satu sepatu dapat dilepas, yang membentuk permukaan logam las pada bagian sisi sebelah depan. Bagian belakang logam las dibentuk oleh batangan penyangga dari tembaga permanen atau oleh root pass yang dikerjakan dengan proses manual atau semiotomatis. Sambungan las pada EGW bisa berbentuk persegi dengan suatu celah atau pengelasan dengan bevel standar V dikerjakan dengan proses las yang lain. Keuntungan Keuntungan utama dari proses las ESW dan EGW adalah kemampuannya untuk melakukan pengelasan vertikal dari berbagai ketebalan dengan waktu lebih cepat dibandingkan dengan proses-proses las yang lain. ESW terutama sekali dipakai untuk mengelas logam-logam tebal dibengkel-bengkel, sementara EGW bisa dikerjakan baik di bengkel atau di lapangan. Persiapan sambungan pada kedua proses ini sederhana dan lebih sedikit terjadinya distorsi pengelasan dibandingkan dibandingkan dengan metode lain. Kelemahan Baik proses las ESW ataupun EGW hanya terbatas pada penyambungan carbon steel dan low alloy steel dengan posisi vertikal. Waktu pemasangan pada proses ini sangat lama, tetapi dapat diimbangi oleh laju pengisian yang lebih cepat. Pentingnya waktu pemasangan berkurang dengan bertambah tebalnya logam las. ESW sensitif terhadap kontrol bentuk bead. Retak garis tengah bisa terjadi apabila faktor bentuk (kedalaman kawah las dibagi dengan lebar kawah las) rendah. Suatu contoh faktor bentuk rendah yaitu peka terhadap retak (adalah satu), karena kawah las mempunyai ukuran sama dengan lebar. ESW dan EGW mempunyai panas masukan sangat tinggi. ESW memiliki panas masukan paling tinggi, menghasilkan pengelasan dengan butiran kasar berjumlah banyak dan daerah HAZ dengan notch toughness rendah. Pengelasan ESW membutuhkan perlakuan panas untuk menghaluskan kembali butiran setelah pengelasan selesai (misalnya normalizing) untuk memulihkan notch toughness. Perlunya
normalizing setelah pengelasan biasanya untuk menghindarkan pemakaian ESW untuk pengelasan dilapangan. Panas masukan EGW tidak sebesar ESW, tetapi ada sedikit penurunan sifat logam di daerah HAZ. Hal ini membatasi aplikasi EGW terhadap bahan-bahan yang mempunyai notch toughness lebih buruk. Keterbatasan ini membuat beberapa kontraktor membatasi pemakaian EGW pada tangki penyimpanan dilapangan yang memiliki suhu pemakaian minimum 30 oF atau lebih. Aplikasi pada Pekerjaan Aplikasi pengelasan ESW paling umum yaitu pada sambungan-sambungan longitudinal pada shell ring untuk pressure vessel carbon steel dan low alloy steel berdinding tebal. EGW digunakan untuk sambungan vertikal pada tanki penyimpan minyak.
1.1.7. Stud Welding SW adalah proses pengelasan yang relatif mudah dikerjakan. Proses las jenis ini digunakan untuk memasang insulation pins dan refractory anchors. Proses las SW menggunakan welding gun khusus dan pengatur waktu otomatis. Panas pengelasan terbentuk karena tarikan busur antara welding stud dengan base metal. Segera setelah ujung stud dan permukaan base metal di bawah stud meleleh, stud dipaksa melawan base metal karena tekanan, dan terjadi pembekuan. Dengan demikian dihasilkan penyatuan las berkekuatan penuh dengan hasil pengelasan dan daerah HAZ yang sempit. Stud welding bisa dilakukan dengan menggunakan mesin las drawn-arc atau capasitor discharge . Drawn arc stud welding mempergunakan mesin las DC konvensional dengan polaritas lurus, pengatur waktu otomatis, dan gun genggam. Capasitor discharge stud welding menggunakan energi listrik lucutan cepat yang tersimpan di dalam kapasitor sebagai sumber panas. Stud bisa dipasangkan dengan SMAW apabila mesin las stud otomatis tidak ada. Persiapan permukaan sebelum pengelasan penting sekali untuk memperoleh mutu stud welding yang konsisten. Kerak dan karat harus dibuang sebelum pengelasan. Hal ini diikuti dengan penggerindaan atau abrasive blasting. Aplikasi pada Pekerjaan Pengelasan stud dengan cara drawn-arc atau capasitor discharge digunakan secara luas untuk mengikat insulasi dan refractory anchor pada pipa, pressure vessel dan tangki, dan untuk pemasangan konduktor panas pada furnace tube. Kualitas stud welding harus diperiksa pada setiap awal perubahan, untuk menentukan apakah prosedur (gun pengatur waktu) dan persiapan permukaan sudah memuaskan. Inspeksi visual terhadap stud weld (untuk memeriksa 360 derajat cahaya disekitar base) dan kelengkungan stud dengan sudut kira-kira 15 derajat dari sumbu merupakan suatu cara yang dapat diterima untuk memastikan apakah stud sudah terpasang dengan baik. Stud yang tidak memperlihatkan cahaya 360 derajat atau terputus selama pembengkokan dapat diperbaiki dengan menggunakan proses SMAW.
1.1.8. Oxyfuel Gas Welding, Braze Welding dan Brazing Oxyfuel Gas Welding Proses las OFW mempergubakan panas yang berasal dari nyala gas untuk melelehkan base metal dan menghasilkan penyatuan, biasanya diikuti dengan menambahkan filler metal dalam bentuk kawat dengan komposisi yang sesuai. Obor oxyacetelyne adalah metode yang paling biasa dipakai, dengan temperatur
nyala api sekitar 5600 oF. Propane, gas alam, dan alternatif lain dari bahan bakar gas acetelyne tidak dipakai pada pengelasan gas karena laju pemanasannya terlalu rendah. Akan tetapi gas-gas ini digunakan untuk memotong, preheating dan brazing, apabila kebutuhan terhadap karakteristik nyala api tidak terlalu penting. Gas welding pada umumnya sudah digantikan oleh SMAW dan proses-proses pengelasan yang terbaru. Meskipun demikian, OFW masih dipakai untuk fillet weld dan butt weld pada pipa-pipa tipis diameter 2 inch ke bawah dimana GTAW adalah alternatif lain. Gas welding juga digunakan pada pengecoran logam untuk memperbaiki casting iron. Gambar 100-14 memperlihatkan detail peralatan OFW. Gambar 100-15 memperlihatkan memperlihatkan nyala api oxyacetylene yang digunakan dalam OFW. Gambar 100-14. Peralatan Oxyfuel Gas Welding Gambar 100-15. Karakteristik Nyala Api Oxyacetylene Keuntungan. OFW digunakan terutama sekali karena fleksibel, mudah diangkut dan tidak ada persyaratan terhadap sumber tenaga listrik. Peralatan sederhana dan biayanya murah serta bisa digunakan untuk pekerjaan yang berkaitan dengan pemotongan, pembengkokan, preheating dan brazing. Efektifitasnya tergantung pada keterampilan juru las dalam mengendalikan komposisi nyala api, panas masukan dan sudut dari obor (yang mempengaruhi ukuran kawah las). Gas welding dengan nyala carburizing menghasilkan kekerasan paling tinggi pada deposit pelapisan. Kelemahan OFW bersifat lambat dan menghasilkan panas setempat yang menimbulkan masalah perubahan bentuk. Butiran kasar, struktur yang getas biasa dijumpai pada pengelasan carbon steel karena faktor panas masukan yang tinggi serta kecepatan las yang rendah. Baik carburizing ataupun decarburizing dapat terjadi pada logam las dan daerah-daerah yang berdekatan dengan base metal apabila nyala api diatur secara tidak benar. Kondisi ini bisa sangat merusak daya tahan terhadap karat pada baja-baja chromium dan paduan-paduan yang lebih tinggi. Braze Welding dan Brazing Proses penyambungan dengan metode ini mempergunakan obor gas seperti halnya pada OFW, tetapi hanya untuk melelehkan filler metal saja, logam dasarnya tidak. Brazing dan braze welding o o mempergunakan filler metal yang akan meleleh pada suhu di atas 840 F (450 C). Soldering menggunakan menggunakan o o filler metal yang meleleh pada suhu di bawah 840 F (450 C). Silver brazing, dahulu disebut silver soldering, menggunakan paduan perak-tembaga untuk tujuan aplikasi umum. welding, panas diberikan pada sambungan las untuk menaikan suhunya sehingga di atas titik Pada braze welding, lebur filler rod, tetapi tidak melebihi titik lebur logam dasar. Filler metal kemudian dialirkan kepermukaan yang panas, dimana terdapat flux yang sesuai, sehingga membentuk suatu ikatan. Proses ini digunakan untuk memperbaiki casting iron dengan brass filler metal. Brazing tidak dipakai pada wadah yang digunakan untuk menyimpan cairan yang mudah terbakar karena bisa meleleh dalam api. Brazing menggunakan prinsip kerja kapilaritas untuk menimbulkan pelelehan paduan brazing yang mengalir diantara sambungan-sambungan yang berdekatan. Sambungan tumpul, tumpang atau soket dengan celah antara bagian sekitar dua hingga enam mils, menghasilkan kekuatan paling tinggi. Sambungan yang lebih lemah akan terbentuk apabila toleransi kelurusan tidak dikontrol untuk menghindarkan celah yang berlebihan. Meskipun demikian, celah yang terlalu sempit atau sama sekali
tidak ada jarak akan menghalangi brazing alloy mengalir menuju sambungan dan juga dapat menghasilkan sambungan sambungan yang lemah atau bocor.
1.1.9. Cadwelding Cad welding adalah merek dagang dari proses las thermit yang digunakan untuk memasang sambungansambungan listrik tembaga dan ground lead pada pipe lines dan struktur. Satu aplikasi penting pada pipeline adalah pemasangan kawat-kawat sacrificial anode dan test lead untuk cathodic protection. Penyambungan Cadweld diperlihatkan pada Gambar 100-16. Prinsip kerjanya terdiri dari pelelehan serbuk paduan tembaga secara exothermal di dalam sebuah cetakan grafit yang dapat dipakai lagi. Powder charge (mesiu) ditahan oleh sebuah piringan penahan dari logam tipis. Ketika paduan tembaga meleleh melalui piringan logam, ia akan mengalir melalui tap hole kerongga pengelasan dan membeku pada permukan material yang akan disambung. Jenis-jenis cetakan berbeda-beda pada setiap aplikasi. Cetakan digunakan untuk mengikat timah kawat diameter kecil (typically #4 atau kurang) pada pipelines seperti yang diilustrasikan pada gambar. Gambar 100-16 Cadweld untuk Penyambungan Timah Kabel dengan Pipa Serbuk Cadweld (F-33) yang dipergunakan untuk memasang cathodic protection lead dan test wire pada pipeline adalah campuran tembaga oxida dan aluminum dengan sedikit vanadium. Serbuk ini dilengkapi dengan 15 gram (CA15) dan cartdridges yang lebih besar. Meskipun demikian, powder charge dibatasi hanya 15 gram menurut ANSI/ASME B31.4 dan B31.8 piping systems. Sejumlah starting powder dipadatkan pada setiap cartridge sehingga starting powder terbentang di atas campuran tersebut ketika isinya dialirkan ke dalam cetakan. Mesiu mulai dinyalakan dengan menggunakan pemantik flint spark kemudian mesiu bereaksi sehingga menghasilkan paduan tembaga cair yang mengandung aluminum dan vanadium. Paduan ini meleleh melalui piringan logam dan membeku pada timah listrik dan base metal, kemudian mengikatnya satu sama lain. Slag tipis aluminum-oksida terbentuk yang menyisakan gumpalan dan kerak pada cetakan. Slag mudah dihilangkan dengan chipping hammer dan harus dibuang dari cetakan sebelum digunakan lagi. Penelitian telah memperlihatkan bahwa pengaruh metalurgi Cadwelding terhadap pipeline tidak merusak pipa-pipa API 5L grade (X-65 dan di bawahnya) dengan ketebalan 0,2 inci dan lebih. Aplikasi Cadweld pada ketebalan kurang dari 0,2 inci harus dievaluasi tersendiri. Evaluasi harus meliputi fluida, suhu, tekanan dan flow rate pipeline tersebut. Perhatian utama adalah berkurangnya kekuatan dinding selama pengelasan, bertambah dalamnya daerah HAZ, dan meningkatnya penetrasi tembaga. Proses Pengelasan Lain Beberapa proses penyambungan lain tidak dibicarakan disini karena jarang dipakai. Proses-proses ini adalah: - Plasma arc welding. - Electron beam welding. - Laser welding. - Resistance welding.
. Flash welding. . Projection welding. . Resistance seam welding. . Resistance spot welding. - Friction and inertia welding. - Explosion welding.
1.2.0. DISAIN SAMBUNGAN LAS 1.2.1. Pertimbangan dalam Membuat Disain Sambungan Disain sambungan yang tepat sangat penting sekali, karena akan mempengaruhi cara mempersiapkan sambungan, urutan pengelasan, efisiensi sambungan, dan produktivitas. Setiap pekerjaan harus dievaluasi berkaitan dengan proses pengelasan, posisi, kemudahan menjangkau dan inspeksi, kontrol terhadap distorsi dan syarat-syarat disain untuk menentukan detail sambungan yang tepat. Hasil paling baik hanya akan diperoleh apabila sambungan telah dipersiapkan secara sempurna dan kelurusannya sudah tepat. Pada umumnya benda-benda yang dilas adalah wadah tempat penyimpanan cairan berbahaya (misalnya pressure vessel, tangki dan pipa) atau pengelasan sambungan-sambungan kritis pada struktur anjungan lepas pantai. Pada aplikasi ini, penting diketahui bahwa logam las memiliki kekuatan dan ketangguhan yang handal, dan juga bebas dari discontinuity dan crevices dimana zat-zat korosif bisa berkumpul. Diperlukan butt weld penetrasi penuh dengan komposisi kimia dan sifat-sifat mekanis yang persis sama dengan base metal, karena akan menghasilkan kinerja pemakaian yang paling baik dan tahan terhadap kelelahan, karat dan patah getas. Pengelasan dengan penetrasi sebagian dan fillet weld hanya digunakan apabila beban pemakaian dan stress tidak terlalu berat. Misalnya, fillet weld hanya dilakukan dengan sambungan tumpang ( lap joint ) pada plat bagian bawah dan atas sebuah tangki, karena lebih ekonomis dari pada butt weld . Sebaliknya sambungan-sambungan pada dinding tangki yang memiliki tegangan lebih tinggi, dilas dengan cara butt weld penetrasi penuh. Simbol-simbol standar untuk pengelasan, brazing dan inspeksi NDT dijelaskan pada ANSI/AWS A2.486. Tabel simbol las AWS diberikan pada gambar 100-37 dan Appendix E.
1.2.2. Detail Sambungan Sambungan Tumpul Persegi Pada proses las SMAW, S MAW, sambungan tumpul persegi seperti tampak pada Gambar 100-17 digunakan untuk menyambung pipa secara single weld dengan ketebalan hingga 1/8 inci, dan menyambung plat dengan cara double weld dengan ketebalan hingga 5/16 inch. Sambungan tumpul persegi adalah sambungan yang paling mudah dibikin karena tidak memerlukan pembevelan. Sambungan ini bisa dibuat dengan menggunakan alat oxyfuel gas cutting, mesin gerinda, atau gunting. Gambar 100-17. Sambungan Tumpul Persegi
Sambungan single Sambungan single V Pada proses las SMAW, disain sambungan berbentuk single V (Gambar 100-18) digunakan untuk penyambungan pipa secara single weld dan penyambungan plat secara double weld untuk ketebalan hingga 3/4 inch. Bentuk sambungan seperti ini bisa dibuat dengan menggunakan lampu potong atau mesin gerinda. Gambar 100-18. Sambungan Single V Sambungan Double V Sambungan double V (Gambar 100-19) lebih ekonomis untuk pengelasan plat tebal 3/4 hingga 2-1/2 inci dengan proses las SMAW, karena volume logam las yang akan diisikan lebih sedikit dibandingkan dengan memakai sambungan single V . Gambar 100-19. Sambungan Double V Pada sambungan jenis ini perlu dilakukan back gouging pada root pass setelah pengelasan dari sisi pertama selesai untuk mendapatkan penetrasi sempurna. Kontrol terhadap perubahan bentuk bisa menjadi lebih baik, karena pengelasan dari sisi kedua akan mengimbangi pengelasan dari sisi pertama. Pada sambungan double V dengan ketebalan tidak sama, sama , pengelasan yang pertama kali dilakukan adalah sisi yang paling dalam (misalnya 0,67T) karena backgouging cenderung akan mengimbangi dalamnya pengelasan. Pada sambungan yang memiliki ketebalan sama, kedua belah sisi bisa dilas pertama kali. Sambungan jenis ini bisa dibikin dengan menggunakan lampu potong atau mesin gerinda.
Modifikasi Sambungan pada Pengelasan Pipa.
Apabila melakukan pengelasan pada pipa dengan tebal lebih dari ¾ inci dengan cara SMAW, bisa digunakan sambungan V yang dimodifikasi atau single U (lihat Gambar 100-20) sebagai menggantikan sambungan pipa single V standar. Karena persiapan untuk membuat sambungan yang dimodifikasi ini harus dilakukan dengan mesin, sambungan jenis ini bisa menjadi lebih mahal dari pada sambungan single V biasa. Meskipun demikian, volume logam las yang dibutuhkan menjadi lebih kecil dan pemakaiannya bisa menghemat waktu pengelasan. Gambar 100-20. Bentuk Sambungan pada Pipa Tebal Fillet Weld
Fillet weld (lihat Gambar 100-21) membutuhkan persiapan sambungan paling sedikit. Pelurusan terhadap lap joint atau T-joint harus teliti (umumnya dalam 1/16 inci) jika tidak maka efektifitas throat fillet weld tidak terbentuk. Celah yang lebih lebar membutuhkan ukuran fillet atau bentuk las-lasan yang lebih besar dari arah satu sisi untuk mengimbangi celah lebar tersebut. Gambar 100-21. Fillet weld Sambungan Las pada Fitting
paste on) atau set-in (lihat Gambar Pengelasan pada fitting dapat dilakukan baik secara set-on ( paste 100-22). Set-on pada umumnya dipakai pada fitting yang memiliki diameter kecil (2 inci atau kurang) yang dilas dari arah satu sisi. Fitting ini bisa berupa coupling, weldolet, atau small forging yang dilobangi setelah pengelasan selesai. Set-in digunakan pada fitting yang memiliki diameter lebih besar, dan pada umumnya untuk pengelasan penetrasi penuh yang membutuhkan pengelasan dari arah dua sisi. Penguat (reinforcement ) pada bagian-bagian yang hilang sering kali diperlukan dan boleh jadi perlu pad plate atau penguat yang berasal dari fitting itu sendiri.
Gambar 100-22. Detail Pengelasan pada Fitting 1.2.3. Backing Ring dan Consumable Insert Backing Ring Permanen
Backing ring permanen digunakan untuk menahan cairan logam las (lihat Gambar 100-23). Ring ini pada umumnya tidak boleh dipergunakan pada pipa-pipa proses karena merupakan tempat berkumpulnya endapan-endapan korosif, foster crevice corrosion, dan menghalangi alat-alat pembersih internal. Ring ini juga dapat menimbulkan retak akar apabila kondisi pemakaian bergetar ( cyclic) dan terdapat kondisi tegangan balik pada akar. Pada pekerjaan dimana faktorfaktor ini tidak merupakan problem, backing ring bisa memperbaiki kualitas root pass dengan juru las yang yang tidak begitu begitu terampil. terampil. Gambar 100-23. Backing Ring Consummable Insert Consummable insert , tidak sama halnya dengan backing ring, karena consumable insert ini ikut terbakar atau bersatu ke dalam root pass sambungan selama pengelasan. Ring jenis ini dipakai untuk membuat root pass pipa memiliki kualitas radiografi, yaitu butuh bentuk bead yang lebih baik serta lebih sedikit pekerjaan perbaikan dan penolakan. Consumable insert memiliki bermacam-macam bentuk disain. Hal ini sering disebut sesuai dengan nama disainnya mula-mula atau sesuai dengan bentuknya, seperti:
1. Grinnel inserts (berbentuk persegi datar). 2. “Y” ring inserts. 3. EB (electric boat) inserts (berbentuk ring). 4. Kellogg inserts (flattened round wire). Sambungan las yang menggunakan consumable insert butuh kontrol toleransi yang lebih ketat selama mesinasi dan pelurusan, agar insert terhindar dari incomplete fusion. Salah satu toleransi untuk fit-up dan persiapan sambungannya adalah ± 0,010 inci. Consumbale insert pada
umumnya dapat diterima karena ia terbakar habis selama pengelasan dan biasanya mempunyai komposisi kimia sama dengan filler metal. Juru las perlu pengalaman atau pelatihan pada pengelasan dengan consumable insert supaya diperoleh pelelehan dan penyatuan insert yang sempurna. Detail ukuran dan syarat-syarat terhadap consumable insert dapat dilihat pada AWS A5.30. 1.2.4. Perubahan Ketebalan
Adakalanya tebal dari bagian yang akan disambung berbeda-beda. Contoh umumnya adalah penyambungan pipa yang mempunyai schedule berbeda, seperti elbow schedule 80 dengan pipa schedule 40, dimana elbow yang lebih tebal harus dipotong miring ( taper ) supaya sesuai dengan pipa yang lebih tipis agar diperoleh mutu root yang dapat diterima. Taper bervariasi terhadap code yang berbeda. Gambar 100-24 mengilustrasikan dua cara untuk menyambung pipa yang lebih tebal dengan pipa yang lebih tipis. Gambar 100-24. Persiapan Sambungan Pipa dengan Tebal Berbeda Seamless pipe dapat memiliki perbedaan ketebalan yang signifikan apabila diameter dalam dan diameter luar tidak kosentrik. Pelurusan yang buruk akan ditemui apabila bagian yang lebih tebal dari dinding salah satu pipa disambung dengan bagian yang lebih tipis dari pipa lain. Dapat dilakukan counterboring untuk menyesuaikan bore sepanjang tebal minimum atau tingkat tegangan tidak dilanggar.
Code pada umumnya tidak memperbolehkan perubahan ketebalan secara tiba-tiba pada sambungan butt weld, karena akan memperbesar kosentrasi tegangan. Disamping itu sambungansambungan single V pada pipa atau plat secara esensial harus sama rata dengan bagian belakang untuk menghindarkan cacat-cacat las pada akar seperti incomplete penetration. Pada pressure vessel yang mempunyai tebal dinding tidak sama, harus dilakukan taper apabila beda ketebalan lebih dari seperempat dari bagian yang lebih tipis, atau apabila beda ketebalan lebih dari 1/8 inci, yang mana yang lebih kecil, lihat Gambar 100-25. Transisi bisa dibuat dengan berbagai proses yang akan menghasilkan taper seragam, seperti weld buildup, pengerindaan, atau pembevelan dengan lampu potong. Panjang taper yang dibutuhkan meliputi lebar las-lasan. Gambar 100-25. Persiapan Sambungan Plat dengan Tebal Berbeda 1.2.5. Persyaratan Code Code seperti di bawah berikut dijadikan acuan oleh perusahaan-perusahaan konstruksi.
1. ASME Code for Boilers and Pressure vessels. 2. ANSI/ASME B31.3 Code for Piping. 3. ANSI/ASME B31.4 Code, B31.8 Code dan API Std. 1104 for pipelines.
4. API Std. 12D, 620, 650 for storage tanks. 5. AWS D1.1 for structures. Pressure Vessel.
Pengelasan pressure vessel dijelaskan dalam ASME Code Section VIII, Division 1. Disain sambungan harus memberikan akses, dimensi dan bentuk yang memenuhi fusi dan penetrasi yang dibutuhkan. Lihat Gambar 100-25 mengenai persiapan sambungan terhadap logam yang memiliki tebal tidak sama. Vessel yang terbuat dari dua buah plat atau lebih harus dilas secara longitudinal pada bagian yang berdekatan, yang kemudian diatur secara bergantian oleh sebuah jarak sebesar paling tidak 5 kali ketebalan plat. Nozzle atau reinforcement pada pressure vessel harus dipasang dengan pengelasan yang cukup untuk menghasilkan kekuatan penuh dari bagian-bagian penguat. Leher nozzle harus dipasang pada dinding vessel dengan las kampuh penetrasi penuh. Leher nozzle yang dimasukkan kedalam sebuah lobang pada dinding vessel bisa dipasang dengan las kampuh penetrasi penuh atau penetrasi sebagian; meskipun demikian pengelasan penetrasi penuh lebih diutamakan. Piping.
Chemical plant dan petroleum refinery piping dibicarakan dalam ANSI/ASME B31.3. Apabila ketidak lurusan internal pipa lebih dari 1/16 inci, bagian dinding yang lebih tebal harus di counterbored atau taper bored sehingga permukaan internal hampir rata. Ukuran perbandingan bevel yang direkomendasikan adalah 4:1, tetapi sudut bevel tidak boleh lebih dari 30 derajat. Hal ini akan mengurangi kosentrasi tegangan, mempermudah pengelasan root pass, dan meningkatkan inspeksi sambungan bila menggunakan radiografi. Counterboring atau tapering tidak boleh melanggar ketebalan minimum. Kepingan transisi bisa digunakan diantara pipa yang memiliki ketebalan berbeda, terutama apabila yield strengthnya juga berbeda. 1.2.6. Tegangan pada Butt Weld dan Fillet Weld
Gambar 100-26 mengilustrasikan istilah-istilah yang digunakan pada fillet weld. Gambar 100-27 sampai 100-31 memberikan persamaan-persamaan hitungan sederhana yang digunakan untuk menentukan tegangan pada butt weld dan fillet weld. Gambar 100-26. Istilah-istilah pada Fillet Weld Istilah-istilah standar
Istilah-istilah standar yang digunakan dalam menghitung tegangan sambungan las dalam contoh berikut adalah: S = normal stress, psi. Ss = shear stress, psi. M = bending moment, in-lb. P = external load, lb. L = length of weld, in. h = size of weld, in. Pada fillet weld, h = fillet size. Pada butt weld, h = ukuran tumit las-lasan tidak termasuk tonjolan las. Gambar 100-27. Butt Weld dengan Gambar 100-28. Fillet Weld dengan Beban Tegangan Langsung pada Beban Langsung Fillet Weld. Gambar 100-29. Bending Momen pada Gambar 100-30. Single Fillet Weld Fillet Weld Pada Beban Paralel Gambar 100-31. Double Fillet Weld dengan Beban Paralel. 1.2.7. Istilah-Istilah Sambungan dan Simbol-Simbol Las
Gambar 100-32 sampai 100-37 di bawah memperlihatkan penjelasan berdasarkan AWS dan istilah-istilah pada sambungan las kampuh tunggal dan las kampuh ganda, diikuti dengan posisiposisi pengelasan untuk las kampuh, fillet weld dan pengelasan pipa. Diperlihatkan juga simbolsimbol las standar yang digunakan untuk menjelaskan syarat-syarat sambungan las. Gambar 100-32. Sambungan- Gambar 100-33. Sambungan-Sambungan Las Kampuh Tunggal Sambungan Las Kampuh Ganda Gambar 100-34. Posisi-Posisi Gambar 100-35. Posisi Pengelasan pada Las Posisi Pengelasan pada
Kampuh Fillet Weld Gambar 100-36. Posisi-Posisi Pengelasan pada Pengelasan Pipa Gambar 100-37 a. Simbol-Simbol Las Standar AWS Gambar 100-37 b. Simbol-Simbol Las Standar AWS 1.3.0. KOMPOSISI LOGAM LAS
Pada umumnya, semua baja dan baja paduan yang diperbolehkan oleh code dan standard dapat dilas apabila menggunakan prosedur pengelasan yang tepat. Data bermacam-macam paduan disajikan dalam Alloy Fabrication Data pada Appendix A. Lampiran ini terdiri dari spesifikasi ASTM dan ASME yang dipakai, batasan komposisi kimia dan sifat-sifat mekanis, serta penjelasan mengenai syarat-syarat pengelasan seperti preheat, heat treatment, proses pengelasan, dan pemilihan jenis-jenis filler metal. Penjelasan mengenai pemilihan filler metal dibicarakan pada Bab 3, Praktek Pengelasan. 1.3.1. Filler Metal
Bahan tambah atau filler metal yang dipilih hendaknya memiliki komposisi dan sifat-sifat mekanis sama dengan logam dasar. Namun demikian komposisi logam las bisa juga berbeda apabila: - Sukar mengelas bahan-bahan las tertentu, misalnya pengelasan material 13 Cr dengan mempergunakan elektroda austenitic atau elektroda Ni-Cr-Fe. - Apabila diinginkan sifat-sifat mekanis khusus, misalnya pemakaian carbon steel pada suhu rendah dengan mempergunakan elektroda yang mengandung Ni. - Pengelasan logam berbeda ( dissimilar metal), misalnya penyambungan carbon steel dengan stainless steel dengan mempergunakan elektroda Ni-Cr-Fe. AWS memiliki 31 spesifikasi filler metal. Spesifikasi ini meliputi elektroda tungsten dan karbon, juga flux untuk brazing pada proses pengelasan pengelasan SAW dan ESW. Spesifikasi Spesifikasi ini secara teratur diperbaharui, dimana dua digit terakhir menunjukkan tahun keluaran yang dicantumkan pada nomor spesifikasi. Gambar 100-38 di bawah memperlihatkan proses pengelasan atau prosesproses yang dibicarakan diikuti dengan nomor spesifikasi AWS nya. ASME juga menerbitkan spesifikasi filler metal, yaitu ASME Section II, Part C Boiler and Pressure Vessel. Spesifikasi ini mirip dengan AWS. Spesifikasi filler metal ASME ditandai dengan penambahan huruf SF pada nomor AWS, misalnya SFA5.1. Sistem klasifikasi AWS pada filler metal ini menggunakan awalan seperti dijelaskan di bawah yang memberikan informasi, baik mengenai bentuk hasil maupun proses penyambungan. Perhatikanlah sebuah elektroda las busur yang menghantar arus las. Elektroda ini bisa dibalut
oleh flux, polos dan berinti komposit atau flux yang dipakai untuk proses las SMAW, GMAW, FCAW, GTAW dan SAW. R : Artinya welding rod yang mendapat pemanasan untuk kegunaan selain dari menghantarkan arus. ER : Artinya filler metal yang berfungsi sebagai elektroda las busur (menghantarkan arus) atau sebagai welding rod. EW : Artinya elektroda tungsten (tidak terumpan). B : Artinya brazing filler metal. RB : Artinya filler metal yang digunakan sebagai welding rod atau brazing Filler metal. RG : Welding rod yang dipakai pada proses las OAW. F : Singkatan dari flux pada proses las SAW IN : Singkatan dari consumable insert. Gambar 100-38. Spesifikasi Filler Metal berdasarkan AWS. 1.3.2. Elektroda SMAW
Elektroda terbungkus pada proses las SMAW menyediakan bahan tambah dan gas pelindung. Elektroda terbungkus ini memiliki berbagai macam komposisi pada inti kawat dan selaput pembungkusnya ( coating). Inti kawat las berfungsi sebagai bahan tambah pada saat pengelasan berlangsung. Sedangkan coating berfungsi seperti di bawah berikut, tergantung dari jenis elektrodanya, yaitu: - Memberikan gas pelindung untuk mencegah kontaminasi pada busur dan logam las dari pengaruh oxygen, nitrogen dan hydrogen yang terdapat di udara. - Membentuk lapisan terak ( slag) di atas kawah las dan endapan logam. - Mengionisasi unsur untuk menghaluskan busur las. - Menghasilkan zat deoxidizer dan pembersih untuk menghaluskan struktur butiran logam las. - Menghasilkan unsur-unsur paduan seperti molybdenum, nikel dan chromium pada baja-baja paduan rendah.
- Memberikan serbuk besi untuk mempercepat laju pengisian. Elektroda carbon steel, menggunakan sistem empat digit. Lihat Gambar 100-39, berdasarkan AWS A5.1 yaitu elektroda carbon steel untuk proses las SMAW. Dua digit pertama memberikan informasi tensile strength minimum logam las dalam ksi, misalnya E-60XX atau E-70XX. Digit ketiga memberikan informasi mengenai posisi pengelasan dan digit ke empat memberikan informasi mengenai jenis coating, jenis arus dan polaritas arus. Jenis coating akan menentukan posisi pengelasan, karakteristik pengelasan, dan jenis pembangkit listrik yang dibutuhkan. Misalnya elektroda E-6010 mempunyai tensile strength minimum 62.000 psi dengan coating dari jenis sellulosa. sellulosa. Elektroda Elektroda ini bisa digunakan digunakan dengan semua posisi, penetrasi busur dalam dan kuat, dan menggunakan arus DC dengan polaritas terbalik. Elektroda E-7018 memiliki tensile strength minimum 72.000 psi dengan coating jenis low hydrogen dan mengandung serbuk besi. Elektroda ini bisa digunakan dengan semua posisi, busur berbentuk halus dengan penetrasi sedang, dan mesti digunakan dengan arus DC polaritas terbalik.
Gambar 100-39. AWS A5.1- Elektroda SMAW untuk Pengelasan Carbon Steel Elektroda low alloy steel mengikuti spesifikasi AWS A5.5, dimana sistem klasifikasinya sama dengan elektroda carbon steel, tetapi ada penambahan huruf atau angka untuk memberikan informasi mengenai komposisi kimianya. Elektroda dengan kekuatan lebih tinggi, memiliki tensile strength minimum 100.000 psi atau lebih, mempergunakan system 5 digit, misalnya E10018-D2. Tiga digit pertama adalah singkatan dari tensile strength. Tensile strength minimum bisa seperti hasil yang dilaskan atau hasil pengelasan yang telah diberi PWHT, tergantung dari klasifikasinya. Akhiran berbentuk huruf dan angka atau hanya huruf saja, memberikan informasi mengenai komposisi kimia yang harus dipenuhi. Misalnya elektroda E-8018-B2 adalah elektroda dengan coating jenis low hydrogen, mengandung serbuk besi dengan komposisi nominal 1-1/4 Cr-1/2 Mo, dan E-8010-G adalah elektroda selulosa dengan klasifikasi umum, yang hanya perlu melakukan jumlah minimum dari satu unsur yang dicantumkan (komposisi sebenarnya ditinggalkan pada pabrik pembuat elektroda).
Gambar 100-40. AWS A5.5 – A5.5 – Elektroda Elektroda SMAW untuk Pengelasan Low Alloy Steel Elektroda stainless steel dijelaskan oleh spesifikasi AWS A5.4 (komposisi 5 Cr atau lebih) dan diklasifikasikan menurut AISI untuk komposisi deposit logam las dan jenis coating (dua digit terakhir). Coating elektroda dari jenis kapur (-15) atau titania (-16). Kedua coatingnya adalah jenis low hydrogen, hydrogen, tetapi karakteristik karakteristik lasnya berbeda. Kondisi ini akan mempengaruhi mempengaruhi posisi dan arus pengelasan yang digunakan. Elektroda-elektroda dasar atau berbungkus kapur (-15) mempunyai cairan slag sedikit, umumnya tahan terhadap retak, cocok untuk pengelasan semua posisi.
Elektroda coating titanium (-16) menghasilkan deposit las lebih halus dengan muka las cenderung berbentuk cekung. Elektroda ini hanya cocok untuk posisi datar dan horizontal. Elektroda ini merupakan elektroda turunan yang memperlihatkan muka bead elektroda coating titanium, dan karakteristik pengelasan semua posisi dari elektroda-elektroda coating kapur. Elektroda turunan ini kadang-kadang disebut dengan elektroda DC titanium.
Contoh elektroda stainless steel terbungkus adalah E-316-15. Elektroda ini mendepositkan logam las stainless steel jenis 316. Elektroda ini memiliki lapisan kapur, yang cocok untuk pengelasan semua posisi, dengan arus DC polaritas terbalik. Elektroda E-410-16 mendepositkan logam las stainless steel 12% Cr. Elektroda ini memiliki coating titanium yang pada umumnya tidak cocok untuk pengelasan semua posisi, tetapi dapat digunakan dengan arus AC atau DC polaritas terbalik. Lihat Gambar 100-41 mengenai elektroda stainless steel SMAW menurut AWS A5.4. Gambar 100-41. AWS A5.4 – A5.4 – Elektroda Elektroda SMAW untuk Pengelasan Stainless Steel. Coating pada Elektroda SMAW
Elektroda low hydrogen memiliki coating (selaput pembungkus) yang akan menyerap kelembapan apabila berada di udara terbuka, sehingga elektroda ini harus dibeli dalam wadah tertutup rapat, dan disimpan dalam oven pemanas setelah dibuka untuk menghindarkan penyerapan uap air. Bagaimanapun juga elektroda tidak boleh lembab atau basah. Elektroda dengan coating tahan basah ( moisture resistant ) disingkat MR, sekarang banyak dibuat oleh beberapa manufacturer. Elektroda baru ini sangat tahan terhadap kelembapan sehingga bisa digunakan setiap saat. Penyerapan uap lembap ke dalam elektroda low hydrogen dapat menimbulkan underbead cracking. Resiko retak ini semakin besar seiring dengan bertambahnya tensile strength elektroda tersebut. Gambar 100-42 memberikan rekomendasi waktu maksimum terbuka di udara (setelah wadah penyimpan dibuka atau dikeluarkan dari oven pemanas) pada kondisi sedang, yaitu suhu o 70 F dan kelembapan relatif 70 %) untuk elektroda low hydrogen dengan berbagai level kekuatan. Elektroda yang sudah terbuka di udara dalam waktu melebihi seperti disebutkan dalam Gambar 100-42, harus direkondisi di dalam oven untuk membuang kelembapan yang terserap oleh coating, atau elektroda tersebut dibuang sama sekali. Gambar 100-43 memberikan rekomendasi suhu penyimpanan dan suhu rekondisi elektroda yang biasa digunakan. Gambar 100-42. Lama Pemaparan Elektroda Low Hydrogen di Udara Terbuka yang Direkomendasikan Gambar 100-43. Prosedur Penyimpanan dan Rekondisi Elektroda yang Direkomendasikan 1.3.3. Elektroda GMAW dan FCAW
Gambaran umum mengenai kawat las untuk proses pengelasan GMAW dan FCAW berdasarkan kriteria AWS untuk carbon steel, low alloy steel, dan stainless steel diberikan pada Gambar 10044. Penjelasan ini sama dengan sistim yang digunakan pada elektroda SMAW tetapi ada beberapa bagian yang berbeda. Gambar 100-44. Kode AWS untuk Filler Metal Carbon Steel, Alloy Steel dan Stainless Steel pada Proses Las GMAW dan FCAW
Filler metal carbon steel dan low alloy steel untuk proses las GMAW mengacu pada spesifikasi AWS A5.18 dan A5.28, lihat Gambar 100-45 dan Gambar 100-46. Filler metal ini bisa juga digunakan untuk proses las GTAW dengan kode huruf awal “E” dan “R”.
Gambar 100-45. Kode AWS untuk Filler Metal Carbon Steel, Low Alloy Steel dan Stainless Steel untuk Proses Las GMAW dan FCAW Gambar 100-46. AWS A5.28 – A5.28 – Filler Filler Metal GMAW untuk Low Alloy Steel Elektroda carbon steel misalnya ER-70S-2, angka 70 menjelaskan tensile strength logam las dalam ksi, “S” merupakan singkatan dari solid (pejal), yaitu bentuk kawat las, dan angka 2 memberikan informasi kimia deoxidizer (Mn, Si dan lain-lain). Elektroda low alloy steel misalnya ER-80S-B2 penjelasan artinya sama seperti yang di atas, tambahan akhiran huruf dan angka memberikan informasi kandungan unsur kimia, misalnya B2 untuk 1-1/4 Cr dan ½ Mo. Filler metal carbon steel dan low alloy steel untuk proses las FCAW mengacu pada spesifikasi AWS A5.20 dan A5.29 seperti pada Gambar 100-47 dan 100-48. Elektroda ini mempunyai huruf “E” sebagai identifikasinya.
Gambar 100-47. AWS A5.20 – A5.20 – Filler Filler Metal FCAW untuk Pengelasan Carbon Steel Gambar 100-48. AWS A5.29 – A5.29 – Filler Filler Metal FCAW untuk Pengelasan Low Alloy Steel Elektroda carbon steel untuk proses las FCAW misalnya E-71-T5 dijelaskan dengan: digit pertama memberikan informasi mengenai tensile strength minimum setelah dilaskan (dalam 10 ksi). Digit kedua menjelaskan posisi- posisi posisi- posisi pengelasan (angka “1” untuk semua posisi, “0” untuk posisi flat dan horizontal). “-T” adalah singkatan dari tubular electrode, dan digit terakhir (1, 2 atau 5) adalah jenis slag yang dihasilkan oleh flux. Slag mempengaruhi manfaat dan karakteristik kinerja (lihat FCAW pada pasal 1.1.0, proses pengelasan mengenai jenis-jenis elektroda). Elektroda low alloy steel untuk proses las FCAW, misalnya E-81-T1-B2, penjelasannya sama kecuali adanya penambahan kode huruf dan angka untuk menjelaskan sifat kimia seperti elektroda SMAW (misalnya B2 untuk 1-1/4 Cr- 1/2 Mo. Filler metal stainless steel untuk proses las GMAW dan FCAW mengacu pada spesifikasi AWS A5.9 dan A5.2. Filler metal stainless steel untuk proses GMAW misalnya ER-308Si bisa (untuk rod). Jenis juga digunakan untuk GTAW dan sama-sama sama- sama mempunyai awalan “E dan R” (untuk rod). stainless steel ditunjukkan oleh nomor AISI misalnya 308. Akhiran Si digunakan apabila filler metal mempunyai kandungan unsur silikon tinggi, yang ditambahkan guna meningkatkan sifat mampu las. Elektroda stainless steel untuk proses las FCAW misalnya E-316T-1 menggunakan awalan “E” stainless AISI 316, “T” singkatan dari tubular, dan mempunyai akhiran angka yang memberikan informasi gas pelindung yang diperlukan. Misalnya angka “1” untuk CO2 dan “3″ untuk berpelindung sendiri.
1.4.0. PREHEAT 1.4.1. Alasan Melakukan Preheat. Preheat atau pemanasan awal dilakukan untuk mencegah terjadinya retak las. Preheat kadangkadang juga diperlukan untuk menghilangkan tegangan sisa ( residual stress), meningkatkan ketangguhan, dan mengendalikan sifat-sifat metalurgi di daerah HAZ.
Hasil pengelasan kadang-kadang langsung retak begitu pengelasan selesai dikerjakan. Retak hydrogen disebut juga dengan retak tertunda, retak dingin atau underbead craking yaitu retak yang sering terjadi karena preheat tidak tepat atau karena hardenability logam kerja sangat tinggi. Gambar 100-49, memperlihatkan beberapa penyebab retak, preheat yang tidak tepat, hardenability plat yang tinggi, dan masalah-masalah lain, yang menjadi penyebab hampir separuh dari masalah retak las pada pengelasan struktur. Gambar 100-49. Penyebab Retak pada Pengelasan Struktur Retak hydrogen pada umumnya terjadi di daerah HAZ seperti retak tumit ( toe crack ) atau underbead crack . Retak hydrogen ini bisa juga terjadi pada logam las yang memiliki kekuatan tinggi, terutama pada root pass. Retak-retak ini disebut dengan retak tertunda ( delayed crack ) karena terjadi beberapa saat setelah pengelasan selesai. Inspeksi sebaiknya ditunggu 24 hingga 48 jam apabila retak tertunda mungkin terjadi. Hal ini tidak terjadi pada pengelasan baja karbon rendah atau baja karbon biasa. Selama retak hydrogen terjadi, tiga faktor berikut ini pasti ada : - Hydrogen. - Tegangan tinggi. - Kekerasan logam induk sangat tinggi. Retak hydrogen bisa dihindarkan dengan mengontrol tiga faktor di atas. Hydrogen.
Kandungan hydrogen hasil pengelasan berkaitan langsung dengan jumlah hydrogen yang terdapat selama proses pengelasan, yang diukur sebagai hydrogen potensial kawat las. Elektroda-elektroda low hydrogen seperti E-7018, sering digunakan untuk membatasi jumlah hydrogen masuk ke dalam logam las. Suatu proses pengelasan dikatakan low hydrogen, apabila kandungan hydrogennya kecil dari 10 ml dari 100 g logam setelah pengelasan. Panas karena preheating akan membuat hydrogen merembes keluar dari daerah logam las dengan kecepatan lebih tinggi, dengan demikian mengurangi kandungan hydrogen berarti mengurangi kemungkinan terjadinya retak hydrogen.
Stress Level.
Tegangan ( stress) pada logam las ditentukan oleh kekangan ( restrain) pada sambungan ketika logam las tersebut sudah dingin kemudian mengkerut, dan juga oleh yield strength logam induk dan logam las. Semakin tinggi kekangan yang terbentuk pada tegangan tinggi, semakin besar kemungkinan terjadinya retak. Dalam usaha untuk mencoba menentukan berapa suhu preheat yang harus diterapkan, derajat kekangan sambungan perlu diperkirakan. Namun demikian, kekangan tersebut sulit dihitung, karena ia dipengaruhi oleh ukuran logam las, geometri sambungan, tebal logam dasar, kelurusan dan desakan luar ( external constrain). Perkiraan besarnya kekangan sering disederhanakan hanya dengan meninjau tebal sambungan yang akan dilas. Suhu preheat sering dinaikkan apabila ketebalan bertambah dengan tidak menghiraukan kerumitan dari sambungan yang dilas. Namun demikian, ada perbedaan signifikan antara butt weld sederhana, pengelasan nozzle pada pressure vessel, dan sambungan kompleks T-Y-K dengan ring stiffeners pada anjungan lepas pantai. Semakin besar kekangan sambungan, semakin besar suhu preheat yang diperlukan. Kekerasan Baja.
Kepekaan daerah HAZ suatu baja terhadap retak hydrogen tergantung apakah daerah HAZ tersebut memiliki mikrostruktur yang rentan. Kerentanan mikrosruktur diukur secara sederhana dari kekerasannya, yaitu jika semakin tinggi kekerasan maka semakin rentan terhadap retak. Kekerasan HAZ dikontrol dengan membatasi komposisi kimia baja tersebut dan dengan mengontrol laju pendinginan setelah pengelasan dengan preheat. Laju pendinginan setelah pengelasan dipengaruhi oleh besarnya suhu preheat, dimana suhu preheat yang lebih tinggi menyebabkan pendinginan menjadi lebih lama dan kekerasan mikrostruktur menjadi lebih rendah. Laju pendinginan juga dipengaruhi oleh geometri sambungan, besarnya panas masukan dari proses pengelasan, interpass temperatur dan suhu lingkungan. Pengaruh komposisi kimia terhadap kekerasan diukur dari sifat mampu keras ( hardenability). Pada laju pendinginan yang diterapkan, baja dengan sifat mampu keras lebih tinggi akan mempunyai kekerasan HAZ lebih tinggi. Hardenability dapat diukur berdasarkan carbon equivalent (CE). CE adalah bilangan yang menggabungkan hardenability berbagai unsur paduan dalam bentuk ekivalensi-nya, dengan unsur carbon dalam besi. Rumus hardenability diberikan pada bagian akhir bab ini. Pada Gambar 100-50 terlihat bagaimana kenaikan hardenability (diukur dengan rumus ekivalen carbon sederhana C + Mn/4) secara drastis akan memperbesar sensitifitas terhadap retak hydrogen. Gambar 100-50. Pengaruh Preheat dan Carbon Equivalent terhadap Retak Panas pada Bead-on Plate Test Bagaimana Kebutuhan terhadap Preheat Berubah
Baja adalah sebuah logam paduan dengan bahan dasar besi yang mengandung carbon dan unsurunsur paduan lain, terutama manggan. Baja tradisional disebut juga dengan baja carbon biasa ( plain plain carbon steel), karena ia tidak memiliki paduan tambahan lain diluar bare minimum. Ini adalah jenis baja yang sangat biasa, terutama digunakan untuk pressure vessel sederhana, piping, pipe line dan baja struktur. Pada tahun 1960-an dikembangkan sebuah baja baru yang disebut high strength low alloy steels atau baja HSLA. Baja ini memiliki kekuatan lebih besar tanpa perlu heat treatment . Baja ini sekarang sudah lazim digunakan untuk tujuan yang sama seperti halnya baja karbon biasa. Namun demikian baja ini memiliki masalah, karena ia memiliki kandungan unsur paduan, meskipun rendah namun membuatnya menjadi lebih keras sehingga lebih sukar dilas tanpa retak hydrogen. Baja ini memerlukan suhu preheat lebih tinggi dibandingkan dengan baja karbon biasa. Pada awal tahun 1980-an, karena biaya preheat yang tinggi membuat perusahaan-perusahaan baja membuat baja generasi lain, disebut dengan thermo-mechanically controlled process steels atau baja TMCP. Ini merupakan nama yang cukup panjang untuk sebuah gagasan sederhana. Baja-baja TMCP mempunyai unsur karbon dan unsur paduan lain, yang secara signifikan lebih rendah agar hardenability-nya lebih rendah. Hilangnya kekuatan dari paduan yang lebih rendah, timbul karena proses rolling yang canggih di dalam pabrik baja, dimana air dialirkan secara cepat untuk mendinginkan baja panas tersebut selama rolling, dan menguncinya dalam bentuk mikrostruktur butiran yang tinggi. Mikrostruktur ini membuat baja tersebut memiliki kekuatan tambahan yang diperlukan untuk memenuhi spesifikasi kekuatan. Baja-baja TMCP memiliki sifat mampu las tinggi karena hardenability-nya rendah. Ada sedikit perubahan, seperti hilangnya kekuatan di daerah HAZ apabila panas masukan las cukup tinggi untuk mengendurkan mikrostruktur butiran, tetapi perubahan ini mendapat perhatian penuh dan dihadapi dengan memodifikasi proses pembuatan baja dan fabrikasi. Baja TMCP diusulkan secara intensif untuk proses fabrikasi dimana baja carbon biasa atau baja HSLA sudah lazim digunakan dahulunya. Baja TMCP diperkenalkan begitu cepat sehingga teknologi fabrikasi belum dapat mengikuti zaman. Masalah umum yang dialami oleh fabrikator dalam penggunaan TMCP (diusulkan untuk menghemat biaya preheat) yaitu spesifikasi pemilik masih menggunakan aturan preheat berdasarkan baja carbon biasa dan baja HSLA. Apabila pemilik sudah familiar dan memiliki pengalaman dengan baja-baja TMCP, penghematan signifikan akan dapat diharapkan karena pengurangan atau pemotongan drastis dari persyaratan preheat. 1.4.2. Menentukan Preheat Pada Baja Carbon Biasa.
Hardenability dihitung berdasarkan carbon equivalent (CE) dengan berbagai bentuk sejak awal tahun 1940. Standar yang diakui untuk baja carbon biasa adalah rumus dari International Institute of Welding, yang sekarang dikenal sebagai rumus IIW. CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Rumus carbon ekivalen IIW sudah dikembangkan pada baja dengan kandungan carbon tinggi dan tensile strength dari 60-100 ksi. Rumus ini berlaku untuk kandungan carbon 0,20 % atau lebih. Untuk memastikan sifat mampu las yang tepat dari baja, carbon ekivalen dibatasi dengan suatu nilai maximun. Besarnya batasan carbon ekivalen dan hubungannya dengan suhu preheat diberikan pada Gambar 100-51. Gambar 100-51. Preheat terhadap Carbon Equivalent berdasarkan rumus IIW 1.4.3. Menentukan Preheat Pada Baja HSLA dan TMCP Rumus Pcm.
Preheat terhadap baja HSLA secara tradisional ditentukan dengan menggunakan rumus IIW. Meskipun demikian, kecenderungan pembuatan baja baru-baru ini membenarkan pemakaian rumus hardenabilty yang kurang bersifat membatasi. Rumus IIW tidak boleh digunakan untuk menentukan preheat pada baja TMCP karena akan menghilangkan keuntungan ekonomis baja tersebut. Rumus hardenability yang baru dikembangkan pada pertengahan tahun 1960 dan awal tahun 1970, meramalkan secara lebih baik kecenderungan retak hydrogen baja-baja carbon rendah seperti baja HSLA dan TMCP. Rumus ini disebut dengan rumus carbon equivalent Pcm. Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B Rumus carbon ekivalen Pcm dikembangkan untuk baja-baja dengan kandungan carbon rendah dan tensile strength 60-130 ksi. Rumus Pcm ini lebih tepat dibandingkan dengan rumus carbon eqivalen IIW untuk baja yang memiliki kandungan carbon kurang dari 0,18 %. Menentukan preheat berdasarkan Pcm berkaitan dengan masalah pengukuran atau perkiraan sifat kimia baja, potensi hydrogen selama proses pengelasan dan besarnya kekangan sambungan. Batasan Rumus Pcm.
Rumus Pcm dapat diterapkan dalam batasan komposisi kimia berikut ini: Unsur Persen berat, wt %
C 0,07 - 0,22 Mn 0,40 - 1,40 Ni 0,0 - 1,20 Mo 0,0 - 0,70
Ti 0,0 - 0,05 B 0,0 - 0,005 Si 0,0 - 0,60 Cu 0,0 - 0,50 Cr 0,0 - 1,20 V 0,0 - 0,12 Nb 0,0 - 0,04 Menentukan suhu preheat yang diperlukan dengan menggunakan metode Pcm bisa sangat rumit. Banyak pendekatan dari metode IIW bisa dihilangkan karena kekangan dan potensi hydrogen harus diperkirakan. Sering juga tidak semua informasi diketahui atau tidak dapat ditentukan. Untuk membuat rumus Pcm bermanfaat dan untuk menyadari adanya potensi penghematan karena penghapusan preheat, harus dibuat asumsi-asumsi yang beralasan. Asumsi ini meliputi: – 2 inci. - Tebal benda kerja mulai dari 3/4 – 2 – 30 kJ/cm - Panas masukan mulai dari 17 – 30 - Kekangan las dari tingkat sedang sampai tinggi (khusus pada pengelasan struktur) - Elektroda adalah dari jenis low hydrogen (1,0 – 5,0 – 5,0 ml/100g) Gambar 100-52 memperlihatkan persyaratan preheat pada baja TMCP. Gambar 100-52. Persyaratan Preheat Berdasarkan Rumus Rumus Pcm Rumus Pcm sudah diterapkan pada pekerjaan-pekerjaan fabrikasi umum. Sifat kimia dari baja yang dibuat berubah secara cepat. Ketika modifikasi terhadap komposisi kimia baja HSLA diperkenalkan, korelasi Pcm yang lain sedang berkembang. Misalnya, boron, vanadium dan niobium adalah unsur-unsur paduan kuat yang kadang-kadang lebih berpengaruh di dalam rumus Pcm. Meskipun perkembangan ini berlangsung terus, peningkatan pemakaian baja TMCP menimbulkan penerimaan luas terhadap rumus Pcm semula, dan hendaknya digunakan untuk memilih preheat pada baja TMCP teknologi terbaru. Apabila seorang fabrikator atau pembuat baja menyarankan penggunaan rumus berbeda harus melibatkan para ahli bahan. 1.4.4. Preheat Pada High Alloy Steels Chrome-Moly Steels
Paduan-paduan seperti 5 Cr, 7 Cr dan 2-1/4 Cr-1 Mo memiliki unsur-unsur paduan yang ditambahkan karena alasan selain hardenability dan kekuatan seketika ( immediate strength), untuk memperbesar yieldnya. Sebagai contoh, chromium ditambahkan supaya tahan terhadap karat, atau Cr dan Mo ditambahkan untuk daya tahan terhadap penjalaran suhu tinggi. Karena penambahan paduan tinggi ini memperbesar hardenability, diperlukan preheat untuk mencegah retak hydrogen dan PWHT untuk menemper daerah HAZ. Suhu preheat untuk baja-baja paduan tinggi ini ditentukan dari rumus carbon ekivalen IIW. Rumus Pcm tidak tepat karena kandungan unsur paduan melebihi batasan korelasi Pcm, yaitu baja terlalu keras supaya Pcm bermanfaat. Ada kalanya muncul situasi dimana baja chrome-moly atau baja chromium bisa dilas tanpa perlu diberi PWHT. Misalnya, sebuah furnace tube bisa dioperasikan dengan suhu cukup tinggi untuk menghindarkan PWHT. Sebuah prosedur sudah dikembangkan sehingga baja-baja yang akan dilas tidak perlu diberi PWHT dan tidak terjadi retak hydrogen. Prosedur ini menahan suhu preheat dalam waktu cukup lama (sekitar satu jam) setelah pengelasan selesai, sehingga hydrogen yang terdapat di dalam baja bisa merembes keluar. Apabila PWHT sudah direncanakan tetapi pengelasan baja paduan rendah mampu keras (hardenable) tiba-tiba dihentikan sebelum pengelasan selesai, maka suhu preheat harus dipertahankan selama satu jam, sebelum baja tersebut menjadi dingin sama dengan suhu lingkungan, agar terhindar dari retak hydrogen tertunda. Apabila penghentian ini hanya sebentar, suhu preheat bisa dipertahankan sampai pengelasan dilanjutkan kembali. Apabila penghentian ini memakan waktu lama, dapat dilakukan heat treatment lanjutan (disebut juga dengan intermediate stress relief atau membuang tegangan lanjutan) pada benda kerja. Hal ini dilakukan dengan cara menaikkan suhu pengelasan sampai dalam batas suhu stress relief dalam waktu singkat. o Biasanya selama 30 menit pada suhu 1000 hingga 1200 F, diikuti pendinginan lambat dengan insulasi yang memadai untuk membuang tegangan lanjutan. Stainless Steel Austenitic stainless steel seperti Inconel dan seri 300, memiliki sifat tidak mampu keras ( non hardenable). Oleh karena itu logam ini tidak mudah terkena retak hydrogen tertunda sehingga tidak perlu diberi preheat.
Beberapa ferritic stainless steel (pada umumnya logam yang memiliki kandungan lebih dari 12 % Cr) dapat menjadi keras dan perlu diberi preheat. Preheat ditentukan dengan menggunakan rumus IIW. Casting Iron Casting iron atau besi tuang adalah paduan besi-karbon-silikon, agak mirip dengan carbon steel, tetapi kandungan unsur carbon pada casting iron sangat tinggi sekali, sehingga carbon akan membentuk grafit ketika pendinginan dari kondisi cair. Kandungan unsur carbon pada casting iron abu-abu sekitar 2 hingga 4 %, bandingkan dengan carbon steel yang hanya 0,2 %.
Kandungan unsur carbon yang tinggi ini membuat harga carbon equivalent (CE) menjadi lebih tinggi dari pada carbon steel. Preheat mutlak diperlukan. 1.4.5. Persyaratan Code dan Perusahaan Rekomendasi Preheat Perusahaan
Gambar 100-53 mencantumkan ringkasan persyaratan preheat minimum dari perusahaan Chevron untuk berbagai macam bahan. Perhatikan bahwa preheat yang direkomendasikan adalah harga minimum yang berdasarkan pada rumus carbon equivalent IIW, dan keuntungan ekonomisnya karena menghindarkan preheat pada baja-baja HSLA dan TMCP yang tidak diketahui. Apabila pemakaian baja-baja ini sudah diketahui terlebih dahulu, maka preheat berdasarkan IIW menjadi sangat konservatif dan mungkin menimbulkan harga penawaran fabrikasi yang sangat tinggi. Lihat pasal 1.4.3. ASME Section VIII
ASME Sect. VIII Boiler and Pressure Vessel Code tidak mencantumkan persyaratan wajib preheat. Rekomendasi nonmandatory dinyatakan pada Appendix R. ASME Code menyatakan bahwa kewajiban preheat tidak diperlukan, karena banyak variable-variabel yang mempengaruhi preheat, seperti dijelaskan pada awal pasal ini. ASME Section VIII, Sections UCS-56 dan UHA32, mengizinkan beberapa pengenduran persyaratan PWHT apabila logam-logam tersebut telah diberi preheat. AWS D1.1 Tabel 4.2.
American Welding Society’s Structural Welding Code-Steel Code-Steel (AWS D1.1), Tabel 4.2 merekomendasikan level preheat minimum berdasarkan kelompok-kelompok kekuatan untuk proses las low hydrogen dan non-low hydrogen. Level preheat ini berdasarkan pengalaman dan hanya cocok pada sambungan yang tidak memiliki kekangan “berlebihan” (seperti dijumpai dari pengalaman). AWS D1.1, Tabel 4.2 paling cocok untuk baja yang dinormalisasi secara konvensional, yang memiliki carbon equivalent IIW maksimum 0,45. Beberapa perusahaan menggunakan aturan preheat dalam AWS D1.1, Tabel 4.2 secara berbedabeda. Sebagai contoh, pengelasan di bengkel las terkenal dengan menggunakan material yang biasa dipakai, sering dikerjakan tanpa ada persyaratan di luar yang disebutkan oleh AWS Tabel 4.2. Pada bengkel las yang kurang terkenal atau apabila ada mateial baru atau material kritis difabrikasi, sering perlu preheat yang lebih luas dari yang dipersyaratkan oleh AWS. AWS D1.1 Appendix XI.
Preheat minimum dalam AWS D1.1, Tabel 4.2 lebih dari yang diperlukan pada baja-baja TMCP. AWS D1.1 direvisi pada tahun 1986 untuk mengetahui cara lain menentukan preheat minimum yang diperlukan guna mencegah retak hydrogen pada baja TMCP. Revisi tersebut dicantumkan dalam nonmandatory Appendix XI, “Guideline “Guideline On Alternative Methods for Determining Preheat.” AWS D1.1 mengingatkan pengguna terhadap perlunya pertimbangan yang berhati-hati berhati-hati
dari asumsi-asumsi dan pengalaman masa lalu, dalam menggunakan guideline ini. Appendix ini juga mengharuskan mengharuskan bahwa preheat yang lebih kecil dari yang disebutkan disebutkan oleh Tabel 4.2, dimasukkan ke dalam kualifikasi prosedur. Gambar 100-53. Preheat yang Direkomendasi pada Proses Las SMAW 1.4.6. Cara Lain Menentukan Preheat Uji Sifat Mampu Las
Ada kalanya korelasi rumus empiris seperti IIW dan Pcm tidak cukup untuk menentukan suhu preheat. Beberapa test pengelasan telah dikembangkan dan dapat digunakan untuk menentukan akurasi syarat preheat minimum. Sebagai contoh, test ini bisa digunakan secara akurat terhadap simulasi kekangan. API RP 2Z memberikan panduan terhadap penggunaan test kekangan Ygroove dan CTS untuk menentukan syarat preheat minimum. Preheat Puaca Dingin
Apabila suhu lingkungan lebih rendah dari titik embun, perlu dilakukan preheat untuk mencegah retak hidrogen tertunda dan porosity, yang timbul karena tangkapan air dari permukaan logam selama pengelasan. Pada umumnya pengelasan tidak dilakukan, apabila suhu benda kerja kecil o o dari 50 F tanpa melakukan preheat terlebih dahulu. Apabila suhu lingkungan di bawah 50 F, benda kerja harus diberi preheat sampai terasa hangat bila disentuh dengan tangan atau sekitar o 100 F. o
Apabila temperatur lingkungan di bawah 0 F, diperlukan prosedur mempertahankan suhu preheat sebelum dan selama proses pengelasan.
khusus
untuk
1.4.7. Cara Melakukan Preheat Luas Bagian yang Akan Diberi Preheat
Keseluruhan benda kerja atau hanya daerah disekitar sambungan saja bisa diberi preheat. Panas harus diberikan pada bidang yang cukup lebar, sehingga suhu daerah pengelasan tidak akan turun di bawah syarat preheat minimum selama pengelasan berlangsung. Pada umumnya, jarak 3 inci dari salah satu sisi sambungan las sudah cukup memadai untuk preheating lokal pada pengelasan pipa, pressure vessel dan tangki. Metode Preheat. Gas Burner. Propana atau gas alam banyak digunakan untuk melakukan preheat karena sederhana dan menghasilkan nyala api yang dapat memanaskan daerah cukup lebar. Meskipun demikian, alat ini tidak begitu akurat untuk menyediakan panas, oleh karena itu inspeksi untuk preheat secara seksama harus dilakukan oleh juru las sebelum mulai mengelas. Inspeksi mengenai preheat akan dibicarakan kemudian.
Pada fabrikasi pressure vessel dan pipa di bengkel-bengkel las, digunakan gas burner berbentuk ring atau batangan yang dipakai untuk memanaskan seluruh sambungan tanpa perlu diperhatikan secara terus-menerus oleh operator. Electric Heaters. Pemanas tahanan listrik sama seperti yang digunakan untuk PWHT lokal pada pengelasan pipa atau pressure vessel, dapat digunakan untuk keperluan preheat. Pemanasan dilakukan dengan cara membuat gulungan dua halves (setengah lingkaran) yang bisa dibuka pada logam las, dan dioperasikan dengan cara mengecilkan arus untuk tujuan preheat di daerah logam las. Setelah pengelasan, gulungan dibuka kemudian ditutup dengan insulasi PWHT. Diperlu-kan alat bantu tambahan untuk mengukur dan mengontrol suhu preheat. Radiant Heater. Radiant heater merupakan sumber preheat yang handal karena tidak menimbulkan asap, kelembapan atau hasil-hasil pembakaran lain yang dapat masuk ke dalam daerah pengelasan. Meskipun demikian, apabila dibandingkan dengan torch, radiant heater lebih mahal dan tidak praktis. Biaya pemanasan dengan radiant heater dijadikan alasan untuk melakukan preheating pada pengelasan tube-to-tubesheet , dimana kondensat dari alat pemanas nyala terbuka, dapat masuk ke dalam celah-celah dan menimbulkan problem. Radiant heater yang digunakan untuk preheating bisa secara listrik dengan lampu quartz atau element pemanas tahanan listrik Ni-Cr. Radiant heater pembakaran gas dengan permukaan keramik, wire screen, atau batu berpori juga banyak tersedia. Radiant heater jarang digunakan untuk preheating selain untuk pengelasan tube-end dan pekerjaan di bengkel-bengkel. Panas Induksi. Induction heating coil atau panas induksi biasanya digunakan untuk PWHT, tetapi dapat juga dipakai untuk preheat dengan cara sama seperti gulungan pemanas tahanan (resistance heating coil). Pemanas induksi harus dimatikan selama pengelasan berlangsung, karena perubahan medan magnet yang cepat akan berpengaruh terhadap pengelasan. Gulungan induksi juga akan mempengaruhi sifat magnet permanen pada logam-logam besi, dan benda kerja perlu di demagnetisasi sebelum pengelasan dimulai. 1.4.8. Inspeksi Preheat
Retak hydrogen sangat halus dan sulit dideteksi. Karena retak ini sering tidak terlihat beberapa saat setelah pengelasan selesai, ia bisa saja hilang apabila inspeksi dilakukan terlalu cepat setelah pengelasan selesai. Inspeksi harus ditunggu 24 sampai 48 jam apabila retak hydrogen tertunda menjadi perhatian utama. Waktu tunggu ini tidak perlu apabila benda kerja yang dilas adalah baja carbon rendah atau baja carbon biasa. Retak permukaan halus sangat mudah dideteksi dengan magnetic partikel test, atau dye penetrant test. Retak di bawah permukaan ( underbead crack) hanya dapat dideteksi dengan ultrasonic test. Radiography tidak efektif untuk mencari retak halus karena masalah geometri (lihat Bab 5 untuk pembahasan lengkap mengenai prosedur inspeksi). Pada pekerjaan-pekerjaan dimana pengelasan dilakukan dalam skala besar seperti fabrikasi anjungan lepas pantai, jadi beralasan untuk mulai melakukan inspeksi retak hydrogen dengan frekwensi tinggi, kemudian baru melakukan inspeksi untuk tujuan pemeliharaan setelah pihak fabrikator memiliki bukti bahwa prosedurnya menghasilkan pengelasan yang bebas retak.
Beberapa sambungan las lebih mudah terkena retak dibandingkan dengan bagian lain. Harus ada perhatian khusus untuk melakukan pengelasan dengan panas masukan rendah, terutama saat membuat tack weld . Inspeksi terhadap pengelasan kait penahan temporary scaffolding sering terabaikan. Las perbaikan dan gouging harus mendapat perhatian seksama karena mereka dapat diluar usaha produktif preheating Pengukuran Temperatur
Pengukuran suhu benda kerja dengan tepat adalah bagian penting dari preheat. Besarnya suhu dapat ditentukan dengan menggunakan c rayon untuk mengukur suhu preheat. Cara lain yaitu dengan menggunakan cat dan pellet yang bisa berubah warna atau mencair pada suhu tertentu. Thermometer kontak dan thermocouple bisa dipergunakan. Meludahkan merupakan petunjuk o yang baik untuk suhu sekitar 200 F. Permukaan yang hangat bila disentuh dengan tangan o mempunyai suhu sekitar 100 F. 1.4.9. Kontrol Interpass Temperatur Dan Line Heating Kontrol Interpass Temperatur
Ketelitian berkenaan dengan preheating dilakukan dengan cara mengontrol interpass temperature, yaitu menjaga suhu benda kerja dalam batasan suhu preheat yang tepat selama melakukan pengelasan yang berlapis-lapis. Penting sekali menjaga suhu interpass cukup tinggi untuk mencegah retak hydrogen tertunda, dan juga untuk mendapatkan keuntungan preheat lainnya. Pada umumnya, panas masukan dari proses pengelasan tidak cukup besar untuk mempertahankan suhu preheat secara tepat, sehingga perlu pemanas tambahan lain. Meskipun demikian, interval waktu yang singkat atau memberi jarak juru las dengan berhati-hati, seperti pada pengelasan pipa dengan SMAW, dapat memberi panas masukan yang cukup untuk menjaga suhu preheat dalam batasan yang dapat diterima. Suhu interpass yang terlalu tinggi dapat menimbulkan perubahan mikrostruktur yang tidak diinginkan, dan juga menurunkan kekerasan. Hal ini dapat terjadi pada pengelasan pipa dengan lapisan banyak, yang dikerjakan dengan proses las SMAW otomatis. Panas masukan yang tinggi akan menaikkan suhu benda kerja sampai pada level tinggi yang tidak diinginkan, sehingga pengelasan perlu dihentikan untuk mendinginkan benda kerja tersebut. Interpass temperature jarang mendapat mendapat perhatian perhatian seperti seperti halnya halnya preheat. preheat. Line Heating
Fabrikator kadang-kadang menggunakan obor pemanas ( heating torch) untuk pemanasan logam secara lokal, guna memperbaiki distorsi atau bila ingin melengkungkan logam tersebut sesuai dengan keperluan, dengan pengaruh upsetting lokal nyala api. Proses ini disebut flame straightening atau line heating. Hal seperti ini sering dilakukan pada fabrikasi kapal dan anjungan lepas pantai. Prosedurnya harus dikualifikasi terlebih dahulu, karena ada kemungkinan pemanasan permukaan logam tersebut melebihi temperatur kritisnya. Kondisi ini menimbulkan pemanasan lokal pada saat pendinginan, yang tidak diperbolehkan dalam banyak pemakaian,
apabila retak karena faktor lingkungan bisa terjadi pada daerah yang keras. Permukaan bisa juga menjadi keras karena karburisasi apabila karakteristik nyala api salah. 1.5.0. HEAT TREATMENT 1.5.1. Postweld Heat Treatment
Beberapa perlakuan panas ( heat treatment ) dapat diterapkan setelah pekerjaan pengelasan selesai. Perlakuan panas paska las sering dilaksanakan untuk tujuan menghilangkan tegangan sisa. ASME Boiler Pressure Vessel Code menyebut perlakuan panas paska las dengan postweld heat treatment (PWHT), dimana istilah ini lebih disukai pada pengelasan pressure vessel dan kontruksi pipa. PWHT kadang-kadang disebut juga dengan membuang tegangan ( stress relief ) dan bisa juga disebut dengan tempering. PWHT bisa diterapkan pada seluruh pengelasan atau hanya setempat. PWHT dilakukan karena alasan seperti berikut ini: 1. Mengurangi tegangan sisa ( residual stress). 2. Mengurangi kekerasan di daerah pengelasan dan daerah HAZ 3. Meningkatkan ketangguhan ( toughness). 4. Mengeluarkan hydrogen dari logam las. 5. Menghindarkan kerja dingin dari logam las. 6. Meningkatkan keuletan ( ductility). 7. Meningkatkan daya tahan terhadap retak karena faktor lingkungan ( environmental cracking) dan serangan karat. 8. Meningkatkan stabilitas dimensional selama machining. Alternatif lain PWHT dibahas pada pasal 1.5.2. Perlakuan panas suhu tinggi lain, termasuk annealing, normalizing, dan quenching dibicarakan pada pasal 1.5.3. PWHT diharuskan oleh ASME Boiler and Pressure Vessel Code, ANSI/ASME B31 Code for Pressure Piping atau oleh spesifikasi-spesifikasi perusahaan. Hal ini berdasarkan pada material, tebal, syarat-syarat ketangguhan dan tujuan akhir pemakaian. Petunjuk perusahaan terhadap PWHT mengikuti aturan-aturan yang ditetapkan oleh code sebagai syarat minimum dan syarat tambahan, dimana pengalaman pemakaian menunjukkan kebutuhan yang lebih konservatif. Gambar 100-54 memberikan ringkasan persyaratan ASME Pressure Vessel Code, ANSI Piping Code dan spesifikasi perusahaan Chevron untuk preheat dan PWHT. Gambar 100-55
memberikan ringkasan spesifikasi perusahaan Chevron untuk semua heat treatment (PWHT, annealing, normalizing dan hardening) dari berbagai bahan. Gambar 100-54. Persyaratan Preheat dan PWHT Berdasarkan ASME Pressure Vessel Codes, ANSI Piping Code dan Spesifikasi Perusahaan Chevron
Gambar 100-55. Spesifikasi Waktu, dan Suhu Heat Treatment Perusahaan Chevron Mengontrol Retak Karena Faktor Lingkungan
Retak karena faktor lingkungan seperti retak tegangan karat ( stress corrosion cracking) dan retak tegangan sulfida ( sulfida stress cracking) selalu menjadi perhatian pada kilang-kilang minyak, pabrik kimia dan lokasi-lokasi produksi. Salah satu cara efektif untuk mencegah retak ini yaitu dengan memberi perlakuan panas pada logam. Pada Gambar 100-56 dicantumkan ringkasan persyaratan PWHT dari perusahaan Chevron terhadap berbagai kondisi lingkungan. Kerusakan karena penggetasan hydrogen seperti retak tegangan sulfida dan retak tegangan karat berhubungan dengan masalah kekuatan dan kekerasan bahan, sehingga retak ini bisa juga dicegah dengan mengontrol kekerasan logam las dan menghindarkan logam dasar yang memiliki carbon equivalent tinggi. Bahan-bahan carbon steel clad dengan austenitic stainless steel sering tidak diberi perlakuan panas karena clad memiliki koefisien muai panas sangat besar. Hasil perlakuan panas terhadap tegangan diusulkan lagi ketika bahan-bahan clad menjadi dingin dari suhu heat treatment. Solid stainless steel vessel boleh diberi perlakuan panas dan boleh juga tidak. Vessel untuk pemakaian kimia sering tidak diberi heat treatment karena dapat menimbulkan sensitization, yang pada akhirnya menghasilkan serangan antar butir. Pipa dan vessel terbuat dari stainless steel tidak stabil, hampir tidak pernah diberi heat treatment karena ada resiko sensitization. Pipa-pipa stainless steel stabil umumnya diberi heat treatment untuk mencegah retak chloride external. Khlorida bisa datang dari lingkungan pantai, plant washdown , air pemadam kebakaran, atau dari insulasi. Beberapa retak hanya terjadi sekali-kali. Dengan demikian, praktek umumnya adalah untuk mendapatkan perlindungan apa yang bisa dicapai dengan mudah. Pada umumnya, pipa-pipa stainless steel NPS 2 atau lebih, diberi perlakuan panas sedangkan yang lebih kecil tidak. Perlakuan panas terhadap pipa NPS 2 atau lebih, secara kasar akan mengurangi 80 % bahaya, dari 20 % biaya yang dikeluarkan untuk menyediakan heat treatment terhadap semua pipa. Perlakuan panas menghindarkan masalah pelengkungan dan oksidasi pada valve-valve kecil. Alasan PWHT
PWHT terutama bertujuan untuk memperkecil tegangan sisa yang terdapat pada pengelasan. Tegangan sisa timbul karena pengkerutan logam las dan kerja dingin. Heat treatment dengan suhu lebih tinggi, seperti annealing atau normalizing, juga mengurangi tegangan sisa, tetapi metode membuang tegangan ini biasanya bukan merupakan alasan utama. Apabila ada benda kerja yang dimesinasi ( machining) dengan toleransi ketat setelah pengelasan, PWHT bisa memperkecil terjadinya perubahan dimensi dan distorsi selama proses mesinasi. PWHT juga dilakukan untuk mengurangi kerentanan terhadap retak tegangan karat ( stress corrosion cracking), dan secara umum bisa meningkatkan daya tahan terhadap karat. Gambar 100-56. Persyaratan PWHT Perusahaan Chevron Benda – benda benda yang mengalami kerja dingin seperti shell dan head plates pada vessel, atau belokan-belokan pipa dan tubing pada alat penukar panas, sering membutuhkan heat treatment. Menghilangkan tegangan pada logam yang mengalami kerja dingin ( cold work ), ), akan meningkatkan stabilitas dimensional, daya tahan terhadap patah getas, dan daya tahan terhadap retak tegangan karat dan serangan karat. ASME Section VIII, Division 1 pada umumnya mensyaratkan perlunya heat treatment setelah pembentukan dingin, bila perpanjangan serat ekstrim plat carbon dan plat baja paduan rendah lebih dari 5 %, dan persyaratan tertentu lainnya (misalnya lethal service, impact testing, tebal lebih dari 5/8 inci, pengurangan ketebalan sebesar 10%, dan membentuk suhu yang menyebabkan strain aging). Section UCS-79 menjelaskan syarat-syarat pembentukan shell dan head , dan rumus untuk menghitung perpanjangan serat ekstrim. PWHT juga menemper dan melunakkan daerah pengelasan dan daerah HAZ, yang menjadi keras karena pengaruh pendinginan cepat, yang berasal dari suhu tinggi. Pada baja chrome-moly dan baja diperkeras lainnya, tempering ini merupakan fungsi paling penting di dalam PWHT. Tempering mengurangi kekerasan dan kekuatan, juga meningkatkan ductility dan toughness. Keuntungan perlakuan panas dari pembuangan tegangan dan tempering adalah meningkatnya daya tahan terhadap retak tegangan sulfida dan penggetasan hydrogen. Beberapa struktur bisa memiliki ukuran terlalu besar untuk diberi heat treatment. Sering lebih praktis memfabrikasi komponen yang memiliki tegangan tinggi dalam bentuk sub-asemblies, kemudian baru diberi PWHT untuk mengurangi residual stress dan memperkecil resiko patah getas. Contoh struktur yang dirakit dilapangan, dan berasal dari sub-assemblies yang difabrikasi di bengkel las dan diberi PWHT, adalah bukaan (misalnya manways dan cleanout doors) pada shell plate lantai tangki. Contoh lain adalah pemasangan column-to-shell pada tangki bola berukuran besar. Pendekatan ini juga telah digunakan pada komponen-komponen kritis dari bangunan besar dan jembatan-jembatan. Perhatian terhadap Suhu PWHT yang Rendah.
Suhu dan waktu harus dipertimbangkan dalam pemilihan prosedur PWHT. Pada bahan-bahan tertentu, dapat diterapkan suhu lebih rendah apabila holding time dinaikkan. Section UCS-56 ASME Section VIII menspesifikasikan holding time minimum untuk mengurangi suhu penahanan normal pada carbon steel dan baja-baja paduan rendah.
Penurunan suhu di bawah Holding time minimum o
holding temperature normal, F dengan suhu diturunkan hr/in. dari ketebalan 50 5 100 4 150 10* 200 20* * Hanya untuk material P-No.1, Group No.1 dan 2 (misalnya A285 Gr C dan A516 Gr 70). Meskipun kompensasi waktu dan suhu diperbolehkan, tingkat tegangan sisa pada pengelasan o o setelah 20 jam pada 900 F masih lebih besar dari pada setelah satu jam dengan suhu 1100 F. Pengurangan tegangan sisa pada waktu berbeda dengan waktu untuk satu baja carbon-mangan diberikan pada Gambar 100-57. Karena carbon steel bersifat ulet, suhu PWHT rendah ini dapat diterima meskipun keuntungan pembuangan tegangan berkurang. Suhu lebih rendah tidak diperbolehkan jika melakukan PWHT untuk menemper bagian yang keras di daerah pengelasan atau daerah HAZ, guna menghindarkan retak getas hydrogen, atau retak tegangan sulfida. Gambar 100-57. Pengaruh Suhu dan Waktu pada Pembuangan Tegangan Sisa Baja CarbonMangan Pada baja chrome-moly, ada sedikit pengenduran ( relaxation) tegangan pada suhu perlakuan panas yang lebih rendah. Hal ini terjadi karena kekuatan penjalaran ( creep strength) baja tersebut tinggi, sehingga menahan pengenduran dan kestabilan chromium, dan juga karbid molybdenum akan menahan tempering. Ini berguna supaya temper pengelasan chrome-moly terhadap level kekerasan diperbolehkan pada pressure vessel dan pipa, prosedur membutuhkan heat treatment o pada batasan suhu 1300-1400 F, minimal selama 2 jam. Heat treatment ini dirancang untuk mengurangi kekerasan dan tensile strength daerah pengelasan dan daerah HAZ di bawah 215 Brinnel dan 100 ksi. Tabel pada Gambar 100-58 memperlihatkan besaran waktu dalam berbagai suhu, untuk menghasilkan derajat tempering yang sama pada baja 2-1/4 Cr-1 Mo. Perlakuan panas terhadap o material ini pada suhu kurang dari 1250 F (suhu minimum yang dipersyaratkan oleh code), sangat tidak memuaskan. Sebagai catatan diperlukan pemaparan sekitar 1 tahun (10.000 jam) o o pada suhu 1050 F untuk memperoleh suhu yang setara dengan 1325 F. Gambar 100-58. Ekivalensi Suhu dan Waktu Tempering pada 2-1/4 Cr-1 Mo Steel Suhu tempering terhadap baja-baja mampu keras sangat penting, karena apabila baja ini ditinggalkan sewaktu dilas, atau diberi PWHT dengan suhu terlalu rendah untuk mendapatkan
tempering yang cukup, daerah pengelasan akan mengalami pelunakan yang tidak memadai, dengan tingkat kepekaan terhadap retak getas dan kegagalan penggetasan hydrogen seperti retak tegangan sulfida (SSC). Pada pengelasan antara dua material berbeda, suhu heat treatment yang tepat biasanya adalah suhu lebih tinggi yang diperlukan diantara kedua material. Namun demikian beberapa kombinasi, seperti stainless steel 1-1/4 Cr-1/2 Mo atau baja C-1/2 Mo, harus dipertimbangkan secara terpisah karena ada resiko overheating atau kehilangan daya tahan terhadap korosi pada salah satu material. Laju Pemanasan dan Pendinginan pada PWHT
Laju pemanasan dan pendinginan baja selama PWHT mempunyai sedikit arti metalurgi. Meskipun demikian baja harus mendapat pemanasan atau pendinginan cukup perlahan untuk menghindarkan gradien suhu yang tinggi, karena bisa menyebabkan distorsi dan mempengaruhi tegangan tinggi. ASME membatasi laju pemanasan dan pendinginan sebagai berikut: o
o
1. Pemanasan pada suhu di atas 800 F dibatasi sampai 400 F per inci ketebalan per jam, tetapi o tidak lebih dari 450 F per jam. o
o
2. Selama pemanasan di atas 800 F perubahan suhu maximum adalah 250 F dalam interval 15-ft o
3. Selama waktu penahanan, beda suhu tertinggi dan terendah dibatasi 150 F. o
o
4. Pendinginan di atas 800 F dibatasi pada 500 F per inci ketebalan per jam tetapi tidak lebih o dari 500 F per jam. ANSI/ASME B31.3 tidak membatasi laju pemanasan maupun pendinginan, karena perubahan bentuk tidak menjadi masalah pada sambungan pipa, karena simetri dan fleksibelitasnya. Hal ini diperbolehkan pada pipa yang diberi PWHT setempat disekeliling sambungan, tetapi apabila spool yang rumit hendak diberi heat treatment dalam dapur pemanas ( furnace), harus ada pertimbangan untuk mengontrol gradient suhu guna menghindarkan terjadinya distorsi. Pita Pembalut PWHT Lokal pada Pengelasan Pipa
Meskipun PWHT lokal disekeliling pengelasan pipa sering dilakukan dilapangan, PWHT terhadap seluruh rakitan pipa dalam dapur pemanas akan menghasilkan tegangan sisa paling rendah, karena tegangan pembengkokan ekspansi thermal tidak terpengaruh selama heat treatment. Untuk tujuan perlindungan lingkungan, dimana diperlukan tegangan sisa rendah dan pemakaian dapur pemanas tidak praktis, pita pembalut untuk PWHT lokal bisa lebih tepat untuk mengontrol guna memperoleh hasil yang lebih baik. Dari penelitian diperoleh rekomendasi seperti di bawah berikut, untuk memperoleh pengurangan tegangan sisa maksimum, selama PWHT lokal carbon steel pengelasan pipa datar.
1. Suhu minimum pita berbagai pipa dengan tebal 1/2 inci atau kurang diberikan pada Gambar 100-59. Pita minimum untuk semua ukuran dan ketebalan pipa dapat dihitung sebagai berikut: BW = 2 x { [2,06 x (R x t)1/2] + 1} Dimana : BW = Band width t = Tebal pipa R = Jari-jari tengah dinding. Gambar 100-59. Lebar Pita Pemanas Minimum dan Jumlah Thermocouple yang Dibutuhkan, untuk PWHT Lokal pada Pipa dengan Tebal ½ inch atau Kurang, pada Posisi Horizontal. 2. Untuk mengontrol suhu PWHT pada pengelasan pipa ukuran 12 inci atau lebih, disarankan ada dua daerah pemanasan, yaitu dengan cara meletakkan thermocouple pada posisi jam 12 dan jam 6. Pada pemanasan tunggal, thermocouple diletakkan pada posisi jam 12. Thermocouple harus diletakkan ditengah las-lasan dan tidak boleh diinsulasi dari tahanan pemanas. Lihat Gambar 100-60 dan Gambar 100-61, untuk lokasi peletakan thermocouple, pita pemanas dan insulasi pipa las. 3. Bacaan thermocouple harus digunakan untuk memonitor suhu. Untuk pipa 12 inci atau kurang, paling sedikit gunakan satu thermocouple. Untuk pipa lebih dari 12 inci, dua thermocouple. Thermocouple harus diletakkan 90 derajat dari kontrol thermocouple di tengah las-lasan dan juga tidak boleh diinsulasi dari resistance-heater . 4. Gunakan nichrome resistance-heating pad dengan pita keramik. Pasang pemanas tahanan sehingga terpusatkan ditengah las-lasan sehingga memiliki kontak bagus dengan permukaan. Bila mengelas pipa dengan flange, flange harus dililit dengan resistanceheater untuk kompensasi material yang tebal. 5. Insulasi dengan bahan serat keramik dua inci harus menutupi resistance-heater dan pipa berdekatan, minimum 9 inci dari masing-masing pinggiran heater. Baik insulasi satu lapis dua inci ataupun dua lapis satu inci dapat dipakai, tetapi insulasi dua lapis satu inci pada umumnya mempunyai heat losses lebih rendah. Pada pipa-pipa terbuka dimana bagian dalamnya bisa dijangkau, panjang dan tebal insulasi (termasuk lebar heater dan 9 inci dari masing-masing sisi) harus digunakan dalam pipa. Pada pengelasan pipa dengan flange, flange harus ditutup sempurna dengan insulasi pada bagian luar dan bagian dalam berlawanan arah dengan pemanas flange dan pipa dan lebih dari 9 inch. Gambar 100-60. Pita Pemanas dan Insulasi pada Pengelasan Pipa Gambar 100-61. Lokasi Thermocouple Pengendali dan Pemantau pada pengelasan Pipa
o
6. Lakukan PWHT semua FCC main fractionator over head piping dengan suhu 1150 F sampai o dengan 1250 F selama satu jam/inci tetapi tidak kurang dari 1 jam. Suhu yang sedikit lebih tinggi akan membantu mengurangi tegangan sisa selanjutnya dan efektif dengan insulasi pemanas yang lebih lebar dan lebih baik. Pengukuran dan Persyaratan Kekerasan
Pengukuran kekerasan ( hardness) umumnya digunakan untuk menentukan efektifitas PWHT terhadap bagian-bagian baja dan equipment. Karena alasan ini, ANSI/ASME B31 mensyaratkan pengukuran kekerasan berdasarkan pada porsi yang mewakili pengelasan struktur sebenarnya. Persyaratan ini diterapkan pada pengukuran logam las, bukan daerah HAZ atau yang lainnya. Mengukur kekerasan biasanya dikerjakan di lapangan dengan portable Brinell hardness tester seperti Telebrineller . Telebrineller sangat luas pemakaiannya karena sederhana dalam pengoperasian, akurasi lumayan dan sangat mudah dibawa. Batas kekerasan logam las dari perusahaan Chevron adalah seperti berikut: Carbon steel 200 BHN Max. Carbon-moly steel 215 BHN Max. Chrome-moly steel 215 BHN Max. 12-Chrome steel 235 BHN Max. Kekerasan ini lebih rendah sedikit dari pada Tabel 331.3.1 ANSI/ASME B31.3 lihat Gambar 100-54. Hal ini untuk menjamin kekerasan lebih rendah dari batas ambang retak tegangan sulfida pada pemakaian asam basah ( wet sour service). Disamping test kekerasan lapangan dilakukan pada struktur sebenarnya untuk menentukan kekerasan deposit rata-rata logam las, pengukuran kekerasan kadang-kadang perlu dilakukan pada tets plate selama prosedur kualifikasi test. Pengujian ini disebut dengan microhardness, menggantikan kekerasan rata-rata yang dihasilkan oleh Brinell tester. Vicker test memiliki hasil pengukuran kekerasan lebih akurat, yang digunakan untuk pemakaian seperti sour service. Vicker test menggunakan skala berbeda dengan Brinell test. Pengujian ini dilakukan pada tampang lintang pengelasan, dan kekerasan pada logam las dan daerah HAZ diperiksa pada lokasi-lokasi yang ditentukan (misalnya jarak tertentu di bawah permukaan las). Persyaratan sour service yang telah digunakan pada aplikasi pipeline, menspesifikasikan harga maximum Vicker hardness adalah 250 (VHN) dengan menggunakan beban 5 kilogram. Pengujian dilakukan pada logam las dan daerah HAZ pada jarak 2 mm di bawah permukaan dalam dan luar bahan. PWHT Stainless Steel dan Clad Plate
Baja tahan karat austenitic chrome-nickel (seri 300) diberi heat treatment untuk meningkatkan daya tahan terhadap retak tegangan karat, yaitu dengan memperkecil tegangan sisa dari pengelasan atau kerja dingin ( cold forming). Supaya efektif, temperatur harus cukup tinggi untuk mengurangi tegangan hingga kurang dari seperempat yield strength. Heat treatment pada suhu o 1100-1200 F terlalu rendah untuk mengurangi tegangan sisa yang memadai, dan pengendapan karbit atau pemekaan ( sensitization) bisa terjadi. Sensitization bisa mengurangi daya tahan terhadap karat antar butiran, tetapi carbon rendah atau stainless steel stabil, akan menahan sensitization selama heat treatment dalam periode singkat. Suhu membuang tegangan yang o direkomendasikan untuk stainless steel, adalah 1550-1650 F untuk semua grade. Logam las tipe o 316L bisa rentan terhadap penggetasan sigma phase ketika dingin dari 1550 F, dan untuk alasan o ini suhu menghilangkan tegangan adalah 1200-1250 F. Namun demikian batasan suhu ini tidak akan menghilangkan tegangan sisa secara memadai, untuk menghindarkan retak tegangan karat (stress corrosion cracking). Apabila terdapat kondisi retak karat tegangan, maka kehilangan sedikit ductility dari penggetasan sigma phase merupakan masalah kecil dan pembuangan o tegangan normal pada suhu 1550-1650 F harus diterapkan untuk tipe 316L. Persyaratan PWHT untuk pressure vessel yang terbuat dari stainless steel clad plate, ditentukan o oleh jenis dan tebal backing plate. Batasan suhu heat treatment dari 1100 sampai dengan 1400 F pada baja vessel, akan menurunkan daya tahan terhadap karat antar butir pada beberapa grade stainless steel. Karena alasan ini, pengaruh pengelasan dan heat treatment harus dipertimbangkan di dalam memilih stainless steel clad equipment. Solusi terbaiknya yaitu dengan menggunakan stainless steel carbon rendah atau stabilized grade yang distabilkan pada cladding. Tujuan PWHT clad vessel yaitu untuk memanaskan backing material dan bukan cladding. Cladding memiliki tegangan sisa lebih tinggi, karena ada perbedaan besar pada koefisien ekspansi thermal antara carbon steel austenitic dan carbon steel. Apabila clad plate dipanaskan, stainless steel cladding mencoba untuk memuai lebih jauh dari steel backing, tetapi tidak berhasil, jadi yieldnya mengalami tekanan. Apabila clad plate mendingin ke suhu lingkungan, cladding mencoba untuk mengerut lebih banyak dari pada steel backing, tetapi lagi-lagi tertahan. Hasilnya, cladding berakhir dengan tegangan tarik sisa hampir sebesar seperti kondisi yang dilaskan. PWHT untuk Paduan Nonferrous
Paduan nonferrous bisa diberi heat treatment, untuk mengurangi tegangan sisa yang berasal dari pengelasan atau cold forming, supaya dapat memperbesar daya tahan terhadap karat atau stress corrosion cracking. Heat treatment suhu rendah sering disebut penyamaan tegangan ( stress equalization). Pada suhu rendah ini, tidak banyak terjadi pelunakan sehingga tidak banyak penurunan tegangan sisa. Supaya benar-benar efektif, heat treatment harus menggunakan suhu o yang mendekati seperti pada anealing. Paduan alumunium dipanaskan sekitar 650 F. Paduan o o tembaga dipanaskan pada suhu 400-700 F. Paduan nikel diberi panas dengan suhu 1000-1500 F. 1.5.2. Alternatif PWHT
Cara lain kadang-kadang digunakan untuk mengurangi tegangan atau untuk tujuan meningkatkan sifat-sifat pengelasan menggantikan heat treatment konvensional. Metode yang paling sering
digunakan yaitu preheat suhu tinggi, menemper bead las-lasan, pemukulan ( peening) dan vibrational stress relief . Cara-cara ini tidak boleh dilakukan apabila akan mengurangi kerentanan terhadap retak karena faktor lingkungan seperti retak tegangan karat dan retak tegangan sulfida, adalah merupakan alasan untuk membuang tegangan. Batasan
Apabila metode membuang tegangan alternatif ini memiliki berbagai nilai, masing-masing cara tersebut harus dipahami supaya dapat menghindarkan bahaya integritas pengelasan. Peening akan mengurangi distorsi, tetapi tidak akan menurunkan tegangan sisa di bawah batas ambang untuk retak tegangan karat, dan tidak akan menemper daerah HAZ yang berasal dari bahan mampu keras. Peening bisa juga mengurangi impact toughness las-lasan bila diterapkan secara tidak tepat. Preheat dengan suhu lebih tinggi akan mengurangi tegangan sisa, tetapi dibatasi oleh National Board Inspection Code dan API 510 untuk baja carbon dan baja carbon-moly saja. Meskipun menemper bead adalah usaha untuk memisahkan daerah toughness rendah dengan bahan yang memiliki toughness lebih tinggi, metode ini tidak memberikan satupun keuntungan lain dari pembuangan tegangan panas, seperti mengurangi tegangan sisa dan tempering daerah HAZ sampai pada tingkat yang diperbolehkan. Vibrational stress relief tidak diperbolehkan oleh code menggantikan pembuangan tegangan panas pada pressure vessel dan pipa bertekanan, dan ia tidak akan mengurangi kekerasan di daerah HAZ untuk mencegah stress corrosion cracking. Preheat Suhu Lebih Tinggi
Preheat dengan suhu lebih tinggi akan membantu mengurangi tegangan sisa dari pengelasan. Teknik ini diakui oleh National Board Inspection Code dan API 510 sebagai PWHT cara lain untuk memperbaiki carbon steel dan carbon-moly steel. Daerah pengelasan dan logam dasar dengan jarak empat kali tebal plat (minimum 4 inci) pada masing-masing sisi sambungan, perlu o diberi preheat minimum 300 F dan suhu tersebut dipertahankan selama pengelasan. Suhu o interpass maximum dibatasi 450 F. Karakteristik ketangguhan pada kondisi seperti yang dilaskan (as- welded condition) harus ditentukan dengan tepat selama pengerjaan dan suhu test pressure. Temper Alur Las. Menemper bead las adalah teknik yang dimanfaatkan untuk meningkatkan daya tahan terhadap retak getas suhu rendah, pada pengelasan yang tidak praktis jika diberi preheat. Hal ini juga diakui oleh National Board Inspection Code dan API 510 sebagai pengganti PWHT, yang dapat diterima untuk memperbaiki baja-baja carbon, carbon-moly dan mangan-moly. Teknik ini menggerinda tipis lapisan las pertama dan menjaganya tetap kecil pada filler pass, sehingga setiap lapisan mendapat heat treatment dan menghaluskan lebih banyak mikrostruktur di bawahnya. Metode ini berdasarkan pengujian yang telah memperlihatkan, bahwa terdapat pita sempit pada setiap pengelasan daerah HAZ yang dipanaskan, untuk menghilangkan tegangan optimal atau menormalkan suhu dari lapisan las berdekatan. Dengan teknik ini, apabila terdapat banyak lapisan tipis pada pengelasan, ada sejumlah besar daerah dengan sifat mekanis yang baik. Lapisan terakhir harus dibuat dengan lapisan las terakhir terletak ditengah.
Peening
Peening atau pemukulan dengan martil tidak bisa digantikan dengan heat treatment atau bila pembuangan tegangan panas diperlukan untuk melunakkan pengelasan yang keras dan daerah HAZ guna mencegah retak getas hydrogen atau retak tegangan sulfida.
Peening bermanfaat untuk mengurangi tegangan susut transversal, yang akan menimbulkan distorsi atau retak pada bagian yang lebih tebal, atau pada vessel. Penyusutan logam las terjadi selama tahap pembekuan dan pendinginan suhu pengelasan. Pemukulan dilakukan dengan cara deformasi plastis ( cold working) permukaan logam las. Lapisan logam las yang berikutnya akan menghilangkan pekerjaan dingin dari lapisan sebelumnya. Peening pada umumnya dilakukan pada pengelasan baja carbon dan baja paduan rendah, meskipun telah diterapkan juga pada baja stainless dan baja paduan nickel tinggi. Peening digunakan untuk memperbaiki hasil pengelasan besi tuang dan besi tempa tebal, dan juga hasil pengelasan nozzle atau penguat ( patches) vessel dinding tebal. Pneumatic chipping gun ukuran menengah dan besar dengan alat round-nose digunakan untuk melakukan deformasi plastis logam las. Akan terjadi lekukan-lekukan dan serpihan-serpihan pada permukaan las, akan tetapi hal ini tidak menjadi masalah, karena permukaan itu akan meleleh kembali oleh lapisan berikutnya. Lapisan las pertama tidak boleh dipukul karena ada resiko retak terhadap logam las yang tipis. Lapisan terakhir juga tidak boleh dipukul-pukul, karena sifat yang buruk dari lapisan kerja dingin. Pemukulan baru boleh dilakukan setelah logam las menjadi dingin sampai ke suhu preheat atau interpass temperatur.
Suatu cara untuk menentukan apakah hasil pengelasan sudah dipukul-pukul dengan tepat, yaitu dengan cara memberi dua buah tanda ( punch-mark ) melintasi sambungan las dan diberi jarak sepanjang jalur las. Setelah setiap lapisan las, peening harus dilakukan sampai jarak punch mark kembali ke ukuran semula kemudian diukur dengan pointed divider . Setelah lapisan las didepositkan kemudian dipukul-pukul, jaraknya harus berkurang sampai kecil dari 1/32 inci. Apabila tebal pengelasan lebih dari satu inci, pengaruh penyusutan dan pemukulan sudah berkurang efeknya terhadap jarak punch-mark. Apabila pemukulan sebelumnya dapat menjaga jarak punch-mark, punch-mark, maka derajat peening yang sama harus digunakan untuk keseimbangan pengelasan. Cara lain untuk mengontrol peening yaitu dengan memukul-mukul sampai riak-riak pengelasan menjadi halus kemudian berhenti. Hal ini akan memberikan hasil pemukulan yang tepat sehingga mencegah pemukulan secara berlebihan. Pembuang Tegangan Getar
Pembuang tegangan getar atau vibrational stress relief adalah suatu cara untuk mengimbangi frekwensi resonansi benda kerja dengan menggunakan sebuah motor vibrator frekwensi rendah, guna mendapatkan pengenduran tegangan atau pendistribusian kembali tegangan puncak. Benda kerja harus diisolasi dan bebas bergerak pada rubber mount . Keberhasilan aplikasi proses ini telah mengurangi distorsi pada pengelasan-pengelasan yang komplek selama dimesinasi. Keuntungan lain adalah tidak didokumentasi dan lebih kontroversial. 1.5.3. Heat Treatment Cara Lain Annealing
Annealing adalah suatu heat treatment yang digunakan untuk memperoleh pelunakan maksimum dan pengurangan tegangan sisa sampai ke level paling rendah. Metode ini digunakan untuk semua logam, termasuk besi paduan seperti baja dan besi tuang. Pada baja, material tersebut o dipanaskan sampai sekitar 50 F di atas suhu kritis, diikuti dengan pendinginan sangat lambat. o Suhu ini sekitar 1600 F pada baja carbon 0,2 %, tetapi bervariasi untuk kandungan carbon dan unsur paduan lain. Waktu pada suhu ini biasanya 1 jam per inci ketebalan.
Pada austenitic stainless steel dan non ferrous alloys yang tidak mengalami transformasi, annealing secara tidak langsung memanaskan hingga di atas suhu rekristalisasi, dimana terjadi penghalusan butiran dari bahan-bahan pengerjan dingin. Waktu pada suhu ini biasanya 15 sampai 30 menit. Apabila suhu annealing terlalu tinggi, bisa terjadi pertumbuhan butiran, dan hal ini menyebabkan turunnya keuletan dan ketangguhan. Namun demikian beberapa stainless steel dan paduan nickel dipanaskan dengan suhu sampai batas butiran kasar untuk meningkatkan kekuatan penjalaran ( creep strength) suhu tinggi. Pada austenitic stainless steel, paduan nickel dan beberapa paduan non ferrous lainnya, dilakukan annealing larutan suhu tinggi untuk menempatkan fase kedua seperti karbit ke dalam larutan. Sehingga membuat paduan-paduan ini mempunyai daya tahan paling baik terhadap karat antar butir dan daya tahan terhadap stress corrossion cracking (memberikan laju pendinginan cukup cepat untuk menghindarkan pengendapan lagi). o
Suhu annealing untuk paduan aluminum sekitar 800 F. Paduan tembaga dengan suhu 800o o o 1500 F, stainless steel austenitic antara 1850-2050 F, dan paduan nickel dari 1300-1900 F, lihat Gambar 100-55. Normalizing Normalizing adalah heat treatment yang dilakukan hanya untuk ferritic steel st eel seperti baja carbon dan baja paduan rendah. Normalizing akan menghaluskan struktur butiran logam las dan daerah HAZ. Proses ini akan menghilangkan semua bekas struktur tuang pengelasan dan cenderung menyamakan sifat logam las dengan logam dasar.
Electroslag pengelasan pada ferritic steel sering di normalizing untuk menaikkan ketangguhan karena sangat kasarnya struktur tuangan ( as-cast structure) logam las dan adanya butiran kasar di daerah HAZ pada ketangguhan yang sangat rendah. Normalizing sama dengan annealing, tetapi pada normalizing baja dipanaskan sampai suhu o 100 F di atas suhu kritis, kemudian dibiarkan dingin di udara terbuka. Sementara pendinginan lambat pada annealing akan menghasilkan struktur pearlite kasar pada carbon steel, dan struktur sphereodized pada baja chrome-moly. Pendinginan yang lebih cepat pada normalizing akan menghasilkan pearlite halus atau struktur bainite. Baja yang dinormalizing menjadi lebih tangguh dan lebih kuat dari pada baja annealing, tetapi kedua treatment ini akan mengurangi tegangan sisa pengelasan atau cold work dan menghilangkan kekerasan di daerah HAZ. Annealing dan normalizing biasanya dikerjakan pada bahan-bahan tempa seperti plat datar, pipa lurus atau forging dan jarang diterapkan pada pengelasan vessel atau struktur. Hal ini terjadi
karena kekuatan logamnya akan turun pada suhu tinggi, sehingga dukungan terhadap struktur menjadi sulit. Kedua prosedur ini butuh penanganan berhati-hati pada struktur panas, dan pendinginan mesti dilakukan dengan teliti, untuk mencegah distorsi karena perbedaan laju pendinginan antara bagian tebal yang berdekatan dengan yang tipis, pada benda kerja. Masalah lain pada annealing dan normalizing adalah adanya dekarburisasi dan kerak yang terjadi, ketika baja ditahan dalam waktu lama pada suhu tinggi. Tempering
Disamping normalizing, las electroslag sering di temper untuk meningkatkan ketangguhan lanjutan. Tempering meskipun sama dengan PWHT, memiliki tujuan berbeda. Tujuan tempering adalah untuk meningkatkan ketangguhan ( toughness) dan keuletan ( ductility) bahan. Apabila dikerjakan setelah pengelasan, tempering diterapkan terhadap logam las dan logam dasar. Alasan utama melakukan normalizing pada baja adalah untuk meningkatkan ketangguhan pada suhu rendah. Peningkatan ini terjadi karena penghalusan butiran selama rekristalisasi dan ketangguhan lebih besar yang sudah merupakan sifat dari struktur halus yang dihasilkan. Logam sering ditemper setelah normalizing untuk meningkatkan keuletan dan ketangguhan berikutnya, tetapi tidak selalu. Misalnya pada tangki-tangki berkekuatan menengah yang berasal dari baja paduan rendah dan baja struktur (yield strength sekitar 50.000 psi) disuplai dalam keadaan sudah di normalizing dan tidak di temper sebelum pengelasan ataupun diberi PWHT setelah pengelasan. Quenching Quenching adalah pengerasan dengan cara heat treatment yang diterapkan untuk ferritic steel. Istilah quench anneal kadang-kadang digunakan pada paduan non-hardening seperti austenitic chromium nickel stainless steel, baja tahan karat ferritic chromium tinggi, dan paduan-paduan nikel untuk mengindikasikan perlunya pendinginan cepat dari suhu annealing larutan.
Pada quenching baja mampu keras, benda kerja dipanaskan sampai di atas suhu transformasi, kemudian didinginkan dengan cepat sehingga sama dengan suhu lingkungan. Pendinginan atau quenching dilakukan dengan cara mencelupkan benda kerja tersebut ke dalam air atau minyak, atau dengan cara menyemburkan air atau udara berkecepatan tinggi. Ketika mengalami pendinginan cepat, baja dengan kandungan carbon cukup beserta unsur-unsur paduan tidak akan memiliki waktu untuk berubah bentuk menjadi struktur lunak, yang dihasilkan selama pendinginan lebih lambat oleh proses annealing atau normalizing. Akibatnya terbentuk baja dengan sifat kuat, martensite keras (getas), dan bainite. Baja-baja quenching hampir selalu ditemper setelah diberi quenching untuk mengurangi kekuatan dan meningkatkan ketangguhan serta keuletan. Tempering juga memperkecil terkuncinya ( locked up) tegangan sisa. Suhu yang digunakan untuk PWHT harus lebih rendah dari pada suhu tempering atau akan terjadi pelunakan lanjutan logam dasar, sehingga tensile strength berkurang.
Baja-baja struktur High Strength Low Alloy (HSLA) dengan yield strength sekitar 100.000 psi dijual dengan kondisi sudah diquench dan ditemper. Baja-baja ini bisa ditinggalkan setelah di las o atau bisa diberi PWHT. Suhu PWHT biasanya di bawah 1150 F supaya tidak melunakkan baja sehingga lebih kecil dari kekuatan yang dispesifikasikan. Baja-baja HSLA perlu pemilihan suhu heat treatment secara berhati-hati tergantung dari komposisi spesifiknya. Beberapa baja HSLA mengandung vanadium lebih dari 0,05 % dan/atau 0,002 % boron, yang bisa menimbulkan penggetasan pada daerah butiran kasar di daerah HAZ ketika dipanaskan sampai dengan suhu o 1000-1200 F selama PWHT. Penggetasan ini menyebabkan retak yang disebut dengan reheat cracking. Oleh karena itu, umumnya direkomendasikan bahwa pengelasan baja-baja ini tidak diberi PWHT. Beberapa paduan ferrous dan non ferrous bisa dikeraskan dengan heat treatment yang disebut dengan age hardening atau precipitation hardening. Penuaan ( aging) paduan-paduan ini pada suhu PWHT setelah larutan annealing, menimbulkan pengerasan. Paduan alumunium mampu o keras dikeraskan dengan cara aging dari suhu kamar sampai dengan sekitar 300 F. Hal ini jarang dilakukan pada pengelasan alumunium. Paduan alumunium seperti K-monel dan baja tahan karat endapan keras seperti 17-4 PH dan A-286, rentan terhadap retak selama pengelasan berlangsung bila dalam kondisi diperkeras. Untuk mencegah retak, paduan-paduan ini terlebih dulu diberi overaging anneal untuk melunakkan, kemudian setelah pengelasan dikeraskan dengan larutan annealing dan aging. 1.6.0. PROSEDUR HEAT REATMENT
PWHT bisa dilakukan dengan cara memasukkan benda kerja ke dalam dapur pemanas ( furnace), baik di bengkel ataupun dilapangan, atau dipanaskan setempat pada pengelasan tunggal atau sebagian kecil dari benda kerja. 1.6.1. Heat Treatment dalam Dapur Pemanas
PWHT paling baik dikerjakan dalam dapur pemanas di bengkel ( shop furnace), yang dipanaskan dengan bahan bakar gas, minyak atau listrik. Pada umumnya ongkos heat treatment dalam dapur pemanas lebih murah, jadwal lebih singkat dan kontrol suhu lebih baik dari pada heat treatment lokal. Rakitan pipa yang kompleks dan besar bisa diberi heat treatment dalam dapur pemanas dengan biaya hampir sama seperti halnya heat treatment lokal dari pengelasan tunggal di lapangan. Namun demikian, shop furnace tidak otomatis menghasilkan heat treatment yang baik. Ketelitian harus dilatih untuk memastikan pengukuran dan pengendalian suhu sudah berlangsung dengan baik, juga peletakkan dan penahanan benda kerja sudah sesuai. Posisi Benda Kerja
Benda kerja mesti dimasukkan ke dalam dapur pemanas untuk menghindarkan daerah-daerah dingin dan panas. Kebanyakan dapur pemanas memiliki pintu, sehingga dinding belakang dan lantai cenderung lebih dingin. Sisi sebelah atas lebih panas, sehingga benda kerja harus
diletakkan pada jarak enam inci dari dinding. Apabila letak benda kerja berubah dari port burner atau ada pergeseran nyala api, harus dibetulkan segera. Perlu juga diyakinkan mengenai ketepatan, keseragaman penyangga benda kerja, dan ruang gerak untuk pemuaian dan penyusutan. Monitoring Suhu
Suhu benda kerja yang sedang di beri heat treatment harus dimonitor dan dikontrol. Keseragaman suhu dalam dapur pemanas tergantung dari laju pemanasan dapur pemanas, apakah dapur pemanas didisain dengan baik selama pemanasan, apakah sudah dijaga tetap baik, sehingga tidak ada penyumbatan pada burner nozzles, pergeseran burner dan lain-lain. Thermocouple pada benda kerja berfungsi untuk memonitor suhu. Berbagai jenis thermocouple memiliki perbedaan suhu maximum, seperti di bawah. Pastikan suhu maximum thermocouple cukup tinggi. Thermocouple Suhu maximum o
Iron-Constant 1200 F o
Chromel-Constant 1500 F o
Chromel-Alumel 2000 F o
Platinum-Rhodium 2500 F Thermocouple harus ditempelkan pada benda kerja untuk mendeteksi dan mencegah overheating lokal atau cold spot . Thermocouple hendaknya diletakkan pada lokasi-lokasi kritis untuk memonitor panas dan untuk mencegah tegangan panas tinggi, distorsi, overheating atau tempering yang tidak sempurna pada pengelasan. Kesalahan serius sering terjadi, terutama pada dapur pemanas yang menggunakan heat treaters komersial, karena jarang memasang thermocouple pada dapur pemanas ( furnace) secara lengkap untuk memonitor suhu. Thermocouple furnace hanya mengukur suhu udara furnace ditempatnya berada. Thermocouple ini bermanfaat untuk mengontrol furnace, tetapi ia tidak bisa mengganti peranan thermocouple benda kerja yang sedang dipanaskan. Benda kerja yang sedang diberi heat treatment bisa mencapai ratusan derajat lebih panas atau lebih dingin dari pada titik kontrol furnace. Tidak ada pedoman mengenai berapa jumlah thermocouple yang diperlukan, tetapi paling tidak satu dan ditambah satu lagi untuk cadangan. Menentukan berapa jumlah thermocouple tambahan yang dibutuhkan, tergantung dari pengalaman dan pertimbangan, dan harus dievaluasi pada masing-masing jenis pekerjaan. Untuk memperoleh hasil yang akurat, thermocouple harus ditempelkan ke benda kerja dengan spot langsung dengan cara dilaskan, peening, pakai baut atau dengan thermocouple pad . Thermocouple dengan probe panjang yang dipasangkan pada benda
kerja atau berdekatan dengan benda kerja di dalam furnace, sering tidak lebih baik dari pada thermocouple furnace untuk memonitor suhu. Laju Pemanasan dan Pendinginan
Laju pemanasan dan pendinginan benda kerja sangat penting. Terlalu cepat panas atau terlalu cepat dingin menyebabkan bagian-bagian logam yang tipis menjadi lebih cepat panas atau lebih cepat dingin, dibandingkan dengan bagian yang tebal. Pemanasan dan pendinginan yang tidak seragam ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk dan tegangan sisa, yang apabila sangat hebat akan menjadi retak. Aturan yang baik untuk menjaga perbedaan suhu pada struktur yang o sedang dipanaskan adalah 250 F atau kurang. Apabila kenaikan suhu selama pemanasan mendekati angka ini, furnace harus dapat dimatikan dan benda kerja dibiarkan dingin sampai suhu turun. Menerapkan aturan yang membatasi o kenaikan suhu pada 250 F secara otomatis akan menghasilkan laju pemanasan yang memuaskan. Namun demikian, apabila suhu hanya diukur dengan thermocouple furnace yang diarahkan pada gas furnace panas, jadi bukan langsung pada benda kerja, maka laju pemanasan harus dibatasi o sekitar 400 F per jam. Bahkan jika perlu pengendalian kenaikan suhu harus lebih ketat, apabila benda yang diberi heat treatment mempunyai bentuk yang kompleks, seperti bundel heat exchanger dengan tube tebal. Keseragaman suhu selama pendinginan sama pentingnya seperti pada pemanasan, dimana o perambatan suhu harus dibatasi sekitar 250 F selama pendinginan dari suhu heat treatment o 800 F. Tidak disarankan untuk mengeluarkan benda kerja dari furnace sehingga suhu turun o menjadi 800 F. Apabila ingin mempercepat siklus pendinginan, konsultasikan dengan ahli ilmu bahan. Disarankan untuk sekali-sekali melihat furnace setelah logam merah membara ( red heat ) dengan o suhu sekitar 1150 F, untuk pemeriksaan visual apakah ada bagian-bagian yang gelap atau bintikbintik hitam, dimana hal ini merupakan indikasi adanya suhu yang tidak merata. Bentuk-Bentuk yang Kompleks
Bentuk-bentuk yang kompleks seperti bundel tube heat exchanger, butuh pendinginan lambat untuk memperoleh keseragaman suhu dan menghindarkan distorsi. Pada pekerjaan seperti ini, lebih baik menggunakan furnace konveksi yang tergantung dari sirkulasi udara panas untuk pemanasan, dari pada radiasi furnace yang berasal dari panas pembakaran brickwork . Thermocouple harus diletakkan dibagian tengah bundel tube (untuk menginformasikan bahwa daerah ini sudah mencapai suhu yang diinginkan), dan pada tube yang berdekatan dengan burner atau dinding radiant (untuk menghindarkan overheating). Batasan Suhu
Batasan suhu harus selalu dijaga dalam daerah sempit apabila heat treatment ingin berhasil. Batasan suhu pada carbon steel lebih lebar, sedangkan pada baja paduan lain lebih sempit. Sebagai contoh pada stainless steel type 304 stress relieved (pembuangan tegangan) biasanya
o
pada suhu 1550 hingga 1650 F. Apabila suhu minimum tidak tercapai akan timbul stress relieved yang tidak memadai, dan benda kerja bisa gagal terhadap stress corrosion cracking. Pada baja 5 o Cr-1/2 Mo stress relieved berkisar pada suhu 1325 hingga 1400 F. Apabila suhu minimum tidak tercapai dan holding time dilakukan minimum 2 jam, hasil pengelasan bisa menjadi terlalu keras o dan getas. Apabila hasil pengelasan tersebut dipanaskan melebihi batasan tertinggi yaitu 1400 F, bisa terjadi pengerasan yang tidak diinginkan pada seluruh fabrikasi selama tahap pendinginan berlangsung. Rakitan Ukuran Besar
Apabila ukuran pressure vessel, rakitan-rakitan pipa atau struktur terlalu panjang untuk dimasukkan ke dalam dapur pemanas yang ada, maka rakitan tersebut bisa dipanaskan bagian per bagian. Biasanya pintu dapur pemanas diganti dengan panel yang memiliki pembalut sementara atau brick stacked disekitar vessel atau struktur. ASME Sect VIII (Boiler and Pressure Code) mempersyaratkan adanya overlap sebesar 5 feet terhadap bagian-bagian vessel yang dipanaskan secara terpisah. Heat treatment seperti annealing, normalizing, dan quenching hampir selalu dilakukan di dalam furnace, karena perlu pemanasan keseluruh benda kerja hasil pengelasan secara seragam, pada temperatur tinggi. 1.6.2. Heat Treatment di Lapangan Field Erected Furnaces
Heat treatment dengan mempergunakan dapur pemanas ( furnace) tidak terbatas hanya pada pekerjaan di shop, karena furnace sementara bisa dirakit didekat benda kerja di lapangan. Beberapa furnace sederhana untuk lapangan terdiri dari tabung silindris, terbuat dari pipa diameter besar dengan insulasi terletak disekitar pengelasan pipa. Tabung insulasi menjadi furnace konveksi dengan penambahan propane burner arah tangensial. Field furnace yang lain lebih rumit, terdiri dari tabung logam, atau frame lines yang dipasangi insulasi dan dirakit pada struktur. Furnace ini dipanaskan dengan fuel-fired burner atau panel resistansi listrik. Furnace yang dirakit dilapangan, harus mendapat perhatian yang lebih seksama dalam mengontrol suhu dan memasang thermocouple dari pada furnace yang di shop, karena operator tidak memiliki pengalaman dan pengetahuan terhadap gradient suhu di dalam furnace. Vessel sebagai Furnace
Pada beberapa pekerjaan, vessel secara keseluruhan dimasukkan ke dalam furnace, untuk heat treatment lapangan. Hal ini dilakukan dengan cara memasang insulasi dibagian luar permukaan vessel dan pemanasan dilakukan dari bagian dalam dengan nyala luminous besar, panel panas resistansi, atau dengan sirkulasi gas panas melalui vessel. Biasanya pemanas resistansi tambahan dipasang disekitar nozzle dan daerah-daerah tempat kehilangan panas lainnya. Fired Heater Tubes
Fired heater tubes yang telah berfungsi bisa diberi heat treatment ditempatnya oleh pembakaran heater dengan tube-tube kosong atau dengan sirkulasi uap atau gas mulia terkendali. Namun demikian, resiko terdapatnya bagian yang kurang panas dan/atau terlalu panas menjadi lebih besar, penghematan waktu dan tenaga kerja dalam melepaskan tube dari heat treatment di shop, juga menjadi lebih besar. Pada heat treatment treatment jenis ini, dibutuhkan dibutuhkan titik-titik yang mengindikasikan suhu lebih banyak, dibandingkan dengan pekerjaan proses pembakaran heater biasa. Harus ada kordinasi ketat antara pengoperasian burner dengan pencatatan data-data suhu, sehingga perambatan suhu bisa diantisipasi dan dihindarkan. Meskipun menarik, cara ini tidak praktis untuk konstruksi baru, karena akses lengkap disekitar pengelasan terhalang ketika tube bank berada di tempatnya, dan NDT beserta perbaikan las-lasan juga lebih sulit karena ruang gerak terbatas.
Struktur-Struktur Besar.
Heat treatment terhadap struktur-struktur besar di lapangan merupakan masalah yang kompleks, sehingga perlu bantuan teknis spesialis berpengalaman untuk meletakkan thermocouple, merancang dan mengoperasikan burner, serta mengontrol suhu untuk menghindarkan collapse atau buckling. 1.6.3. Heat Treatment Lokal Local heat treatment terdiri dari pemanasan las tunggal atau sejumlah kecil dari benda kerja. Local heat treatment terhadap pengelasan struktur, pipa, dan bagian-bagian vessel diperlukan untuk tujuan perbaikan, pemeliharaan, atau pengelasan rakitan lapangan ( field assembly) yang memiliki ukuran terlalu besar untuk diberi heat treatment di dalam furnace, atau diangkut dalam satu bagian utuh. Tindakan pencegahan selama heat treatment di dalam furnace, sama pentingnya dengan heat treatment lokal. Bermacam-macam jenis sumber pemanas telah digunakan secara berhasil pada local field heat treatment.
Penopang Benda Kerja
Sebelum heat treatment dimulai, benda kerja harus ditopang secara merata dan memadai, dan harus bebas untuk memuai dan menyusut selama pemanasan dan pendinginan. Sifat-sifat material menurun cukup signifikan selama suhu heat treatment, dan dapat menimbulkan pelengkungan ( sagging) atau pembengkokan ( buckling) secara signifikan, apabila struktur tidak ditopang secara memadai. Sebagai contoh, apabila melakukan heat treatment suatu hasil pengelasan dalam furnace tube yang berhubungan dengan pipa induk ( headers) atau belokan U, maka tube yang berdekatan harus dipanaskan juga sehingga tube dapat memuai bersama-sama. Pada pekerjaan heat treatment untuk shaft , shaft tersebut digantungkan secara vertikal dalam furnace untuk menghasilkan pemuaian dan penyusutan secara bebas. Kontrol Suhu
Ketelitian harus dibiasakan pada saat memasang thermocouple dan insulasi yang berhubungan dengan sumber panas. Thermocouple harus diletakkan sedemikian rupa, sehingga dapat mengukur suhu pada lokasi yang paling panas dan paling dingin. Hal ini akan menghasilkan
kontrol gradient suhu maximum secara tepat, seperti sensitivitas terhadap pengaruh arus konveksi di dalam furnace dan pengaruh pendinginan karena tiupan angin atau hujan di luar furnace. Daerah pengelasan yang mendapat heat treatment setempat, biasanya terinsulasi cukup baik, sehingga indikasi suhu dari crayon atau contact phyrometers tidak bisa digunakan untuk mengukur dan memonitor suhu. Metode biasa untuk memonitor suhu yaitu dengan mengelaskan thermocouple pada tempat pengukuran suhu yang diperlukan, kemudian melewatkan kawat melalui heater dan insulasi. Thermocouple harus memiliki kesesuaian dengan instrument pencatat. Untuk menghindarkan kesalahan bacaan, bagian ujung thermocouple harus dilindungi dari radiasi langsung, dengan cara menutupinya dengan gumpalan kapur tahan suhu tinggi atau dengan logam berpelindung las terhadap benda kerja. Pada pipa dan struktur berlubang lain yang terbuka ujung-ujungnya seperti bundel tube pada heat-exchanger, bagian sebelah dalam harus di plugged off sedekat mungkin dengan daerah panas tanpa menimbulkan gradien panas yang curam. Pada PWHT lokal pressure vessel, sisi yang berseberangan dengan sumber panas harus diinsulasi. Insulasi harus dibiarkan di tempat o sampai benda kerja dingin hingga 800 F. Persyaratan Code
Selain persyaratan teknik dan metalurgi, code membuat aturan-aturan untuk local heat treatment pada pressure vessel dan pipa. Laju pemanasan dan pendinginan yang ditentukan oleh ASME Pressure Vessel Code harus diikuti oleh vessel, dan pada pipa beserta vessel harus dikerjakan dalam batasan suhu yang tepat, dalam jangka waktu yang ditentukan. Laju pemanasan dan pendinginan maximum tidak dispesifikasikan oleh ANSI/ASME B31.3. Pada heat treatment untuk nozzle atau sambungan bercabang, pita melingkar dengan lebih dari enam kali wall thickness pada masing-masing jalur dari pengelasan harus diberi heat treatment. Untuk pengelasan melingkar, lebar pita pada daerah yang mendapat pemanasan paling tidak harus dua kali wall thickness pada jalur dari las-lasan. Pada umumnya, logam las dan permukaan yang berdekatan harus diinsulasi untuk menghindari gradient suhu yang curam. 1.6.4. Jenis-Jenis Heat Treatment Lokal Pemanas Tahanan Listrik
Pemanasan dengan cara resistansi adalah metode yang paling banyak dipakai untuk heat treatment lokal pada vessel dan pipa, tetapi hal ini tidak selalu merupakan cara paling murah. Pada metode ini panas dibangkitkan dengan cara mengalirkan arus listrik dalam kawat bertahanan tinggi. Kawat NiChrome digunakan karena tahanan oksidasinya bagus pada suhu tinggi. Resistansi pemanas memiliki bentuk sederhana, seperti halnya perangkat kawat pada insulator tubular atau flat yang berbentuk untaian atau lembaran yang dililitkan kesekeliling benda kerja, kemudian ditutup dengan insulasi. Alat ini bisa berupa kotak gantungan yang terdiri dari elemenelemen pemanas dan insulasi, kemudian dihubungkan ke pengendali terprogram dan sumber
listrik. Beberapa pemanas resistansi dirancang untuk digunakan dengan mesin las sebagai sumber daya listrik. Pada umumnya, informasi suhu dari thermocouple harus dikirimkan kembali kepada controller untuk sumber daya. Ketersediaan tenaga listrik hanya membatasi ukuran vessel yang bisa diberi heat treatment dengan elemen resistansi panas. Sebagai contoh, sebuah reaktor nuklir dengan bobot 800 ton akan melepaskan tegangan dengan cara pemanasan tunggal. Pemanasan dengan Nyala Api
Torch genggam hampir tidak pernah digunakan untuk pekerjaan akhir PWHT, karena kontrol suhunya buruk dan ada resiko overheating yang berhubungan dengan pengerasan. Pipe rings menahan multiple gas burner dan sebuah pembatas telah digunakan dengan berhasil, tetapi alat ini jarang digunakan karena perlu pemasangan berbeda pada masing-masing ukuran pipa, dan pengendalian otomatisnya sulit. Satu keberhasilan operasi annealing dengan torch genggam, telah menjadi solusi annealling sebagai pengganti tubes furnace stainless steel dari besi carbon, header dan penopang tube, dilakukan untuk menghindari retak di daerah pengelasan ketika melakukan perbaikan pengelasan. Pada pekerjaan ini, dua atau empat torch oxyacetylene digunakan untuk o memanaskan benda kerja hingga batasan suhu 2000 sampai 2100 F selama sekitar satu seperempat jam. Suhu bisa diukur dengan pyrometer optik, crayon atau thermocouple. Pemanasan Exothermal
Heat treatment dengan menggunakan pembakaran bahan exothermal padat terkendali mulai dikembangkan pada awal tahun 1950-an. Exo-Anneal kits melakukan pembakaran material dan insulasinya dibuat oleh Exomet, Inc., Conneat Ohio 44030. Perangkat ini diikatkan kesekeliling sambungan pipa atau palang struktur dengan kawat lunak, dinyalakan dan dibiarkan untuk melakukan perlakuan panas stress relief. Setelah heat treatment selesai, lepaskan segera burned kit dan longgarkan penutup. Pengujian telah memperlihatkan bahwa heat treatment dengan hasil o o memuaskan pada suhu 1100 F hingga 1650 F bisa diaplikasikan pada pipa-pipa ukuran dan tebal standar tanpa alat pengukur suhu. Sementara peralatan heat treatment exhothermal lumayan mahal, tetapi tidak memerlukan tenaga kerja yang ahli. Kekurangan Exo-anneal yaitu ukuran setiap pipa, jadwal, konfigurasi pengelasan, dan batasan suhu heat treatment memerlukan kit yang berbeda-beda. Pada tahun baru-baru ini Exomet telah mengurangi keterlambatan penyerahan barang dengan membangun gudang pada banyak daerahdaerah industri, dengan stok kit untuk pipa-pipa dan fitting ukuran standar yang terbuat dari baja carbon steel dan chrome-moly. Perbedaan hasil disepanjang merek yang sama, Flex-Anneal, selanjutnya mengurangi waktu penyerahan karena bisa disesuaikan dengan berbagai ukuran dan bentuk di lapangan. Banyak perusahaan-perusahaan konstruksi menggunakan Exo-Anneal kits untuk pekerjaan heat treatment pipa di lapangan. Namun demikian kemajuan alat pemanas resistansi membuat beberapa perusahaan mengurangi pemakaian kit ini.
Pemanasan Induksi
Pemanasan induksi sama dengan pemanasan resistansi, yaitu dengan cara melilitkan gulungan kawat listrik pada bagian yang akan dipanaskan. Gulungan kawat ini membawa arus bolak-balik dan menimbulkan panas pada baja dengan menggunakan eddy current dan hysteresis losses sebagai medan magnet di dalam logam, yang berubah bolak-balik secara cepat. Gulungan yang dipakai terbuat dari kabel listrik yang dililitkan dengan asbes atau tubing tembaga dengan pendingin air pada tubing pendingin air jenis tiupan ringan, dan dilapisi dengan anyaman konduktor dan insulasi. Berbagai sumber tenaga pemanas induksi komersial untuk heat treatment pipa, beams dan vessel menghasilkan arus bolak-balik dengan frekwensi 400 Hz atau lebih tinggi. Mesin las AC bisa juga digunakan digunakan sebagai sebagai sumber sumber tenaga tetapi tidak efisien. efisien. Meskipun pemanasan induksi berlangsung cepat dan seragam serta bisa diprogram dengan mudah, pembangkit tenaga listriknya memiliki ukuran besar dan mahal. Karena alasan ini, pemanasan induksi hanya digunakan secara luas pada heat treatment untuk pipa steam chromemoly dengan dinding tebal, untuk pembangkitan tenaga listrik. Kekurangan lainnya yaitu, gulungan harus cukup besar untuk melilit keseluruhan daerah yang akan diberi heat treatment. Hal ini membutuhkan dukungan sumber tenaga yang lebih besar, sehingga membatasi ukuran benda kerja yang secara ekonomis bisa diberi heat treatment dengan cara ini. Pemanasan Radiant
Radiat heaters biasanya digunakan di shop atau pada pemasangan pipa-pipa produksi, tetapi paket untuk pekerjaan di lapangan juga sudah ada. Metode ini mencakup pengendalian dan penyediaan sumber tenaga untuk heat treatment pipa dari ukuran kecil hingga ukuran besar. Banyak jenis-jenis sumber panas radiant yang dipakai untuk PWHT. Beberapa pabrik yang menjual alat ini menggunakan lampu quarzt intensitas tinggi sebagai sumber panas (GE HeatTech dan Sylvania Thermomatics). Yang lain menggunakan metal screen pemanas gas (VanDorn) atau keramik (Selas dan Cooperheat). 1.7.0. PEMOTONGAN LOGAM
Proses pemotongan thermal banyak jenisnya, dimana secara garis besarnya dapat dibagi sebagai berikut: pemotongan gas oxyfuel ( oxyfuel gas cutting) dan potong busur ( arc cutting). Pemilihan proses pemotongan tergantung dari logam yang akan dipotong, alat yang tersedia, jumlah pemotongan yang akan dikerjakan dan kemudahan menjangkau benda kerja. Informasi lebih lengkap mengenai proses pemotongan logam, dapat ditemukan pada AWS Welding Handbook , Volume 2. 1.7.1. Oxyfuel Gas Cutting
Proses pemotongan oxyfuel gas cutting mempergunakan campuran bahan bakar gas dengan oksigen. Baja carbon dan baja paduan rendah dengan kandungan chromium kurang dari 9 %,
acetylene adalah bahan bakar gas yang paling lazim digunakan untuk memotong. Acetylene yang dicampur dengan oksigen, digunakan sebagi pemanas awal logam dasar sebelum dipotong. Aliran oksigen murni disemburkan untuk pemotongan sebenarnya dengan reaksi eksothermal temperatur tinggi oksigen dengan besi. Oksida logam dan logam cair kemudian dihembuskan dari daerah pemotongan oleh energi kinetik aliran oxygen. Proses pemotongan oxyfuel gas diperlihatkan pada Gambar 100-62 yang menggunakan istilah kerf (potong lebar) dan tarik hasil potong.
Gambar 100-62 Oxyfuel Gas Cutting Propane atau natural gas bisa menggantikan acetylene sebagai bahan bakar gas. Propane lebih aman dipakai dari pada acetylene. Gas ini disimpan dalam bentuk cairan dan kebutuhan terhadap penanganan silinder lebih sedikit.
Pengganti acetylene lain adalah methylacetylene-propadiene stabilized (MPS) sebagai pemilik acetylene. MPS adalah suatu campuran beberapa hydrocarbon, termasuk propadiene, propane, butane, butadiene dan methylacetylene. MPS membakar lebih panas dari pada propane atau natural gas, dan lebih mudah digunakan dibandingkan dengan acetylene untuk cutting preheat, karena gas ini memiliki distribusi panas lebih banyak dibandingkan dengan nyala api. Seperti halnya propane, MPS adalah suatu cairan dan juga perlu penanganan silinder lebih sedikit. Menggunakan bahan bakar gas lain seperti propane dan MPS, umumnya tergantung dari tersedianya bahan tersebut, persyaratan keselamatan dan nilai ekonomis. Baja-baja tahan oksidasi, seperti stainless steel dan baja-baja dengan kandungan chromium lebih dari 9 % lebih sulit dipotong. Apabila mencoba memotong baja tahan oksidasi dengan oxyfuel gas, akan terbentuk oksida keras dengan titik-titik yang menghambat proses pemotongan. Terhadap baja ini, pemotongan bisa dipermudah dengan cara memasukkan flux atau serbuk besi ke dalam aliran oxygen. Flux cutting menggunakan suatu flux yang akan bereaksi secara kimia dengan chromium oksida yang terbentuk selama pemotongan, untuk menghasilkan suatu senyawa dengan titik leleh lebih mendekati oksida besi tersebut. Powder cutting menggunakan serbuk logam kaya-besi yang mempercepat reaksi oksidasi dan menaikkan suhu pelelehan dan spalling action logam dasar. Pedoman untuk masalah-masalah yang timbul selama flame cutting diperlihatkan pada Gambar 100-63. 1.7.2. Arc Cutting Arc cutting atau potong busur artinya, pemotongan logam dengan cara melelehkan dengan mempergunakan panas busur yang terbentuk diantara elektroda dengan logam induk.
Air Carbon Arc Cutting Air carbon arc cutting atau disebut juga dengan air arc gouging dapat menghasilkan pemotongan dengan kualitas memuaskan pada bahan-bahan ferrous dan non ferrous. Pelelehan terjadi karena busur yang terbentuk diantara elektroda carbon-graphite terumpan dengan logam
dasar. Logam yang meleleh kemudian didorong oleh hembusan udara berkecepatan tinggi. Udara diarahkan sedemikian rupa sehingga segera mendorong lelehan logam yang berada dibelakang busur. Plasma Arc Cutting
Plasma arc cutting adalah proses pemotongan yang memiliki kualitas paling tinggi untuk baja paduan dan paduan non ferrous. Proses ini menghasilkan busur mampat dengan suhu dan kecepatan sangat tinggi, diantara elektroda tungsten tidak terumpan (terdapat dalam torch) dengan logam dasar. Panas tinggi tersebut secara terus menerus akan melelehkan logam, yang kemudian digeser oleh aliran gas ion kecepatan tinggi. Pemotongan busur plasma memberikan hasil cepat, bersih dengan daerah HAZ dan lapisan oksida lebih sempit dari pada proses yang lain. Plasma arc cutting menghasilkan potongan sedikit miring karena kerf ada disebelah atas. Taper bisa diletakkan pada satu sisi pemotongan untuk mendapatkan satu sisi lurus yang dibutuhkan. Meskipun plasma arc cutting adalah proses paling ekonomis untuk baja-baja paduan tinggi, proses ini juga memiliki keuntungan untuk pemotongan carbon steel tipis, karena akan menghasilkan kecepatan pemotongan yang lebih besar dibandingkan oxyfuel gas cutting dengan ketebalan sampai dengan satu inci. Gambar 100-64 adalah skema arc cutting torch plasma konvensional. Gambar 100-63 a. Panduan Trobleshooting pada Oxyel Gas Cutting Gambar 100-63 b. Panduan Troubleshooting pada Oxyfuel Gas Cutting. Gambar 100-64. Plasma Arc Cutting Konvensional 1.7.3. Aplikasi Proses Pemotongan Oxyfuel gas cutting, plasma arc cutting dan powder cutting adalah proses pemotongan yang paling sering dipergunakan untuk memotong plat dan pipa. Oxyfuel gas cutting digunakan secara luas untuk memotong carbon steel dan low alloy steel karena ekonomis dan sederhana. Plasma arc cutting memiliki hasil sangat baik sekali untuk proses pemotongan, karena memiliki hasil halus dan bersih pada semua logam, baik logam ferrous maupun non ferrous, tetapi ongkos peralatannya lebih tinggi bila dibandingkan dengan oxyfuel gas cutting. Pada baja paduan lebih tinggi, plasma arc cutting umumnya telah diganti dengan powder cutting, karena mutu pemotongan lebih baik dan banyak mengurangi pekerjaan pembersihan setelah pemotongan. Powder cutting umumnya perlu pembersihan dengan menggunakan mesin gerinda hingga 1/8 inci, ada bahan yang dikotori oleh serbuk besi setelah pemotongan.
Peralatan air carbon arc cutting otomatis, dapat digunakan untuk menghaluskan permukaan plat yang kasar pada pengelasan pelapisan, pembuatan kampuh berbentuk U untuk sambungan tumpul persegi, dan pembuatan bevel las untuk tepi logam berbentuk persegi.
