PENGARUH MASUKAN PANAS SAMBUNGAN LAS ERW TERHADAP KEKERASAN MATERIAL PIPA BAJA API5L - GR.B

(1)

M.P.I.

vot.t

NO.3. Desember 2007,22 - 27

PENGARUH MASUKAN PANAS SAMBUNGAN LAS ERW

TERHADAP

KEKERASAN MATERIAL PIPA BAJA

API5L - GR.B

Koos Sardjono KP.

B2TKS ( UPT - LUK ) - BPP TEKNOLOGI

Kawasan PUSPITEK,

Serpong, Tangerang -15314

E-mail:

ksardjono@b2tks.com

Abstract

The once important process in metal industry, engineering and manufacture is to joint the metal. Use welding technology on steel pipe, require excellent welding quality same with the Welding Procedure Qualification.

In many cases welding joint on steel metal, often revealed crack phenomenon. Crack can consequently cause by thermal cycle, welding parameter incorrect selection, or due

of

the design - fault. This phenomenon can be affected to grain size, micro-structure and residual stress

so

also affected the mechanical behavior

of

weld joint.

Investigation result show that heat input parameter on welding process with ERW method to steel pipe API 5L - gr.

B

84,670 Joule /

mm

was not affected to the mechanical behavior

as

Vickers hardness value in base metal, Heat Affected Zone and Weld Metal.

Kata kunci

:

Masukan panas,

sambungan las ERW,

Pipa baja API 5L - gr.B

PENDAHULUAN

Salah

satu

proses

terpenting

dalam

industri logam,

permesinan dan manufaktur

adalah

proses

penyambungan

logam.

Penggunaan teknologi las seperti pada pipa

baja,

menuntut mutu pengelasan yang baik.

Dalam banyak kasus sambungan las

pada logam baja, sering dijumpai timbulnya

gejala retak dan patah getas. Patah getas

umumnya

terjadi

sewaktu

temperatur

lingkungan

turun

dengan

drastis.

Kebanyakan

teknisi

/

operator

las tidak

sabar,

untuk

mempersingkat

waktu

pengerjaan

mereka

memberikan

nilai

masukan panas tinggi, ini

mengakibatkan

terjadinya siklus termal pada logam sangat

cepat

terutama

disekitar

logam

lasan.

Fenomena ini akan berpengaruh terhadap

ukuran butir, sturktur mikro dan tegangan

termal

yang

akhirnya

mempengaruhi

terhadap sifat mekanis sambungan las.

Penelitian dilaksanakan dengan tujuan

untuk

mengetahui

pengaruh

perubahan

besaran

masukkan

panas

(head input)

terhadap

sifat

mekanis

sambungan

las.

Untuk itu diperlukan

beberapa pengujian

terhadap sampel sambungan las yang terdiri

dari:

1) Pengujian

Tidak

Destructive Test)

Tujuan

pengujian

mengetahui kondisi

yang

dilakukan

radiografi.

2)

Pengujian Merusak

(Destructive Test)

Tujuan

pengujian

adalah

untuk

mengetahui sifat mekanis sambungan las

-~.

terhadap

beberapa tipe

pembebanan.

Pengujian yang dilakukan antara lain:

uji

pukul takik

(impact test),

uji tarik

(tensile test),

uji kekerasan

(hardness test),

dan

pemeriksaan metalografi

(metallography examination) .

Merusak

(Non

adalah

untuk

cacat pengelasan,

dengan

metode

BAHAN DAN METODE PENELlTIAN

Pengelasan

adalah

suatu

proses

penyambungan

dua

atau

lebih

logam

menjadi satu akibat panas dan atau tanpa

pengaruh tekanan.

Definisi lain adalah ikatan

metalurgi yang ditimbulkan oleh gaya tarik

menarik antara atom.

Sebelum atom-atom

tersebut membentuk ikatan,

permukaan yang

(2)

Pengaruh Masukan Panas Sambungan Las ERW Terhadap Kekerasan Material Pipa Baja API 5L- GR.B (Koos Sardjono KP)

menjadi satu perlu bebas dari gas yang

terserap atau oksida-oksida. Bila dua

permukaan yang rata dan bersih ditekan,

beberapa kristal akan tertekan dan

bersinggungan. Bila tekanan diperbesar,

daerah singgung ini bertambah luas, lapisan

oksida yang rapuh, pecah logam mengalami

deformasi plastik. Batas antara dua

permukaan kristal dapat menjadi satu dan

terjadilah sambungan, proses ini disebut

pengelasan dingin.Sampai saat ini telah

berhasil dikembangkan kurang lebih empat

puluh jenis proses pengelasan yang berbeda,

tetapi secara umum dapat dikelompokkan

menjadi:

1) Proses pengelasan busur listrik (Arc

Welding Proses).

2) Proses pengelasan gas (Gas Welding

Proses).

3) Proses pengelasan tahanan listrik (Electric

ResisitanceWelding).

Las Resistansi Listrik

(Electric Resistance

Welding)

Dalam bab ini hanya dibahas mengenai

las resistansi listrik karena pengelasan yang

digunakan untuk pembuatan pipa pada BPI

menggunakan Electric Resistance Welding

(ERW). Proses pengelasan las resistansi

listrik yaitu dengan menggunakan arus yang

cukup besar dialirkan melalui logam

sehingga menimbulkan panas pada

sambungan, dan dibawah pengaruh tekanan

dan pengaturan hambatan listrik sehingga

terbentuklah sambungan las. Transformator

yang terdapat dalam mesin las merubah

tegangan arus bolak - balik dari

110 - 220

V

menjadi

4 - 12

V dan arusnya menjadi cukup

besar sehingga menghasilkan panas yang

diperlukan. Bila arus mengalir dalam logam,

panas timbul didaerah ujung elektrode

dengan tahanan listrik yang terbesar, yaitu

pada batas permukaan kedua logam atau

lembaran dan terjadilah sambungan las.

Besar arus yang diperlukan didaerah

sambungan bekisar antara 50-60 MVNm2

dengan tenggang waktu sekitar

12

m/men it,

tekanan yang diperlukan berkisar antara 30

-50 MPa.

Las resistansi listrik ini pada dasarnya

merupakan proses penyambungan lembaran

tipis. Pada proses ini sambungan mengalami

tekanan selama proses pemanasan yang

diatur dengan cermat dan prosesnya sendiri

berlangsung secara cepat. Hampir semua

logam dapat dilas dengan las resistansi

listrik, meskipun ada beberapa logam seperti

timah putih, seng dan timbel agak sulit dilas.

Pad a pengelasan resistansi listrik ada tiga

faktor yang perlu diperhatikan :

ISSN 1410-3680

a) Besarnya arus listrik yang dipergunakan

untuk pengelasan.

b) Besarnya tahanan arus listrik yang

digunakan dalam pengelasan.

c) Waktu yang digunakan dalam siklus

pengelasan.

Sehingga besarnya masukan energi

panas yang dihasilkan dapat dihitung dengan

rumus:

Q

=

11 .

I

2. R.t ( Joule / m )

Dengan :

11 =

Efisiensi pengelasan ( 0,7 )

I

=

Arus listrik (A)

R

=

Tahanan listrik (Ohm)

t

=

Waktu siklus pengelasan ( sekon )

Untuk mendapatkan hasil yang baik

ketiga variable diatas, perlu diperhatikan dan

ditentukan dengan cermat. Dan ketiga

besaran sangat tergantung pada tebal

bahan, diameter elektroda dan tekanan yang

digunakan.

Proses Pengelasan Resistansi Listrik

meliputi:

1) Las Titik ( Spot Welding)

Las titik merupakan cara las resistansi

listrik dimana dua atau lebih lembaran

logam dijepit diantara elektroda dan

log am. Kemudian siklus las mulai pada

saat elektroda bersinggungan dengan

logam dibawah pengaruh tekanan

sebelum arus dialirkan, waktu yang

singkat disebut waktu tekan, kemudian

dialirkan arus bertegangan rendah

diantara elektroda, logam yang saling

bersinggungan menjadi panas dan suhu

naik sampai mencapai suhu pengelasan.

Segera setelah suhu pengelasan dicapai

tekanan antara elektroda memaksa

logam menjadi satu dan terbentuklah

sambungan las. -.... Lenganyang dapal bergerak Sarnbunqan ke jaring<ln listrik Gambar 1.

Distribusi Suhu Pada Las Titik

2) Pengelasan Kampuh(Seam Welding)

Las kampuh adalah proses las yang

menghasilkan sambungan las yang

kontinyu pada dua lembaran logam.

Sambungan terjadi oleh panas yang di

timbulkan tahanan. Arus mengalir melalui

(3)

--- -

-M.P.1.Vol.1 NO.3. Desember 2007. 22 - 27

lembaran logam yang ditekan antara dua

buah elektroda bulat. Metode ini

merupakan pengelasan titik yang

kontinyu. Pengelasan kampuh

berkecepatan tinggi digunakan arus

bertindak sebagai in terup tor.

Panas yang dihasilkan pada permukaan

kontak elektroda adalah minimal karena

disini digunakan elektroda paduan

tembaga dan panas berdesipasi dengan

cepat karena elektroda dan daerah las

dialiri air. Jumlah panas yang terjadi

pada permukaan batas karena tahanan

kontak dapat ditingkatkan dengan

menurunkan tekanan elektroda variable

lain, yang berpengaruh adalah waktu

pengelasan. Bila kecepatan pengelasan

bertambah maka panas yang dihasilkan

akan berkurang.

Las kampuh digunakan dalam

pembuatan wadah logam, knalpot

kendaraan dan spatbor, lemari es dan

tangki bahan bakar. Keuntungan metode

pengelasan ini adalah disain yang rapi,

penghematan bahan, sambungan yang

rapat, sambungan yang rapat dan biaya

yang murah.

Las ksmpub tumpanq

A.''

~

'

''":=~-)

. ~tumpangt'nd'h Manlk las ,,"

~ i:~S'

Gambar 2.

Las kampuh tumpang

3) Pengelasan Kampuh Kontinyu

(Continuous Seam Welding)

Proses inilah yang dipakai pada

pembuatan pipa baja pada BPI

Proses ini biasanya digunakan pada

produk yang panjang dan sejenis. Cara -'.

kerjanya yaitu lembaran logam ditekuk

dengan tekanan yang telah ditentukan

sehingga membentuk sudut 4° - 7°.

puncak bentuk V yang terbuka

meninggalkan kontak, sesuai arah

gerakan. Aliran frekwensi tinggi

menyusuri daerah yang terlokalisasi

pada sisi V satu dan lalu balik lagi pada

sisi yang lainnya yang menyebabkan

efek kulit dan "proximiki". Tahanan logam

terhadap aliran arus memanasi daerah

tepi saja tidak sampai melebur kedalam.

Kecepatan pengelasan dan tingkat power

disesuaikan sehingga dua tepi yang dilas

selalu pada temperatur welding ketika

ditemukan. Pad a saat tersebut, tekanan

rol menekan tepi panas dan menset

tepi-tepi tersebut sehingga menghasilkan

daerah pengelasan. Logam panas yang

terdiri dari impurities dari permukaan

lembaran ditekan keluar dari sambungan

dan terbentuklah sambungan las yang

kontinyu.

Gambar 3.

Pengelasan Resistansi Tumpul Secara

Kontinyu Pada Tabung

4) Uji Kekerasan Vickers (Vickers Hardness

Test)

Pada uji kekerasan Vickers

menggunakan penumbuk piramida intan

yang dasarnya berbentuk bujur sangkar.

Besar sudut antara permukaan

permukaan pyramid adalah 136°. Sudut

ini dipilih karena nilai tersebut mendekati

sebagian besar nilai perbandingan yang

diinginkan antara diameter lekukan dan

diameter bola penumbuk pada uji

kekerasan Brinell. Karena penumbukan

piramid, maka pengujian ini sering

dinamakan uji kekerasan piramida intan.

Angka kekerasan piramid intan (DPH),

atau angka kekerasan Vickers (VHV),

didefinisikan sebagai beban dibagi luas

permukaan lekukan. Pada prakteknya,

luas ini dihitung dari pengukuran

mikroskopik panjang diagonal jejak. DPH

dapat ditentukan dengan persamaan :

DPH

=

2P sin (8/2)

=

L2

1.854 P Dengan:

P

=

Beban yang diterapkan ( kgf)

L

=

Panjang diagonal rata - 2 ( mm2 )

8

=

Sudut antara permukaan intan yang

berlawanan ( 1360).

Beban yang biasa digunakan pada

pengujian Vickers antara 1 hingga 120

kg, tergantung pada kekerasan logam

yang akan diuji. Hal - hal yang

menghalangi keuntungan pemakaian

(4)

Pengaruh Masukan Panas Sambungan Las ERW Terhadap Kekerasan Material Pipa Baja API 5L - GR B (K S d'

KP) . oos ar jono

Vickers tidak dapat dipergunakan

secara rutin karena pengujian tersebut

lambat, memerlukan permukaan benda

uji yang hati - hati dan terdapat

pengaruh kesalahan manusia yang besar

dalam penentuan diagonal.

Lekukan yang benar yang dibuat oleh

penumbuk piramida intan harus

berbentuk bujur sangkar, akan tetapi

sering terjadi penyimpangan pada

penumbuk piramida ( Gambar 2.4).

Lekukan bantal jarum pada Gambar 2.4b

adalah akibat penurunan logam disekitar

permukaan piramida yang datar.

Keadaan ini terjadi pada logam yang

dilunakkan mengakibatkan pengukuran

panjang diagonal yang berlebihan.

Lekukan berbentuk tong pad a gambar

2.4c terdapat pada logam - logam yang

mengalami proses pengerjaan dingin.

Bentuk demikian diakibatkan

penimbunan ke atas logam - logam di

sekitar permukaan penumbuk. Ukuran

diagonal pad a kondisi demikian akan

menghasilkan luas permukaan kontak

yang kecil, sehingga menimbulkan

kesalahan angka kekerasan yang besar.

Sedangkan untuk lekukan yang

sempurna dapat dilihat pada Gambar

4(a), dimana panjang diagonal rata-rata

dapat ditentukan dengan tepat sehingga

dihasilkan kekerasan yang akurat.

Karena nilai kekerasan mudah ditentukan

dan tidak merusak contoh,cara pengujian

ini sering dimanfaatkan untuk

pengendalian mutu pada proses - proses

perlakuan panas. Bila nilai kekerasan

merata, dapat ditarik kesimpulan umum

bahwa sifat-sifat mekanismenya pun

seragam.

4~$

'

"

1<1

Gambar4.

Tipe - Tipe Lekukan Piramida Intan. (a) Lekukan Yang Sempurna

(b) Lekukan Bantal Jarum.

(c) Lekukan Berbentuk Tong

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan dengan

menggunakan metode Vickers dijejak pad a

Weld Metal, Heat Affected Zone (HAZ), Base Metal (BM) dengan menggunakan standar

pengujian ASTM A370 dengan beban yang

diguinakan 10 kg dan ketentuan-ketentuan :

a. Kekerasan Base Metal, HAZ, Weld

Metal tidak boleh melebihi 250 HV

b. Distribusi kekerasan antara

daerah-daerah Base Metal, HAZ, Weld Metal

tidak boleh melebihi 50 HV

c. Test Frekuensi

=

1 spl/ Heat

Pengujian dilakukan

menggunakan metode Vickers,

diamond pyramid digunakan

indikator dengan sudut antara

puncaksebesar136° dengan dimana sebagai sisi-sisi Tabel1.

Hasil Uji Kekerasan API 5L - gr. B

Base

HAZ

FL

HAZ

Base

HAZ

No Posisi

Metal

I II III IV V VI VII 1 A 65.3 162.1 174.4 170.7 168.8 171.1 166.0 -.... B 63.2 161.3 171.6 170.1 172.1 174.7 164.7

C

64.6 163.6 172.7 166.0 175.6 168.0 167.4 2 A 65.3 160.9 174.4 171.2 166.8 166.8 167.4 B 60.3 164.8 184.2 169.1 170.2 165.1 163.2

C

63.9 166.7 170.1 168.0 171.6 163.2 166.5 3 A 69.8 160.0 162.8 161.8 165.9 159.1 170.1 ISSN 1410-3680 25

(5)

M.P.I. Vol.1 NO.3.Desember 2007,22 -27

Dari data - data yang diperoleh dari uji

kekerasan Vickers pad a API SL - gr. B

menunjukkan bahwa nilai kekerasan rata-rata

di BM (16S HV) , HAZ (170 HV) dan di WM

(166,7 HV). Hal ini menunjukkan bahwa nilai

kekerasan masing - masing cukup tinggi

sehingga baik Base Material (BM), Heat

Affected Zone (HAZ) dan Weld Metal (WM)

masuk kedalam standar American

Petroleum Institute (API) yang mempunyai

nilai kekerasan minimal 141,7 HV.

Tabel2.

Hasil Rata - Rata Uji Kekerasan API SL - gr. B

Base

HAZ WM HAZ Base Base HAZ

No Posisi Metal Metal Metal

I II III IV V I 11 A+B+C 1 164.3 162.3 172.9 168.9 172.1 171.2 166.0 3 2 idem 163.1 164.1 176.2 169.4 169.S 16S.0 16S.7 3 idem 168.2 161.9 164.0 161.9 16S.4 161.9 169.3 Total Rata2 16S.2 162.7 171.0 166.7 169 166.0 167 170 z

«

Cl) ₁₆₅

~

w 160 ::.:: w ::.:: 155

1 ₂ 3 Rata2 !OWELD METAL!

C Base Metal I • Base Metal 11 0 Base Metal VIC Base Metal VII

Gambar S.

Grafik Kekerasan VS Base Metal

API SL - gr. B

Gambar 7.

Grafik Kekerasan vs Weld Metal

API SL - gr.B

Dari data - data parameter proses

pengelasan diperoleh informasi sebagai

berikut:

Tabel3.

Data-Data Parameter Pengelasan 180 z 175, «

'"

_~

170

I

w '<: 165 w '<: 160

I

155 1 2 3 Rata2

-~.

_Kecepatan

Kuat Arus Voltage

Benda uji

(Ampere) (Volt) Las

(m/menit)

APAPI ₂₀₀ ₃₃₆ ₀_,₂

SL- gr. B

IOHAZIII .HAZV

I

Gambar6.

Grafik Kekerasan vs HAZ API SL - gr.B

Sehingga masukan panas dihitung dengan

panjang setiap pipa 6 m, adalah sebagai

berikut :

Q

=

T). I2. R.t ( Joule 1 m )

=

0,7 .( 200

)2

.

336/200

.

6/0,2

=

84.670 Joule

1

mm

(6)

Pengaruh Masukan Panas Sambungan Las ERW Terhadap Kekerasan Material Pipa Baja API 5L - GR.B (Koos Sardjono KP)