Download - Dasar Dasar Penge Las An
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.