SIKLUS TERMAL PADA DAERAH LASAN A. PENGERTIAN Pengelasan
adalah
sebuah
susunan
menghubungkan bahan-bahan, biasanya
atau
susunan proses
yang
logam atau termoplastik, dengan
menyebabkan koalesensi. Hal ini sering dilakukan oleh pencairan
yang
workpieces dan menambahkan bahan pengisi untuk membentuk bahan cair renang (kolam renang yang melas) melas) yang mendingin menjadi sendi yang kuat, dengan tekanan kadang-kadang digunakan bersama-sama dengan panas, atau dengan sendirinya, untuk memproduksi memproduksi mengelas . Hal ini kontras dengan solder dan mematri, yang melibatkan meleleh-leleh yang lebih rendah-titik materi antara workpieces untuk membentuk sebuah ikatan antara mereka, tanpa melelehkan workpieces.
Berbagai sumber Berbagai sumber energi yang dapat digunakan untuk pengelasan, termasuk gas api dengan sebuah busur sebuah busur listrik, yang laser, sebuah berkas sebuah berkas elektron, gesekan, elektron, gesekan, dan USG. Meskipun sering sebuah proses industri, pengelasan dapat dilakukan dalam berbagai lingkungan, termasuk udara terbuka, di bawah air dan di luar angkasa. Terlepas dari lokasi, bagaimanapun, pengelasan tetap berbahaya, dan tindakan pencegahan yang diambil untuk menghindari luka bakar, sengatan bakar, sengatan listrik, kerusakan mata, asap beracun, dan overexposure ke sinar ke sinar ultraviolet.
Sampai akhir abad ke-19, satu-satunya proses pengelasan bengkel las, yang pandai besi telah digunakan selama berabad-abad untuk bergabung besi dan baja dengan memanaskan dan memalu mereka. Arc mereka. Arc las dan las dan las oxyfuel merupakan yang pertama untuk mengembangkan proses-proses di akhir abad, dan perlawanan dan perlawanan pengelasan mengikuti setelahnya. Teknologi pengelasan maju dengan dengan cepat pada pada awal abad ke-20 saat Perang saat Perang Dunia I dan Perang dan Perang Dunia II mendorong permintaan untuk bergabung dengan dapat diandalkan dan murah metode. Setelah perang, beberapa teknik pengelasan modern dikembangkan, termasuk metode manual seperti pengelasan busur logam terlindung, sekarang salah satu yang paling
populer metode pengelasan, serta semi-otomatis dan otomatis proses seperti pengelasan busur logam gas, pengelasan gas, pengelasan busur terendam, fluks terendam, fluks pengelasan busur buang biji dan electroslag pengelasan.
Perkembangan dilanjutkan dengan
penemuan sinar laser las dan pengelasan berkas elektron di paruh kedua abad. Hari ini, ilmu terus maju. Robot pengelasan menjadi lebih lumrah dalam pengaturan industri, dan peneliti terus mengembangkan metode pengelasan baru dan memperoleh pemahaman yang lebih besar kualitas las dan properti.
B. SIKLUS TERMAL PADA DAERAH LAS
Sambungan Las
Pada saat ini, penyambungan logam dengan system pengelasan semakin banyak digunakan, baik dipakai pada konstrusi bangunan, perpipaan maupun konstruksi mesin. Hal ini disebabkan oleh banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh dari sambungan las.Luasnya penggunaan proses penyambungan dengan pengelasan disebabkan oleh biaya murah, pelaksanaan relatif lebih cepat, lebih ringan, dan bentuk konstruksi lebih variatif. Salah satu teknik pengelasan yang banyak dipakai untuk penyambungan pada konstruksi baja adalah las busur rendam submerged ard welding (SAW) . Pada pengelasan dengan las SAW, logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampang, fluks dan logam pengisi yang berupa kawat pejal diumpankan secara terus menerus sehingga pengelasan dapat dilakukan secara otomatis, oleh karena itu memberi kenyamanan dalam pengoperasiannya dan memiliki keandalan yang tinggi.
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak dan gas bumi terbesar di dunia, diantaranya tersebar di wilayah : Sumatra, Natuna, Jawa, Kalimantan,
Sulawesi,
konsekuensinya,
Papua
kebutuhan
dan
akan
dilepas
pipa
pantai
transmisi
Indonesia.
sebagai
sarana
Sebagai untuk
menghubungkan sumber dan pengguna energi tersebut semakin meningkat, sehingga hal ini merupakan peluang bisnis khususnya untuk industri baja dan industri yang memproduksi pipa. Spesifikasi yang harus dipenuhi oleh baja yang digunakan untuk pipa gas dan minyak diantaranya adalah baja tersebut harus mempunyai kekuatan tarik yang tinggi yaitu sekitar 500 MPa. Baja HSLA (high strength low alloy steel ) yang diproduksi dengan menggunakan (Thermomechanical Controlled Processing TMCP) biasanya memenuhi persyaratan diatas dan digunakan sebagai bahan pipa gas dan minyak. Di beberapa negara Eropa, pipa untuk gas dan minyak biasanya diproduksi dengan sambungan las spiral (s piral welded pipes) dan las yang digunakan berupa las busur terendam atau submerged arc welding (SAW), karena proses pengelasanya dapat dilakukan secara otomatis dan memiliki keandalan yang tinggi. Untuk memenuhi persyaratan perpipaan, sambungan las harus mempunyai
kekuatan dan kekerasan mendekati logam induknya. Untuk itu dalam pengelasan harus diperhatikan faktor-faktor seperti komposisi kimia filler dan fluks, heat input, kecepatan las dan laju pendinginan.. Masalah yang muncul adalah masih seringnya terdapat cacat-cacat pada pengelasan, sehingga harus dilakukan perbaikan pengelasan dengan las SMAW (Shield Meld Acd Welding ). Penggunaan heat input sangat mempengaruhi kekuatan dan kekerasan hasil pengelasan, maka dalam penelitian ini diambil judul “Pengaruh Heat Input terhadap Kekeuatan dan Kekerasan Sambungan Las Busur Terendam (Submerged Arc Welding ) Pada Pengelasan Pipa Spiral Baja Api 5l X-52” . Penggunaan kuat arus selama ini di PT KHI Pipes Industries adalah 825 Amper, namun dengan menggunakan kuat arus tersebut masih banyak cacat seperti terungkap di atas, maka dalam penelitian ini dilakukan penelitian dengan penggunaan kuat arus dibawah dan diatas kuar arus yang digunakan selama ini, dengan tujuan untuk mendapatkan struktur mikro yang dapat meningkatkan nilai ketangguhan pipa sambungan las.
Las SAW merupakan bentuk pengelasan yang banyak digunakan untuk fabrikasi pipa, misalnya pipa spiral. Luasnya pemakaian las SAW disebabkan karena pengelasan dapat dilakukan secara otomatis dan memiliki keandalan yang tinggi. Ketangguhan las dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya masukan panas, kuat arus, filler dan fluks, kecepatan las dan laju pendinginan. Tujuan dari penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan struktur mikro berupa ferit acicular yang dapat memberikan kekuatan tinggi dan nilai kekerasan yang rendah dari sambungan las. Hal ini dilakukan dengan membuat variasi heat input pada pengelasan. Percobaan dilakukan menggunakan bahan Baja API 5L X-52 dengan variasi kuat arues pada arus DC 800 Amper, 825 Amper, 850 Amper, 875 Amper and 900 Amper pada pengelasan pipa spiral di bagian luar, dengan kecepatan pengelasan 13,67 mm/s dan Tegangan 35 volt. Pengujian meliputi pengamatan mikro struktur dan ketangguhan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi penggunaan kuat arus dapat meningkatkan ketangguhan.
jumlah
presentase
ferit
acikular
dan
meningkatkan
nilai
1. Submerged Arc Welding (SAW) Merupakan proses pengelasan otomatis dimana busur listrik dan logam cair tertutup oleh lapisan serbuk fluks, sedangkan kawat pengisi diumpankan secara kontinyu seperti pada gambar 1. Karena panas yang hilang dalam bentuk radiasi sangat kecil maka efisiensi perpindahan panas dari elektroda ke logam las sangat tinggi yaitu sekitar 90 % .
Gambar 1. Skema Las SAW pada pipa
2. Fluks Fungsi dari Fluks adalah sebagai sumber terak untuk melindungi logam cair dari udara sekitarnya, menjaga busur listrik agar tetap stabil, sebagai deoksidator, menghasilkan gas pelindung, mengurangi percikan api dan uap pada pengelasan, dan sebagai sumber dari unsur padatan. Basicity Index ( BI ) atau indeks kebasaan digunakan untuk menentukan derajat keasaman atau kebasaan suatu fluks.
BI dapat dibedakan menjadi 4 jenis yaitu : a)bersifat asam jika BI < 1 b) bersifat netral untuk 1 < BI < 1,5 c) bersifat semi basa untuk 1,5 < BI < 2,5 dan d) bersifat basa jika BI > 2,5.
3. Masukan Panas ( Heat Input ) Masukan panas adalah besarnya energi panas tiap satuan panjang las ketika sumber panas bergerak. Masukan panas (H), dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : H =P/v = EI/v
…………………………................................ (1)
Dimana, P : Tenaga input ( Watt ) E : Potensial listrik ( volt )
v : Kecepatan pengelasan ( mm/s ) I
: Arus listrik ( Amper )
Pada kenyataannya, perpindahan panas dari sumber panas ke benda kerja berjalan tak sempurna dengan ditandai adanya panas yang hilang ke lingkungan. Besarnya panas yang hilang ke lingkungan ini menentukan efisiensi perpindahan panas sehingga persamaannya menjadi : H = P/v = EI/v
………………................................................. ( 2 )
Dimana, : Efisiensi perpindahan panas . Heat input juga mempengaruhi bentuk penampang lintang las, meliputi besarnya permukaan logam induk yang mencair, permukaan bahan pengisi dan HAZ. Pada penggunaan heat input yang semakin tinggi akan meningkatkan prosentase ferit acicular, upper bainit, dan ferit widmanstaten (Bhole and Billingham, 1983). Fungsi utama sumber panas pada las cair ( fusion welding ) adalah untuk mencairkan logam seperti gambar 2, yang mempunyai dua fungsi yaitu : 1. Sebagai bahan pengisi ( filler ) pada bagian yang disambung sehingga terbentuk bahan yang kontinyu. 2. Membersihkan permukaan sambungan dengan reaksi kimia.
4. Inklusi Inklusi adalah partikel halus yang terbentuk dari hasil reaksi oksidasi atau reduksi selama proses pengelasan, tetapi partikel tersebut tidak ikut larut dalam logam las cair. Partikel ini biasanya menjadi penyebab terbentuknya ferit acicular. 5. Struktur Mikro Gambar dibawah memperlihatkan kemungkinan struktur mikro yang terbentuk padai logam las pada pengelasan baja dengan Ias SAW.
Gambar 4. Pertumbuhan Struktur Mikro pada Logam Las
Siklus Termal Daerah Lasan
Dareah lasan terdiri dari 3 bagian yaitu logam lasan, daerah pengaruh panas ( Heat Affected Zone) seperti pada gambar 2. Selama proses pengelasan berlangsung, logam las dan daerah pengaruh panas akan mengalami serangkaian siklus thermal yang berupa pemanasan sampai mencapai suhu maksimum dan diikuti dengan pendinginan seperti pada gambar 3. Pada pengelasan baja, kandungan C pada logam las biasanya dibuat rendah yaitu 0,1 % massa, dengan tujuan untuk mempertahankan sifat mampu las atau weldability (Easterling, 1992). Sebagai akibatnya, jika kondisi kesetimbangan (equilibrium) tercapai maka logam las akan mengalami serangkaian transformasi fasa selama
proses pendinginan, yaitu dari logam las cair berubah menjadi ferit- kemudian (austenit ) dan akhirnya menjadi (ferrit ). Pada umumnya laju pendinginan pada proses pengelasan cukup tinggi sehingga kondisi kesetimbangan tidak terjadi dan akibatnya struktur mikro yang terbentuk tidak selalu mengikuti diagram fasa. Suhu maksimum pada siklus thermal diatas perlu diketahui karena dapat dipakai untuk memprediksi perubahan metalurgi seperti peleburan logam, pembentukan austenit, pembentukan kristal baru ( rekristalisasi ), dll.
Suhu maksimum ini dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
1
(2 e) 0,5 chy
1
H net T m T 0 T P T 0 ……………….………….…..…(1)
Dimana, TP : suhu maksimum ( oK )
To : suhu awal las ( oK )
e
: bilangan natural
c
: panas jenis logam induk (J/goK) y
h
: tebal logam induk (mm)
: massa jenis (g/mm3) : sama dengan nol pada batas las
Tm : suhu cair logam induk ( oK)
Hnet : heat input ( J/mm) Faktor lain yang mempengaruhi siklus termal adalah waktu pendinginan (cooling time ). Suhu yang dipakai sebagai acuan dalam menentukan waktu pendinginan adalah antara 800 ºC-500 ºC. Besarnya waktu pendinginan dapat dihitung dengan persamaan berikut :
t 8 / 5
q/v
1
2 k 500 T 0
800 T 0 1
……..……....………….……( 2)
Gambar 1. Siklus thermal las (Funderburk, 1999)
Aliran Panas Pada Proses Pengelasan
Panas yang terjadi pada proses pengelasan sangat mempengaruhi distribusi suhu, tegangan sisa (residual stress) dan distorsi. Selain itu panas juga mempangaruhi transformasi fasa yang selanjutnya berpengaruh pada struktur mikro dan sifat-sifat fisik dan mekanik las. Sumber Energi / Panas Pengelasan membutuhkan dua hal yang sangat penting yaitu a. Energi thermal (panas) b. Energi mekanik yang berupa tekanan. Sumber energi panas didapatkan dari energi kimia (misalnya pembakaran gas dengan oksigen) dan energi listrik (misalnya busur listrik dan sinar intensitas tinggi). Besarnya energi (Q) yang terkandung dalam sumber panas dinamakan tingkat energi (energy level) atau kapasitas energi (energy capacity). Las oxy acytelene Q(Watt)= (48 KJ/lt acetylene x V acetylene x (h/3600s) Dimana
V acetylene Panas pembakaran t
: acetylene :
Debit aliran gas : 48 kJ/lt pada l atm waktu dalam
asetelin(l/h) dan 25oC jam
Las busur listrik Q (Watt) = E I Dimana E I
:
Potensial Arus
:
listrik listrik
Kerapatan Energi dan Distribusi Energi
Kecepatan energi adalah besarnya energi yang berpindah/mengalir tiap satuan las permukaan kontak antara sumber panas dan logam induk. Distribusi energi di dalam sumber panas (nyala api, busur listrik, plasma, sinar electron dan laser) tidak merata, mencapai maksimum pada pusatnya dan berkurang pada jarak yang semakin jauh dengan pusatnya sehingga mempunyai distribusi Gauss (Gaussian distribution). Kecepatan energi dinyatakan dalam satuan Watt/m2. Kecepatan
energi sangat mempengaruhi kemampuan penetrasi seperti terlihat pada tabel dibawah ini
Tabel ; Pengaruh kecepatan energi pada kemampuan penetrasi
Process
Heat Source
Condition
Intensity (Wm-2) Flux shielded arc welding
5 x 10 to 5 x 10 5 x 106 to 5 x 108
Gas shielded welding
arc
Normal current 6
5 x 10 to 5 x 10
10
High current Plasma
10
12
10 to 10
Low current Electron beam and
laser
High current Defocused beam Focused beam
Distribusi energi di dalam sumber panas (nyala api, busur listrik, plasma, sinar electron dan laser) tidak merata, mencapai maksimum pada pusatnya dan berkurang pada jarak yang semakin jauh dengan pusatnya sehingga mempunyai distribusi Gauss (Gaussian distribution). Masukan Panas
Masukan panas adalah besarnya energi panas tiap satuan panjang las ketika sumber panas (yang berupa nyala api, busur listrik, plasma atau cahaya energi tinggi bergerak). Masukan Panas
H = P/v = EI/vx
Dimana
H = Masukan panas (J/mm) P = Tenaga input (Watt) v = Kecepatan pengelasan (mm/s) E = Potensial listrik (volt) X = Faktor proses pengelasan
Proses las
Harga X
SAW
0.8
GMAW
1.0
MMAW
1.0
GTAW
1.2
Untuk las resistan
2
H = I R t
Dimana :
H = Masukan panas (J ) I = Arus listrik (Amper) R = Tahanan listrik (ohm) t = Waktu (detik)
Pada kenyataannya, perpindahan panas dari sumber panas ke benda kerja berjalan tidak sempurna ditandai dengan adanya panas yang hilang kelingkungan. Besarnya panas yang hilang ini menentukan effisiensi perpindahan panas : H = P/v = EI/v Dimana :
=
Effisiensi perpindahan panas
Nilai besarnya antara 0 ÷ 1 (lihat table)
Tabel Effisiensi perpindahan panas
Process
Transfer efficiency
Oxy fuel gas Low combustion intensity fuel
0.25 ÷ 0.50
High combustion intensity fuel
0.50 ÷ 0.80
Gas tungsten arc Low current DCSP
0.40 ÷ 0.60
High current DCSP
0.60 ÷ 0.80
DCRP
0.20 ÷ 0.40
AC
0.20 ÷ 0.50
Plasma arc
0.70 ÷ 0.95
Gas metal arc Globular or short transfer
0.60 ÷ 0.75
Spray transfer
0.65 ÷ 0.85
Shielded metal or flux coated arc
0.65 ÷ 0.85
Submerged arc
0.85 ÷ 0.99
Electro slag
0.20 ÷ 0.50
Electron beam
0.70 ÷ 0.95
Laser beam
0.005 ÷0.75
Pengaruh Energi Panas pada Pengelasan
Fungsi utama sumber panas pada las cair (fusion welding) adalah untuk mencairkan logam. Selanjutnya logam cair mempunyai dua fungsi, yaitu: (1) sebagai bahan pengisi (filler) pada bagian yang disambung sehingga terbentuk bahan yang kontinyu dan (2) membersihkan permukaan sambungan melalui reaksi kimia. Effisiensi cair (melting efficiency) adalah masukan panas yang digunakan untuk mencairkan logam yang besarnya bias dihitung seperti gambar dibawah ini.
Jumlah total permukaan (AW ) Pakai filler (AW ) = Am + Ar Tidak pakai filler (AW ) = Am Panas yang dibutuhkan untuk mencairkan logam (Q) Q = (TM + 273 )2 / 300 000 Tm = Titik cair logam effisiensi cair adalah perbandingan antara energi teoritis yang diperlukan untuk mencairkan logam dibagi dengan masukan panas.
f = QAw / H Effisiensi cair tergantung pada proses pengelasan, logam yang dilas (ketebalann , bentuk struktur ) Jenis-jenis Sambungan Las
Perpindahan panas tergantung pada ukuran dan bentuk konstruksi benda yang dilas. Selanjutnya mempelajari perpindahan panas, perlu diketahui dulu berbagai jenis sambungan yang biasa dipakai. Pemilihan sambungan las ditentukan oleh bentuk struktur dan sifat beban yang bekerja pada struktur tersebut seperti beban uniaxial, biaxial, statis, dinamis, tarik, tekan, geser atau torsi. Selain itu faktor biaya, jenis proses pengelasan dan perawatan pelu juga diperhatikan. Pada prinsipnya ada 5 sambungan las yaitu ;
1. Butt joint (sambungan tumpul) 2. Corner joint (sambungan sudut) 3. Edge joint (sambungan sisi) 4. lap joint (sabungan tumpang) 5. Tee joint (sambungan T). Pada sambungan tumpul, permukaan yang disambung berupa (a) sambungan persegi (square) yang tidak membutuhkan elektrode pengumpan (filler) seperti GTAW dan EBW dan (b) sambungan V yang membutuhkan lgam pengisi seperti MMAW, GAW, dan SAW. Logam las dapat juga diklasifikasikan berdasarkan type penetrasi dan bentuk sambungan, yaitu :
1. Penetrasi penuh (full penetration) : ketebalan las sama dengan logam induk 2. Penetrasi sebgaian (partial penetration) ; ketebalan las lebih kecil logam induk 3. Continous weld ( las kontinyu) : jika las dilakukan secara kontinyu 4. Internittent welds : pengelasan diselingi dengan berhenti pada jarak tertentu dan terdapat gap / jarak antara las satu dengan lainnya.
Perpindahan Panas Aliran panas atau perpindahan panas ada proses pengelasan sangat menentukan kualitas las karena aliran panas mempengaruhi struktur mikro, reaksi oksidasi / reduksi, tegangan sisa dan distorsi. Perpindahan panas pad alas terjadi secara konduksi, dan sebagian kecil terjadi secara konveksi dan radiasi. Konveksi dan radiasi dapat diabaikan. Luas daerah yang mengalami pemanasan tegantung pada beberapa hal, diantaranya:
1. Peningkatan kecepatan v pada panas masukan q constant menyebabkan daerah yang tepengaruh panas menjadi mengecil dimana garis-garis isothermis menyempit pada arah tegak lurus arah las dan memendek pada arah pengelasan 2. Kenaikan panas masukan q pada kecepatan v constant memperluas daerah terpengaruh panas dimana garis-garis isothermis melebar pada arah tegak lurus las dan memanjang pada arah las. 3. Kenaikan masukan panas q dan kecepatan v pada harga masukan panas (q/v) constant memperluas daerah terpengaruh panas sebanding dengan panas masukan dan kecepatan. 4.
Kenaikan suhu preheat T 0 pada masukan panas dan kecepatan constant memperluas daerah terpengaruh panas.
5.
Konduktivitas themal (k ) sangat mempengaruhi daerah terpengaruh panas. Jika nilai k kecil panas masukan (q) yang diperlukan saat pengelasan kecil. Sebagai akibatnya baja tahan karat austenit Cr-Ni (austhenitic stainless steel) dapat dilas dengan masukan panas yang kecil sedangkan alumunium (Al) dan tembaga (Cu) membutuhkan masukan panas yang besar.
Siklus Thermal
Pada proses pengelasan, kecepatan busur listrik (sumber panas) lebih besar dari kecepatan perpindahan panas. Kecepatan aliran panas searah dengan gerakan busur listrik. Dengan demikian daerah di sekitar las mengalami siklus thermal berupa pemanasan sampai suhu maksimum tercapai kemudian diikuti dengan pendinginan. Besar suhu maksimum :
dimana : T p = Suhu maksimum (K) To = Suhu awal las (K) e = bilangan natural = massa jenis ( g/mm2+) c = Panas jenis logam induk ( J/gK) h = Tebal logam induk (mm) y = batas las (Tp=To) Tm= Suhu cair logam induk (k) Hnet= Masukan panas Kecepatan pendinginan
Struktur micro pada logam las dan HAZ dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan , hal in disebabkan kerana proses pembekuan logam cair (solidification) dan tranformasi fasa sangat sensitive terhadap kecepatan pendinginan.
CR = cooling rate k = Konduktivitas thermal T p = temperature akhir To = temperature awal Hnet = E
Struktur Mikro Dari Las
Penambahan unsur paduan pada logam las menyebabkan struktur mikro cenderung berbentuh bainit dengan sedikit ferit batas butir, kedua macam struktur mikro tersebut juga dapat terbentuk jika ukuran butir austenitnya besar. Nilai t8/5
yang semakin besar (waktu pendinginan semakin lama) akan
meningkatkan ukuran ferit batas butir, selain itu waktu penditiginan yanig lama akan menyebabkan struktur rnikra yang paling banyak terbentuk adalah ferit widmanstatten.
Kandungan
oksigen
yang
besar
juga
akan
menyebabkan
terbentunya ferit Widmanstatten dan ferit batas butir dengan ukuran yang besar. Untuk mendapatkan struktur mikro hasil pengelasan yang baik yaitu berupa ferit acicular maka unsur paduan, kandungan oksigen, waktu pendingin (At 8/5) dan ukuran butir austenit harus tepat. Struktur mikro dari las biasanya konibinasi dari struktur mikro berikut ini :
Ferit Batas Butir
Ferit batas butir terbentuk pertama kali pada transformasi -, biasanya terbentuk sepanjang bats austenit pada suhu 1000 °C – 650 °C
Ferit Widmanstatten
Jika suhunya lebih rendah maka akan terbentuk ferit Widmanstatten. Ukurannya besar dan pertumbuharmya cepat sehingga akan memenut permukaan butirnya
.Struktur mikro ini terbentuk pada suhu 750 °C – 650 °C disepanjang batas butir austenit. Ferit widmanstatten mempunyai ukuran besar dengan orientasi arah yang hampir sama sehingga memudahkan terjadinya perambatan retak.
Ferit Acicular
Ferit acicular berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil dan mempunyai orentasi arah yang acak.Jika terjadi retak hasil las dengan struktur mikro ferit acicular maka retak tersebut tidak akan cepat merambat karena oreientasi arahnya acak. Karena hal tersebut maka bentuk struktur mikro ferit acicular mempunyai ketangguhan paling tinggi dibanding strutur mikro yang lain. Biasannya ferit aciculat terbentuk sekitar suhu 650 °C Dalam pengelasan, penambahan titanium dan boron bersama-sama dengan oksigen dengan konsentrasi rendah sangat efektif untuk membentuk ferit acicular selain itu ferit acicular juga dapat terbentuk pada hasil pengelasan jika inklusi yang terjadi mempunyai diameter lebih dari 0,2 m. Mo dan Cr merupakan pembentuk karbida yang kuat yang dapat menahan pembentukan proeutectic ferrite dan meningkatkan pembentukan ferit acicular. Hasil pengelasan akan mempunyai sifat-sifat yang baik jika jumlah ferit acicular yang terbentuk paling banyak.
Bainit
Bainit merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenit dan berupa pelat pelat sejajar dengan Fe 3C diantara pelat-pelat tersebut atau didalam pelat. Bainit mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dibanding ferit, tetapi lebih rendah dari pada martensit.
b
a
b
Gambar 5. a) skema ferit acicular, b) foto mikro ferit acicular.
Martetisit
Martensit akan terbentuk pada proses pengelasan dengan pendinginan sangat cepat, mempunyai sifat sangat keras dan getas sehingga kekuatan tarik dan ketangguhannya rendah.
7. Struktur Mikro dan Sifat-Sifat Mekanik Pada proses pengelasan, transformasi (austenit)
(ferit) merupakan
tahap yang paling krusial karena struktur mikro logam las yang berarti juga sifatsifat mekanisnya sangat ditentukan pada tahap ini. Diantara faktor-faktor yang mempengaruhi transformasi (austenit)
(ferit) adalah masukan panas (heat
input), komposisi kimia las, kecepatan pendinginan dan bentuk sambungan las seperti ditunjukkan oleh diagram CCT (Continuous Cooling Transformstion) seperti pada gambar 6. Struktur mikro logam las baja terdiri dari kombinasi dua atau lebih fasa-fasa berikut yang disususn berdasarkan suhu pembentuknya : 1)Ferit batas butir ( grain boundary ferrite), terbentuk antara suhu 1000 sampai 650
o
C sepanjang batas butir austenit.
2)Ferit Widmanstatten (Widmanstatten ferrite side plates), terbentuk antara suhu 1000 sampai 650 oC Ferit acicular (acicular ferrite), terbentuk antara suhu 650 oC Bainit,terbentuk antara suhu 500 oC Martensit, terbentuk jika proses pendinginannya sangat cepat
Gambar 6. Diagram CCT Dari kelima struktur mikro di atas, ferit acicular merupakan struktur mikro yang diinginkan karena dapat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan logam las seperti yang dilaporkan oleh Harrison dan Farrar (1981)., Grong dan Matlock (1986). Peningkatan kekuatan ini disebabkan karena ferit acicular berbutir halus sesuai dengan persamaan Hall-Petch berikut : = o + kd-1/2
………………………………....…..….…(5)
Dimana : tegangan luluh o : tegangan friksi ( friction stress) k : koefisien penguat (strengthening coefficient ) d : ukuran (diameter) butir Pada sisi lain, ketangguhan las disebabkan karena struktur ferit acicular berbentuk anyaman (interlocking structure) sehingga dapat menahan laju rambatan retak dan memberikan ketangguhan yang baik.
C. PROSES
Proses-proses ini menggunakan las listrik untuk menciptakan dan menjaga busur listrik antara elektroda dan bahan dasar untuk mencairkan logam di titik pengelasan. Mereka dapat menggunakan salah arus searah (DC) atau bolak-balik (AC) saat ini, dan konsumsi atau non-habis elektroda. Daerah pengelasan kadang-kadang dilindungi oleh beberapa jenis inert atau semi-gas inert, yang dikenal sebagai gas melindungi, dan bahan filler kadang-kadang digunakan juga. Untuk pasokan energi listrik yang diperlukan untuk proses pengelasan busur, sejumlah pasokan daya yang berbeda dapat
digunakan. Pengelasan yang paling umum adalah konstan pasokan listrik saat ini pasokan listrik dan konstan tegangan catu daya. Dalam pengelasan busur, panjang busur secara langsung berhubungan dengan tegangan, dan jumlah panas masukan adalah terkait dengan arus. Catu daya arus konstan yang paling sering digunakan untuk proses pengelasan manual seperti gas tungsten arc welding dan terlindung pengelasan busur logam, karena mereka mempertahankan arus yang relatif konstan, bahkan ketika tegangan bervariasi. Hal ini penting karena di manual las, dapat sulit untuk memegang sempurna elektroda mantap, dan sebagai hasilnya, panjang busur dan dengan demikian tegangan cenderung berfluktuasi. Catu daya tegangan konstan terus tegangan konstan dan bervariasi saat ini, dan sebagai hasilnya, yang paling sering digunakan untuk proses pengelasan otomatis seperti gas pengelasan busur logam, buang biji fluks pengelasan busur, dan pengelasan busur terendam. Dalam proses ini, panjang busur dijaga konstan, karena setiap fluktuasi dalam jarak antara kawat dan bahan dasar dengan cepat diperbaiki oleh perubahan besar arus. Misalnya, jika kawat dan bahan dasar terlalu dekat, arus yang cepat akan meningkat, yang pada gilirannya menyebabkan panas untuk meningkatkan dan ujung kabel meleleh, kembali ke jarak aslinya. Jenis saat ini digunakan dalam pengelasan busur juga memainkan peran penting dalam pengelasan. Consumable elektroda terlindung proses seperti pengelasan busur logam dan gas pengelasan busur logam pada umumnya menggunakan arus langsung, tetapi elektroda dapat diisi baik positif maupun negatif. Dalam pengelasan, bermuatan positif anoda akan memiliki konsentrasi panas yang lebih besar, dan sebagai hasilnya, mengubah polaritas elektroda memiliki dampak pada properti weld. Jika elektroda bermuatan positif, logam dasar akan menjadi lebih panas, meningkatkan penetrasi dan pengelasan las kecepatan. Selain itu, sebuah hasil elektrode bermuatan negatif lebih dangkal Welds. Nonconsumable proses elektroda, seperti gas tungsten arc welding, dapat menggunakan kedua jenis arus searah, serta arus bolak-balik. Namun, dengan arus langsung, karena hanya menciptakan elektroda busur dan tidak menyediakan bahan pengisi, elektrode yang bermuatan positif menyebabkan Welds dangkal, sedangkan elektroda bermuatan negatif membuat lebih Welds. bolak bergerak cepat saat ini antara kedua, yang mengakibatkan menengah Welds penetrasi. Salah satu kelemahan dari AC, fakta bahwa busur harus dinyalakan kembali setelah setiap nol persimpangan, telah berbicara dengan penemuan kekuatan khusus unit yang menghasilkan gelombang persegi pola
bukannya normal gelombang sinus, membuat penyeberangan nol cepat mungkin dan meminimalkan efek dari masalah.
PENGELASAN (WELDING) 1. Sejarah Pengelasan Berdasarkan penemuan-penemuan benda sejarah dapat diketahui teknik
penyambungan logam telah diketahui sejak zaman prasejarah, misalnya pembrasingan logam paduan emas-tembaga dan pematrian paduan timbal-timah, menurut keterangan yang didapat diketahui dan dipraktekkan dalam rentang waktu antara 4.000 – 3.000 S.M. Sumber panas waktu itu diduga berasal dari pembakaran kayu atau
arang.
Dikarenakan
suhu
yang dicapai
dengan
menggunakan pembakaran kayu atau arang sangat rendah, maka penyambungan ini pada waktu itu tidak dikembangkan lebih lanjut. Setelah energi listrik dapat digunakan dengan mudah, teknologi pengelasan berkembang dengan pesat menjadi suatu teknik penyambungan yang mutakhir.
2. Definisi
Berdasarkan definisi dari DIN las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam/ logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Mengelas menurut Alip (1989) adalah suatu aktifitas menyambung dua bagian benda atau lebih dengan cara memanaskan atau menekan atau gabungan dari keduanya sedemikian rupa sehingga menyatu seperti benda utuh. 3. Klasifikasi Pengelasan. Banyak sekali cara-cara pengklasifikasi pengelasan, hal ini disebabkan belum adanya kesepakatan dalam pengklasifikasian tersebut. Bisa kita bagi menjadi 2 klasifikasi besar yaitu Pengelasan Konvensional dan Pengelasan NonKonvensional. Namun secara konvensional klasifikasi pengelasan dibagi menjadi dua golongan, yaitu: Berdasarkan cara kerja; las cair, las tekan, las patri, dsb. Berdasarkan sumber energi yg digunakan; las kimia, las listrik, l as mekanik, dll. Jika kita 2 klasifikasi tsb, diklasifikasikan dengan lebih terperinci lagi maka akan terbentuk kelompok-kelompok yang lebih terperinci lagi. 4. Struktur Mikro Daerah Las-lasan Daerah las-lasan terdiri dari tiga bagian yaitu: daerah logam las, daerah pengaruh panas atau heat affected zone disingkat menjadi HAZ dan logam induk yang tak terpengaruhi panas. a. Daerah logam las
Daerah logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair dan kemudian membeku. Komposisi logam las terdiri dari komponen logam induk dan bahan tambah dari elektroda. Karena logam las dalam proses pengelasan ini mencair kemudian membeku, maka kemungkinan besar terjadi pemisahan komponen yang menyebabkan terjadinya struktur yang tidak homogen, ketidakhomogennya struktur akan menimbulkan struktur ferit kasar dan bainit atas yang menurunkan ketangguhan logam las. Pada daerah ini struktur mikro yang terjadi adalah struktur cor. Struktur mikro di logam las dicirikan dengan adanya
struktur berbutir panjang (columnar grains). Struktur ini berawal dari logam induk dan tumbuh ke arah tengah daerah logam las.
b. Daerah pengaruh panas atau heat affected zone (HAZ)
Daerah pengaruh panas atau heat affected zone (HAZ) adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis dari sambungan las. Secara visual daerah yang dekat dengan garis lebur las maka susunan struktur logamnya semakin kasar. Pada daerah HAZ terdapat tiga titik yang berbeda, titik 1 dan 2 menunjukkan temperatur pemanasan mencapai daerah berfasa austenit dan ini disebut dengan transformasi menyeluruh yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit kemudian bertransformasi menjadi austenit 100%. Titik 3 menunjukkan temperatur pemanasan, daerah itu mencapai daerah berfasa ferit dan austenit dan ini yang disebut transformasi sebagian yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit berubah menjadi ferit dan austenit.
Gambar Heat Affected Zone
c. Logam induk
Logam induk adalah bagian logam dasar di mana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat. Disamping ketiga pembagian utama tersebut masih ada satu daerah pengaruh panas, yang disebut batas las
Cara Pengelasan
Pelat yang berbentuk koil dirol tekuk membentuk pipa spiral dilakukan pengelasan dimulai bagian dalam kemudian pada jarak 1,5 meter dilakukan pengelasan pada bagian luar pipa dengan las SAW seperti terlihat pada gambar 7.. Dari model pengelasan spiral kontinyu yang divariasi adalah pengelasan luar pipa. Prosedur pengelasan adalah menurut standard AWS A5.17. Pengelasan dilakukan dengan 5 jenis variasi heat input yang berbeda-beda. Pengelasan dilakukan di PT. KHI Pipe Industries Cilegon Banten.
Coil pelat
Pengelasan luar
Rolls
Pengelasa n dalam
a
b
Gambar 7. a). Proses pengelasan pipa spiral b) Skema pengelasan pipa spiral
Untuk memenuhi pengelasan pipa yang baik, maka harus memperhatikan ukuran dan posisi alur yang akan disambung, hal ini bisa dilihat pada gambar 8.
1 mm 12 mm
699,2 mm 711,2 mm
Gambar 8. Potongan alur pengelasan
Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan struktur mikro adalah salah satu sifat fisis yang diamati dalam penelitian ini. Tujuan dari pengamatan struktur mikro adalah untuk mengetahui struktur mikro hasil pengelasan dengan variasi kuat arus. Alat yang dipergunakan untuk pengujian ini adalah mikrosokop optik, dengan mikrosokop ini dapat dilihat ukuran dan bentuk butir serta distribusi dari berbagai macam fasa logam serta inklusi yang terjadi pada pengelasan. Pembesaran yang dipergunakan adalah 100, 200, dan 500 kali. Pengamatan dilakukan pada daerah las.
