TUGAS 9, WELDING-01 | ANNISA OVILIA YASINTA | 1406532753 1. Jelaskan jenis baja tahan karat yang saudara ketahui dan perbedaan masingmasing. Tunjukkan lokasi baja tersebut di dalam diagram Schaefler
Stainless Steel atau baja tahan karat, adalah jenis baja yang tahan terhadap korosi karena memiliki kandungan Cr yang tinggi diatas 10%. Hal ini berguna untuk menimbulkan lapisan pasif yang bisa mencegah reaksi antara permukaan baja dengan oksigen. Jenis-jenis SS berdasarkan fasa yang terbentuk, dapat dilihat menggunakan diagram Schaeffeler dibawah ini :
Berdasarkan diagram diatas, maka dapat dilihat beberapa j enis SS yaitu :
Jenis baja tahan karat Austenitik (Ni > 7 %)
Sifat-sifat
Paling mudah dilas Paling umum dipakai SS304 Cacat yang mungkin: solidification cracking, liquation cracking, weld decay
Feritik
SS 430 (16-18% Cr) dan 407 (10-12%Cr) Masalah yang biasa terjadi :
pengkasaran butir dan ketangguhan HAZ rendah karena laju difusi Fe tinggi
HI
turun
kemungkinan terbentuk martensit dari austenit (keras dan getas) retak preheating
Sensitasi:
pembentukan
endapan
/nitrida akibat proses pemanasan
karbida PWHT
(750-850 oC for 30-60 menit) Feritik
–
austenitik
(duplex)
Terdiri dari dua fasa : austenit dan ferit Perbandingan fasa ideal 50:50 Problem dan penanggulangan:
sulit mendapat austenit 50 % sehingga perlu ditambah nickel (over matching)
kemungkinan pertumbuhan butir grain growth) dari full-ferit pada HAZ low-toughness), sehingga masukan panas perlu dikontrol
low arc energy menyebabkan kandungan ferit meningkat sedang sebaliknya akan terbentuk fasa sigma
Martensitik (hi-carbon)
Martensitic SS (AISI 400/UNS S 40000 series) paling sukar di las (12 Cr low carbon grades 403, 410, 414,416,420 and high carbon grades 431) Aplikasinya untuk material tahan aus Problem dan penanggulangan :
retak las preheating
PWHT
untuk
menaikan sifat mekanis dan
mengurangi tegangan sisa
kandungan hidrogen harus rendah
Kemampulasan (weldability) adalah kemampuan suatu material untuk disambung dengan metode pengelasan tertentu sehingga dihasilkan hasil lasan yang bagus. Material dengan kemampulasan yang tinggi dapat dilas di bawah kondisi perakitan khusus sehingga dapat menghasilkan hasil las sesuai dengan desain struktur dan dapat menunjukan performa memuaskan di lapangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampulasan adalah:
Desain dari lasan.
Kondisi lapangan (services).
Pemilihan proses pengelasan.
Sifat-sifat material, antara lain: temperatur titik lebur dan titik uap, sifat listrik dan panas, afinitas lasan terhaap O, N, dan H, keberadaaan lapisan film di permukaan logam induk.
2. Jelaskan weldability dari baja tahan karat. Dan sebutkan urutan tertinggi hingga terendah dalam hal kemampulasannya.
Weldability dari baja tahan karat adalah baja tahan karat mudah di las dalam berbagai metode. Dan struktur serta sifat yang terbentuk dari hasil pengelasan sangat bergantung kepada komposisi kimia hasil lasan. Jenis struktur ditentukan diagram schaeffler & De long. Urutan weldabilitynya dari yang paling mudah :Austenitik-ferritic-duplex-martensitic
3. Jelaskan mekanisme terjadinya weld decay (korosi batas butir) dan bagaimana cara pencegahannya.
Mekanisme terjadinya weld decay (korosi batas butir) :
SS pada suhu 500-800 0C
Lack of Cr Zone
Terbentuk endapan Cr 23C6
Weld Decay
Cara mengatasinya : a. Menggunakan jenis 321 (Ti stabilised) : T = 5 x % C atau 347 (Nb stabilised) : Nb = 10 x % C b. Penghilangan endapan karbida dengan solution treatment pada temp 1050 C yang diikuti oleh pendinginan cepat c. Menggunakan ” L ” grades (low carbon)
4. Jelaskan mekanisme terjadinya solidification cracking dan bagaimana cara pencegahannya.
Solidification Cracking Mekanisme terjadinya solidification craking: logam las membeku sebagai fasa tunggal gamma (γ) yaitu Cr ek /Niek <1.5 Hal ini karena solidifikasi SS saat mengelas pertama kali yaitu Austenit, sehingga ketangguhan berkurang. Kemudian baru delta ferrit nya. Cara mengatasinya: menciptakan 5-10 % ferrite pada logam las melalui pemilihan kawat las yang tepat
5. Jelaskan problem yang umumnya terjadi pada pengelasan baja tahan karat feritik.
Problem umum pengelasan Ferritic Duplex : Masalah Terjadi
Cara Mengatasi pengkasaran
butir
dan
ketangguhan HAZ rendah karena laju difusi Fe tinggi
Heat input perlu diturunkan
Kemungkinan terbentuk martensit dari
Sebelum
dilakukan
austenit (keras dan getas) yang dapat
dilakukan preheating
welding,
perlu
menyebabkan retak Sensitasi
=
pembentukan
endapan
karbida/nitrida akibat proses pemanasan
Post Weld Heat Treatment (PWHT) pada 750-850 oC selama 30-60 menit
6. Jelaskan problem yang umumnya terjadi pada pengelasan baja tahan karat dupleks.
Problem umum pengelasan baja Duplex SS:
Fase Austenit susah untuk didapat sehingga perlu penambahan Ni
Kemungkinan terjadi pertumbuhan butir (dari full-ferit pada HAZ lowtoughness), sehingga masukan panas perlu dikontrol
low arc energy menyebabkan kandungan ferit meningkat, high arc energy menyebabkan terbentuknya fasa sigma.
7. Jelaskan problem yang umumnya terjadi pada pengelasan baja tahan karat martensitik.
Problem umum pengelasan Martensitik SS : a. Retak Las akibar terbentuknya struktur yang keras dan rapuh (martensit) di HAZ b. Terdapat tegangan sisa karena pada saat pengelasan mencapai suhu martensit
8. Proses finishing apa yang dilakukan pada pengelasan baja tahan karat austenitik, apa yang terjadi bila hal tersebut tidak dilakukan.
Apabila tidak dilakukan maka akan terjadi proses korosi karena disebabkan adanya besi oksida dipermukaan yang meningkatkan terjadinya resiko korosi
9. Jelaskan metoda pengelasan ”dissimilar metal” antara baja karbon dan baja tahan karat austenitik. Jelaskan pengaruh kawat las bila a) kawat las tidak diberikan (tanpa filler metal/autogeneous) dan b) bila kawat las diberikan dengan menggunakan ER390. Gambar secara skematis di diagram schaeffler.
Untuk melakukan pengelasan beda logam antara baja karbon dengan baja tahan austenitik maka digunakan proses pengelasan SMAW dengan arus sebesar 60 amper. Masukan panas dijaga rendah untuk menghindari crack atau embrittlement. Elektroda yang dapat digunakan antara lain (tergantung jenis baja) E 304 and R 990. a) Kawat Las Tidak Diberikan Filler Metal Penggunaan kawat las akan berpengaruh terhadap besarnya daerah dilusi. Dilusi adalah perbandingan daerah base metal yang berfusi dibagi seluruh daerah kampuh las. Berikut merupakan diagram Schaeffler untuk pengelasan dissimiliar baja tahan karat austenitik dengan baja karbon tanpa filler.
b) Kawat Las E309 Berikut merupakan diagram Schaeffler untuk pengelasan dissimilar baja tahan karat austenitik dengan baja karbon menggunakan kawat las E309 :
10. Apa yang dimaksud dengan dillution dalam pengelasan dissimilar metal dan sarat-sarat dalam mengelas dissimilar metal agar dicapai struktur mikro dan kekuatan yang baik. Ambil kasus 9 b diatas.
Dilusi ialah perbandingan daerah base metal yang berfusi dibagi dengan seluruh daerah kampuh las. Dilusi pada dissimilar metal adalah perbandingan daerah base metal yang berfusi dibagi dengan seluruh daerah kampuh las. Syarat-syarat dalam mengelas dissimilar metal agar dicapai struktur mikro dan kekuatan yang baik antara lain:
Pemilihan Jenis filler elektroda yang tepat Analisis diagram Schaffler menunjukkan bahwa penggunaan elektroda jenis E 308 sudah memenuhi syarat untuk menyambung bahan dissimilar metal antara baja stainless SUS 304 dengan baja karbon rendah.
Heat input yang tepat Masukan
panas
dijaga
rendah
untuk
menghindari
crack
atau
embrittlement
11. Jelaskan sifat (properties) dasar aluminium yang sangat berpengaruh dalam pengelasan melalui metoda las fusi (fusion welding).
Sifat aluminium: -
Tahan korosi
-
Ringan
-
Kekuatan tinggi
-
Kemampulasan baik
-
Beberapa paduan Al memiliki kekuatan yang sama dengan baja
Syarat agar kualitas las terpenuhi perlu perhatian yaitu: 1. Harus dihindari terbentuknya retak las ( forming cracks). 2. Harus memenuhi kekuatan sesuai standar. 3. Kemampuan untuk dideformasi 4. Ketahanan korosinya harus baik 5. Kesamaan warna setelah di anodizing 6. Cacat porositas maupun inklusi seminimum mungkin dan sesuai dengan standar penerimaan (acceptance criteria) Sehingga selama proses pengelasan pengaruh pada material aluminium perlu diperhatikan sbb:
Saat pembekuan banyak unsur yang terbakar (burn-off ) sehingga perlu dieliminir dengan menggunakan logam pengisi ( filler metal ). Akibat proses pemanasan dan pendinginan selama pengelasan, akan terjadi pelunakan/pelemahan (weakening) di daerah HAZ. Untuk itu perlu diatur masukan panas (heat input ) las agar hal tsb terhindari (sebagai akibat solution heat treatment, recrystallisation, ageing atau recovery annealing )
12. Jelaskan mengapa pada pengelasan Aluminium dengan las TIG lebih disukai menggunakan arus AC dengan frekuensi tinggi dibandingkan dengan arus DCEN (DCSP) maupun DCEP DCRP).
Pengelasan Al dengan metode pengelasan TIG lebih disukai menggunakan arus AC dengan frekuensi tinggi, hal ini disebabkan karena dengan menggunakan arus AC berfrekuensi tinggi, akan didapatkan heat balance pada busur yaitu 50% pada benda kerja dan 50% pada elektroda. Sehingga dihasilkan pembersihan terhadap permukaan benda kerja (alumunium mudah membentuk lapisan oksida Al2O3), selain itu elektroda juga tidak cepat habis digunakan. Penetrasi yang dihasilkan juga cukup baik.
13. Jelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi pemilihan jenis kawat las yang dipakai untuk menghindari terjadinya solidification cracking maupun liquation cracking dalam mengelas
Solidification cracking , terjadi didaerah leburan (weld metal ) dan tergantung dari karakteristik pembekuan. Liquation cracking , umumnya terjadi didaerah HAZ dan disebabkan saat peleburan oleh adanya fasa eutektik unsur pengotor yang memiliki titik lebur rendah dengan dibarengi oleh adanya tegangan termal. Faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis kawat las: a.
Komposisi kimia dari logam induk.
b.
Weldability dari logam induk.
c.
Syarat kekuatan, keuletan, dan sifat mekanis lainnya.
d.
Ketahanan terhadap korosi.
e. Anodic coating untuk kesamaan warna.
f.
Kebutuhan sesuai aplikasi terutama untuk mencegah solidificatian cracking .
Skema cacat solidification cracking (kiri) dan liquation cracking (kanan)
14. Jelaskan penyebab utama terjadinya cacat porositas pada aluminium dan paduannya dan bagaimana cara penanggulangannya.
Penyebab utama terjadinya cacat porositas pada alumunium dan paduannya adalah karena adanya gas hidrogen yang larut di leburan alumuniun. Adanya gas yang terperangkap selama proses pembekuan oleh akibat pelindung gas yang terkontaminasi oleh udara luar yang terakumulasi didaerah leburan. Cara penanggulangannya adalah: a. Logam induk dan logam pengisi harus dihindari dari sumber-sumber hidrogen dan gas pelindungnya harus murni. b. Adanya oli atau gemuk dipermukaan material harus dihilangkan sebelum pengelasan.
Skema cacat porositas
15. Jelaskan mengapa kekuatan las di HAZ maupun Weld metal di lasan Aluminium paduan, baik yang Heat-treatable maupun Non-Heat-treatable, mengalami penurunan yang sangat signifikan akibat proses lasan Fusi.
Pada pengelasan paduan aluminium non-heat treatable dan telah di cold deforming maka akan terjadi pelunakan ( softening ) sebagai akibat dari penggunaan masukan panas (heat input ) selama las sehingga terjadi recrystallisation dan recovery. Selain itu terjadi pula pembesaran butir (coarse grain). Oleh sebab itu, pengelasan dalam kondisi Otemper akan lebih kecil pengaruh pelunakannya selama pengelasan. Pada pengelasan paduan aluminium heat treatable akan terjadi kehilangan / penurunan kekuatan akibat pertumbuhan dan kelarutan presipitat ( growing or dissolving of phase precipitations). Untuk meminimalisir perlu dikontrol proses pendinginan khususnya masalah “the quenching sensitivity of the material ” agar proses aging terjadi sewaktu pendinginan setelah las.
16. Jelaskan proses pengelasan aluminium dan paduannya saat ini banyak digunakan Friction Stir Welding (FSW). Jelaskan skematis gambarnya dan keuntungan serta kerugian dari proses tsb dibandingkan dengan pengelasan TIG atau MIG.
Prinsip kerja friction stir welding: a. Pin diputar dengan kecepatan 3000-4000 rpm dan diletakkan pada material yang akan disambungkan b. Material dipanaskan karena adanya friksi c. Material yang telah dipanaskan akan mencapai temperatur plastisasi (800 F untuk material aluminium) d. Material yang telah ter-plastisasi tersampir kembali ke pin e. Material tersebut mengalami pendinginan dengan terbentuknya butir-butir yang lebih halus (efek rekristalisasi) dibandingkan dengan material induknya. Skema gambar FSW:
Material logam yang digunakan untuk aplikasi FSW: a. Aluminium dan aluminium paduan b. Magnesium c. Copper d. Zinc e. Lead, dll Keuntungan dari proses FSW: a. Hasil sambungan yang diperoleh lebih kuat dan lebih bersih bila dibandingkan dengan fusion welds b. Memiliki keuletan tinggi pada las c. Energi efisiensi yang baik d. Simpel dan bersih (no fume, arcs, spatter) e. Tidak diperlukan treatment lanjut dan stengthening lanjut f. Low distortion and shringkage g. Tidak ada porosity, lack of fusion, perubaan komposisi pada material
17. Jelaskan jenis besi tuang yang saudara ketahui dan perbedaan masing-masing dan Jelaskan weldability dari besi tuang (cast iron) serta Jenis mana yang paling buruk weldability-nya.
J enis Tuang
Besi
Bentuk Graphite
Ductility
Perlakuan
Besi
tuang
Tidak ada
No
Pendinginan cepat
tuang
Flake
No
Pendinginan
putih Besi kelabu Besi
lambat tuang
malleable
Anneal: flake
Yes
Besi tuang putih + perlakuan panas
to
(annealing)
nodule (rosette)
Besi
tuang
Nodular
Yes
nodular
Penambahan unsur
pembulat
graphite (nodulizer) 18. Jelaskan mengapa unsur nikel umumnya dipakai untuk pengelasan besi tuang. Unsur nikel umumnya dipakai untuk pengelasan besi tuang karena unsur nikel tidak sensitif terhadap carbon pick-up. Hal ini akan mencegah terbentuknya logam las yang keras dan getas hasil dilusi karbon dari logam induk. Nikel memiliki karakteristik sebagai berikut :
a. menghasilkan graphite b. meningkatkan kekuatan pearlite c. meningkatkan hardenability (2.5 sampai 4.5% Ni-Hard irons) d. menstabilkan austenite (lebih dari 6.5%)
19. Jelaskan hubungan antara morfologi grafit dan struktur mikro besi tuang dengan kemampulasannya.
Bentuk serpih ( flake) pada besi tuang kelabu menciptakan konsentrasi tegangan. Hal ini dapat menurunkan plastisitas material secara drastis. Bentuk rosette (seperti kapas) memiliki plastisitas dengan elongasi sebesar 10%. Bentuk ini dimiliki oleh besi tuang mampu tempa yang terbentuk dengan presipitasi dan aglomerisasi grafit dari besi tuang putih (sementit).
Bentuk grafit yang memberikan nilai plastisitas yang paling baik, juga mampu las yang paling baik adalah bentuk spheroid seperti yang dijumpai pada besi tuang ulet karena konsentrasi tegangan yang dihasilkan minimal. Kandungan
karbon
pada
besi
tuang
dalam
bentuk
grafit
mempengaruhi
kemampulasannya. Semakin tinggi, maka semakin sulit dilakukan pengelasan (weldability-nya rendah/buruk). Sebaliknya, semakin rendah maka weldability semakin baik .
20. Jelaskan bagaimana cara menentukan besarnya preheating & post heating pada pengelasan besi tuang.
Siklus termal pada pengelasan besi cor menghasilkan struktur mikro yang tidak diinginkan seperti terbentuknya karbida pada logam las dan martensit karbon tinggi pada HAZ. Oleh sebab itu, Preheat sebaiknya terhadap seluruh komponen yang akan dilas, merupakan prosedur yang disarankan dalam mengelas besi cor bertujuan untuk menurunkan laju pendinginan sehingga kemungkinan retak pada HAZ dapat dihindari. Contoh temperatur pre-heating pada besi tuang seperti tabel 3 dibawah ini : Temperatur pre-heating besi tuang
