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, termasuk cara

penyimpanan dan 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 hinggapipelines, 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–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-to-tubesheet 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 logam-logam 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 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 tertentu (≥ 3 %

chromium), stainless steel, 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 torchsambil 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

CO2 atau campuran argon dan CO2. Campuran 75 % argon dan 25 % CO2 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

CO2 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 menjadiglobular transfer.

Globular transfer GMAW selalu dilakukan dengan memakai gas pelindung CO2.

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

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.

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 atautorch 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 CO2atau 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 CO2 ataupun campuran argon-CO2.

Elektroda T-1 akan memiliki busur lebih halus dan percikan las lebih sedikit

bila menggunakan gas pelindung argon-CO2, 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 memperbesarimpact 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 terbaru 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 lapisan-lapisan 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,

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

tampilanbead 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

logam-logam 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.

Pada ESW konvensional, sepatu tembaga berpendingin air yang bisa

dipindah-pindah diletakkan pada 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 CO2 atau argon-CO2. EGW terbatas pemakaiannya pada benda-benda

tipis, biasanya kurang dari 2 inch. Proses 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 semi-otomatis. 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 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 30oF

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 memasanginsulation 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,

dangun 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

padafurnace 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 5600oF. 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

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 mempergunakan filler metal yang

akan meleleh pada suhu di atas 840oF (450oC). Soldering menggunakan filler

metal yang meleleh pada suhu di bawah 840oF (450oC). Silver brazing,

dahulu disebut silver soldering, menggunakan paduan perak-tembaga untuk

tujuan aplikasi umum.

Pada braze welding, panas diberikan pada sambungan las untuk menaikan

suhunya sehingga di atas titik 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 yang lemah atau bocor.

1.1.9. Cadwelding

Cad welding adalah merek dagang dari proses las thermit yang digunakan

untuk memasang sambungan-sambungan 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 denganchipping 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 danstress 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 A2.4-86. Tabel simbol las AWS diberikan pada

gambar 100-37 dan Appendix E.

1.2.2. Detail Sambungan

Sambungan Tumpul Persegi

Pada proses las SMAW, 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

caradouble 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 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,

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

Pengelasan pada fitting dapat dilakukan baik secara set-on (paste on) atau set-

in (lihat Gambar 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

faktor-faktor ini tidak merupakan problem, backing ring bisa memperbaiki

kualitas root pass dengan juru las yang tidak begitu 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 sambungan-sambungan 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 posisi-posisi pengelasan untuk las kampuh,

fillet weld dan pengelasan pipa. Diperlihatkan juga simbol-simbol 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 SAW dan

ESW. 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 proses-

proses 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. Elektroda ini bisa

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 E-10018-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 – 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, tetapi

karakteristik lasnya berbeda. Kondisi ini akan 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 – 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 70oF 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 100-44. 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 – 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 – Filler Metal FCAW untuk Pengelasan Carbon Steel

Gambar 100-48. AWS A5.29 – 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

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 juga digunakan untuk GTAW dan sama-sama

mempunyai awalan “E dan R” (untuk rod). Jenis 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 kadang-kadang 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 denganretak tertunda, retak

dingin atau underbead craking yaitu retak yang sering terjadi karena preheat

tidak tepat atau karenahardenability 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 unsur-unsur paduan lain, terutama manggan. Baja tradisional

disebut juga dengan baja carbon biasa (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 denganrumus 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:

- Tebal benda kerja mulai dari 3/4 – 2 inci.

- Panas masukan mulai dari 17 – 30 kJ/cm

- Kekangan las dari tingkat sedang sampai tinggi (khusus pada pengelasan

struktur)

- Elektroda adalah dari jenis low hydrogen (1,0 – 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 suhustress relief dalam waktu singkat.

Biasanya selama 30 menit pada suhu 1000 hingga 1200oF, 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. Rekomendasinonmandatory 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 UHA-32,

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 (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 berbeda-beda. 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 On Alternative Methods for Determining Preheat.” AWS D1.1

mengingatkan pengguna terhadap perlunya pertimbangan yang berhati-hati

dari asumsi-asumsi dan pengalaman masa lalu, dalam menggunakan guideline

ini. Appendix ini juga mengharuskan bahwa preheat yang lebih kecil dari yang

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 Y-groove 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 dari 50oF tanpa

melakukan preheat terlebih dahulu. Apabila suhu lingkungan di bawah 50oF,

benda kerja harus diberi preheat sampai terasa hangat bila disentuh dengan

tangan atau sekitar 100oF.

Apabila temperatur lingkungan di bawah 0oF, diperlukan prosedur khusus untuk

mempertahankan suhu preheat sebelum dan selama proses pengelasan.

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

duahalves (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 crayon 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 yang

baik untuk suhu sekitar 200oF. Permukaan yang hangat bila disentuh dengan

tangan mempunyai suhu sekitar 100oF.

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 perhatian seperti halnya 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 upsettinglokal 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, danquenching 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 yang mengalami kerja dingin seperti shell dan head plates pada

vessel, atau belokan-belokan pipa dan tubingpada 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 meningkatkanductility 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

mengurangiresidual stress dan memperkecil resiko patah getas. Contoh struktur

yang dirakit dilapangan, dan berasal dari sub-assembliesyang 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

holding temperature normal, oF 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 setelah 20 jam pada 900oF masih lebih besar dari pada setelah

satu jam dengan suhu 1100oF. 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 Carbon-Mangan

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 pada batasan suhu 1300-1400oF,

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 material ini pada suhu kurang dari 1250oF (suhu

minimum yang dipersyaratkan oleh code), sangat tidak memuaskan. Sebagai

catatan diperlukan pemaparan sekitar 1 tahun (10.000 jam) pada suhu 1050oF

untuk memperoleh suhu yang setara dengan 1325oF.

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:

1. Pemanasan pada suhu di atas 800oF dibatasi sampai 400oF per inci ketebalan

per jam, tetapi tidak lebih dari 450oF per jam.

2. Selama pemanasan di atas 800oF perubahan suhu maximum

adalah 250oF dalam interval 15-ft

3. Selama waktu penahanan, beda suhu tertinggi dan terendah dibatasi 150oF.

4. Pendinginan di atas 800oF dibatasi pada 500oF per inci ketebalan per jam

tetapi tidak lebih dari 500oF 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 resistance-heater 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

6. Lakukan PWHT semua FCC main fractionator over head piping dengan suhu

1150oF sampai dengan 1250oF 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 1100-

1200oF 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 direkomendasikan

untuk stainless steel, adalah 1550-1650oF untuk semua grade. Logam las tipe

316L bisa rentan terhadap penggetasan sigma phase ketika dingin dari 1550oF,

dan untuk alasan ini suhu menghilangkan tegangan adalah 1200-1250oF.

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 tegangan normal pada suhu 1550-1650oF harus diterapkan untuk

tipe 316L.

Persyaratan PWHT untuk pressure vessel yang terbuat dari stainless steel clad

plate, ditentukan oleh jenis dan tebalbacking plate. Batasan suhu heat

treatment dari 1100 sampai dengan 1400oF 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 yang mendekati seperti pada anealing. Paduan alumunium dipanaskan

sekitar 650oF. Paduan tembaga dipanaskan pada suhu 400-700oF. Paduan nikel

diberi panas dengan suhu 1000-1500oF.

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, menemperbead 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 diberi preheat

minimum 300oF dan suhu tersebut dipertahankan selama pengelasan. Suhu

interpass maximum dibatasi 450oF. 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, peeningharus 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, 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 dipanaskan sampai

sekitar 50oF di atas suhu kritis, diikuti dengan pendinginan sangat lambat. Suhu

ini sekitar 1600oF 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).

Suhu annealing untuk paduan aluminum sekitar 800oF. Paduan tembaga dengan

suhu 800-1500oF, stainless steel austenitic antara 1850-2050oF, dan paduan

nickel dari 1300-1900oF, lihat Gambar 100-55.

Normalizing

Normalizing adalah heat treatment yang dilakukan hanya untuk ferritic

steel 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 100oF 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 atau bisa diberi PWHT. Suhu PWHT biasanya di

bawah 1150oF 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 1000-1200oF 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 hardeningatau precipitation hardening.

Penuaan (aging) paduan-paduan ini pada suhu PWHT setelah larutan annealing,

menimbulkan pengerasan. Paduan alumunium mampu keras dikeraskan dengan

cara aging dari suhu kamar sampai dengan sekitar 300oF. 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 dariport 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

Iron-Constant 1200oF

Chromel-Constant 1500oF

Chromel-Alumel 2000oF

Platinum-Rhodium 2500oF

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 sedang dipanaskan adalah 250oF 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 kenaikan suhu pada 250oF 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 sekitar 400oF 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 perambatan suhu harus dibatasi sekitar 250oF selama

pendinginan dari suhu heat treatment 800oF. Tidak disarankan untuk

mengeluarkan benda kerja dari furnace sehingga suhu turun menjadi 800oF.

Apabila ingin mempercepat siklus pendinginan, konsultasikan dengan ahli ilmu

bahan.

Disarankan untuk sekali-sekali melihat furnace setelah logam merah membara

(red heat) dengan suhu sekitar 1150oF, untuk pemeriksaan visual apakah ada

bagian-bagian yang gelap atau bintik-bintik 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 pembakaranbrickwork. 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 pada suhu 1550 hingga 1650oF.

Apabila suhu minimum tidak tercapai akan timbul stress relieved yang tidak

memadai, dan benda kerja bisa gagal terhadap stress corrosion cracking. Pada

baja 5 Cr-1/2 Mo stress relieved berkisar pada suhu 1325 hingga 1400oF. Apabila

suhu minimum tidak tercapai dan holding time dilakukan minimum 2 jam, hasil

pengelasan bisa menjadi terlalu keras dan getas. Apabila hasil pengelasan

tersebut dipanaskan melebihi batasan tertinggi yaitu 1400oF, 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 jenis ini, 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

ketikatube 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 padalocal 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 dalamfurnace 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 sampai benda

kerja dingin hingga 800oF.

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 elemen-elemen 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 memanaskan benda kerja

hingga batasan suhu 2000 sampai 2100oF 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 Ohio44030. 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 memuaskan pada suhu 1100oF hingga

1650oF 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 daerah-daerah

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

menggunakaneddy 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 sebagai sumber tenaga tetapi

tidak 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 chrome-moly 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 Heat-

Tech dan Sylvania Thermomatics). Yang lain menggunakan metal

screen pemanas gas (Van-Dorn) 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 istilahkerf (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.