Tugas – 06 Welding Metallurgy
Nama: Andriyansa
NIM: 1506775071
1. Jelaskan definisi kemampulasan (weldability) & faktor apa yang mempengaruhi sifat tsb. Kemampulasan (weldability) merupakan pengukuran seberapa mudah kita melakukan suatu pengelasan pada material tertentu tanpa menimbulkan retak (crack) dan memperoleh sifat mekanis yang diinginkan. Jika suatu material mudah dilas tanpa ada retak, maka material tersebut dikatan weldable. Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampulasan antara lain:
Sifat alami logam Desain pengelasan Teknik pengelasan Skill dari tukang las
2. Jelaskan kemampulasan dari baja AISI 1015 dan AISI 1040. Jelaskan jenis baja karbon yang mana yang memiliki kemampulasan terbaik.
Kemampulasan dari baja karbon berbanding terbalik dengan kemampukerasan dari baja karbon tersebut. Hal ini dikarenakan adanya pembentukan fasa martensit selama proses perlakuan panas. Kemampukerasan dapat diukur dengan melakukan Jominy Test, dimana dengan pengujian ini kita dapat mengetahui kemampukerasan suatu material (biasanya baja), berikut contoh kurva hasil pengujian Jominy Test ini (kiri) dan juga susunan perangkatnya (kanan):
Dengan adanya peningkatan kadar karbon, maka kemampukerasan akan meningkat dan mengakibatkan kemampulasan menurun. Oleh karena itu, diperlukan adanya keseimbangan (trade-off) antara kekuatan material dengan kemampulasannya. Kembali ke
soal, dalam membandingkan kemampulasan antara AISI 1015 dan AISI 1040 kita harus melihat komposisi kimia dari kedua jenis baja ini, dapat dilihat pada tabel berikut
Terlihat dari kandungan karbonnya, AISI 1015 tergolong ke dalam baja karbon rendah sedangkan AISI 1040 tergolong ke dalam baja karbon sedang. Apabila kita menggunakan teori sebelumnya mengenai kemampukerasan, AISI 1040 lebih tinggi kemampukerasannya dibandingkan AISI 1015 yang berupa baja karbon rendah. Dan dapat dikatakan juga bahwa AISI 1015 lebih baik kemampulasannya. Akan tetapi bukan berarti AISI 1040 sulit dilas, ada perlakuan lebih yang dilakukan saat mengelas AISI 1040 yakni dilakukan pre-heating pada suhu 149°C - 260°C dan dilakukan PWHT pada suhu 594°C - 649°C.
3. Jelaskan hubungan antara komposisi logam yang akan dilas dengan sensitifitas retak. Ukuran atau parameter apa yang dipakai untuk menentukan sensitifitas retak lasan. Sebutkan beberapa rumusan yang saudara ketahui.
Hubungan antara komposisi logam yang akan dilas dengan sensifitas retak dapatdinyatakan dalam grafik karbon ekivalen dengan sensifitas retak seperti yang terlihat pada grafik di bawah ini:
Parameter penting pada grafik di atas yang mempengaruhi sensitifitas retak pada lasan adalah nilai Carbon Equivalent. Nilai carbon equivalent ini didapat dengan rumus:
dengan melihat rumus di atas, maka dapat disimpulkan bahwa komposisi logam akan sangat mempengaruhi besarnya nilai karbon ekivalen, dimana nilai karbon ekivalen ini akan mempengaruhi sensitifitas retak pada proses pengelasan. Semakin besar komposisi dari unsur karbon, mangan dan silikon dalam logam lasan, maka akan meningkatkan kekerasan baja tersebut sekaligus meningkatkan nilai karbon ekivalennya. Semakin besar nilai CE, maka sensitifitas retak pada pengelasannya juga akan meningkat.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Liquation Cracking? Pada pengelasan jenis material (baja) apa yang sering terjadi dan sebutkan pencegahannya.
Liquation cracking disebabkan karena adanya konstituen yang mempunyai titik leleh
rendah pada batas butir yang memicu terbentuknya retak skala mikro. Cacat ini juga disebut sebagai hot cracking yang pada umumnya dihasilkan dari kombinasi regangan karena panas yang muncul selama proses pengelasan dan karena keuletan yang rendah di dalam material disebabkan adanya fasa liquid pada intergranular atau interdendritic. Lokasi cacat ini terletak pada HAZ, di dalam logam induk, atau pada deposited weld metal sebelumnya yang terpanaskan oleh passing berikutnya. Mekanisme penetrasi liquation
cracking di daerah HAZ melibatkan interaksi antara batas butir HAZ yang bermigrasi
dengan liquating matrix particle seperti karbida, sulfida, borida, dan lainnya.
Biasanya liquation cracking ini menyerang material Duplex SS (Ferralium 255 dan SAF 2205) dan Austenitic SS (Tipe 304 dan 304L). Berikut struktur mikro jenis material ini yang terserang liquid cracking : (ket; A = SS 304, B = SS 304L, C = Ferallium 255, D = SAF 2205)
Cara pencegahannya ialah dengan menggunakan elektroda yang sesuai dengan komposisi logam induknya, mengatur masukan panas, dan untuk logam induk sebaiknya dipilih yang memiliki butir halus dan kandungan impurities yang rendah.
Pada pengerjaan welding austenitic SS dan nickel alloys, minimalkan interface temperature dibawah 150° C untuk menjaga hot cracking.
5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Hydrogen Induced Cracking? Pada pengelasan jenis material (baja) apa yang sering terjadi dan sebutkan pencegahannya.
HIC atau Hydrogen Induced Cracking juga biasa disebut PMZ (Partially Melted Zone)
Cracking. Pada dasarnya HIC ini terjadi karena atom H membentuk molekul H2 di dalam
matriks logam. Dan ketika molekul H2 tersebut mengalami penambahan jumlah akan menyebabkan blistering pada permukaan ketika sistem menerima tekanan, dan apabila tekanannya terus ditingkatkan maka akan terbentuk retak yang akan terus menjalar. Sebelumnya harus diketahui bahwa liquation (proses pemisahan atau segregasi logam yang biasa terjadi di sepanjang fusion boundary intergranular). Liquation akan melemahkan batas butir sehingga daerah lasan akan mengalami retak ketika solidifikasi terjadi dan ada tegangan yang bekerja.
Karena hidrogen memiliki kelarutan hingga 3-4 kali dalam besi cair dibanding dalam keadaan solid, lapisan grain boundary liquated pada PMZ akan bertindak sebagai “pipeline” bagi hidrogen untuk berdifusi dari lasan melalui fusion boundary. Proses ini akan mengakibatkan timbulnya supersaturated hydrogen pada batas butir dengan kekerasan yang tinggi dan mampu menyebabkan retak yang berujung pada kegagalan.
Pada pengelasan dikenal istilah yang dinamakan delayed cracking dimana bisa terjadi 72 jam setelah pengelasan selesai dilakukan, hal ini juga dikarenakan oleh adanya molekul H2
ini. Dimana kegagalan ini kerap terjadi saat material yang telah dilas mengalami kegagalan di tensile stress yang lebih rendah dari kekuatan tensile-nya, hal ini disebabkan terdapatnya Hidrogen yang berdifusi pada daerah dimana memiliki konsentrasi yang tinggi, yakni daerah terdapatnya konsentrasi tegangan. Fenomena ini kerap terjadi pada pengelasan dengan metode busur las (arc welding) dikarenakan pada proses las busur ini Hidrogen berkemungkinan dihasilkan dari kelembaban lingkungan sekitar dan juga bisa berasal dari logam pengisi yang lembab. Untuk material yang biasanya sering mengalami HIC ini ialah
Low alloy dan High strength steel seperti Titanium dan Nikel. Umumnya, baja dengan
kekerasan dibawah 30 HRC dan kekuatan tarik dibawah 145000 Psi atau 1000 Mpa tidak mengalami fenomena HIC ini. HIC dapat diatasi dengan melakukan hal-hal berikut:
Area logam las harus bersih dan terbebas dari kelembaban Meminimalisir joint stress
Melakukan Pre-heat dan Post-heat yang tepat
Memilih logam pengisi yang tepat (dapat mengacu pada klasifikasi milik AWS)
Packaging dan Storing harus terbebas dari Hidrogen, baik itu dalam keadaan vakum atau diberi sedikit pemanasan pada suhu rendah.
6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Lamelar Tearing? Pada pengelasan jenis material (baja) apa yang sering terjadi dan sebutkan pencegahannya.
Lamelar Tearing terjadi ketika tegangan tarik terjadi pada bagian bawah daerah las (biasanya baja hasil pengerolan) yang memiliki ketangguhan atau keuletan yang rendah sehingga menyebabkan dekohesi pada inklusi non-metalik. Metode pencegahannya dengan menghindari tegangan tarik yang bekerja pada arah transversal terhadap sampel.
- Void tersebar dan terbentuk di daerah inklusi pada logam induk - Terbentuknya “terraces” dari void-void tersebut dan saling terhubung - Terjadi propagasi dan berujung pada shear failure
Biasanya cacat ini berada di daerah-daerah tertentu pada hasil lasan, seperti berikut :
Cara pencegahan untuk lamellar tearing ini dengan memperbaiki disain pengelasan yang akan dilakukan. Dimana desain pengelasan yang mencegah terjadinya lamellar tearing sebagai berikut :
7. Jelaskan apa yang terjadi pada daerah lasan pada material yang mengalami canai dingin (cold rolled) dan kemudian di las. Apa pula yang terjadi jika material dilakukan aging.
Proses canai dingin merupakan proses yang dilakukan pada temperatur kamar atau dibawah temperatur rekristalisasi. Proses canai dingin menyebabkan terjadinya mekanisme penguatan pada benda kerja yang diikuti dengan turunnya keuletan, dimana benda kerja menjadi lebih kuat, lebih keras, lebih rapuh. Pada proses canai dingin tegangan alir benda kerja menjadi semakin meningkat. Pada struktur mikro spesimen pasca dilakukan pengelasan akan memiliki struktur yang berbeda-beda mulai dari logam induk, HAZ, sampai ke struktur logam las. Perbedaan ini sesuai dengan siklus panas yang dialaminya. Perbedaan siklus panas, menyebabkan perbedaan struktur, dan perbedaan struktur mengakibatkan perbedaan sifat mekanik.
Selanjutnya, apabila material pasca las dilakukan aging atau penuaan akan terjadi 2 kemungkinan. Apabila material baja maka akan terjadi pelunakan, dan apabila material berupa aluminum maka akan terjadi mekanisme penguatan larutan padat. Dimana step-stepnya biasanya adalah:
Annealing pada temperatur 723°C + 50°C untuk menciptakan vacancies agar butir dapat bergerak
Diquench hingga mencapai Super Saturated Solid Solution
Tempering lagi dan diholding hingga presipitat terbentuk, dan semakin lama waktu penuaan yang dilakukan interface-nya akan berubah dari fully semi
coherent-incoherent
Dengan melakukan tahapan aging diatas maka aluminum akan menjadi lebih kuat, begitu juga dengan aluminum pasca las.
8. Jelaskan pengaruh faktor komposisi kimia dan ketebalan material yang akan dilas dengan weldability-nya. Mana yang saudara harus pilih bila pada pengelasan kemungkinan dari kedua faktor tsb. Referensi apa yang sdr pakai.
Mampu las material yang akan di las dipengaruhi oleh karbon ekuivalen. Sebenarnya nilai karbon ekuivalen menunjukkan hubungan antara kepekaan baja terhadap timbulnya retak dengan komposisi kimia baja. Jadi karbon ekuivalen pada dasarnya mengindikasikan pengaruh unsur-unsur yang terkandung pada baja terhadap kemungkinan terjadinya retak. Berkorelasi positif dengan kesensitifan terjadinya retak, artinya kepekaan baja terhadap retak akan turun jika nilai karbon ekuivalen menurun.
Material logam dengan ketebalan tinggi memiliki kemampulasan yang lebih baik dibandingkan dengan material dengan ketebalan yang lebih tipis. Hal ini berkaitan dengan sifat ketahanan terhadap panas. Material plat tipis cenderung mudah berlubang apabila dikenai panas terlalu lama sehingga diperlukan kontrol panas yang baik terutama untuk plat tipis.
Contoh dalam kasus baja untuk keperluan struktural. Dimana sifat material baja struktural yang diperlukan ialah:
aplikasi struktural. Pada kenyataannya safety dan cost menjadi 2 hal yang tidak jarang saling menghalangi pertimbangan dalam menentukan baja yang akan dipilih. Berdasarkan literatur yang saya gunakan yakni Jurnal “WELDING OPTIONS IN STEEL CONSTRUCTION” karya Dr. Jayanta k Saha, yang menjabat sebagai Dy.General Manager di Institute for Steel Development & Growth, Kolkata, India, dalam rangka cost effective karbon ekivalen menjadi salah satu step yang diperhatikan.
Dimana seperti yang telah dijelaskan pada nomor 5 tentang HIC, faktor komposisi kimia lebih diutamakan dibanding dimensi ketebalan pelat bajanya. Jadi saya juga prefer dengan mengutamakan komposisi kimia dibanding memprioritaskan ketebalan dimensi pelat baja.
9. Apa tujuan utama preheating dan PWHT? beri contoh material yang dilakukan preheating dan atau PWHT.
Proses Preheating bertujuan untuk memperkecil kecepatan pendinginan logam induk dan lasan sehingga membuat ulet dan tahan terhadap retak, memberi kesempatan Hidrogen keluar, memperkecil tegangan sisa, dan meningkatkan ketahanan getas. Rekomendasi temperatur preheating untuk berbagai jenis logam:
Berdasarkan AWS Standard Welding Terms and Definition, proses preheating merupakan ketika terdapat panas yang diberikan ke logam induk atau substrat untuk mencapai dan mempertahankan temperatur preheat. Temperatur preheat merupakan temperatur di sekeliling logam induk sebelum pengelasan dimulai. Preheating dapat dilakukan dengan menggunakan Gas Burners, Oxy-Gas Flames, Electric Blankets, Induction Heating atau dengan furnace. Untuk hasil yang sangat baik harus diperhatikan untuk pemanasan yang
seragam di daerah penyambungan. Karena pemanasan yang tidak seragam dapat menyebabkan peningkatan tegangan sisa, distorsi, atau perubahan secara metalurgi yang tidak diinginkan. Berikut pengaruh Preheating terhadap daerah Heat Affected Zone:
Post Weld Heat Treatment atau PWHT merupakan serangkaian perlakuan panas setelah
welding yang berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik. Seperti yang diketahui setelah proses pengelasan biasanya terdapat tegangan sisa yang menyebabkan kegetasan yang dapat mengakibatkan distorsi pada saat permesinan atau menginisiasi untuk terjadinya
stress corrosion. Tujuan dari proses PWHT ini:
Mereduksi stress yang disebabkan karena proses manufaktur Untuk meningkatkan ketahanan terhadap Brittle Fracture Untuk meminimalkan potensial terjadinya HIC
Contoh dari proses PWHT ini adalah pada baja karbon dimana hasil lasan baja karbon tersebut dipanaskan pada temperatur 600 – 650°C dan ditahan selama 1 jam per 25 mm tebal lasannya. Dan ada sedikit perbedaan PWHT untuk Chromium-Molybdenum Steel seperti pada gambar dibawah ini:
10. Suatu baja konstruksi (carbon steel) dengan tipe A515 grade 70 untuk bejana tekan (pressure vessel) memiliki komposisi kimia 0.35% C, 1.2% Mn, 0.4% Si. Hitunglah karbon ekivalen (CE) dan jelaskan kemampulasan dari baja tersebut serta treatment apa saja yang menurut saudara harus dilakukan pada pengelasan material tersebut. Gunakan tabel dibawah untuk analisa saudara.
Preheating Requirement Based on CE
CE (%) Preheating Required
Up to 0.45 Preheat optional 0.45 to 0.60 Preheat to 93 – 205 deg C
Diketahui :
Komposisi kimia dari carbon steel A515 grade 70 untuk bejana tekan : - C = 0,35% - Mn = 1,2% - Si = 0,4% - Cr = 0,25% - Ni = 0,1% - Cu = 0,2% - V = 0,1%
Untuk menentukan karbon ekivalen suatu material kita dapat menggunakan rumus :
Dari hasil perhitungan CE tersebut untuk carbon steel A515 grade 70 untuk bejana tekan didapatkan nilai CE sebesar 0.7%. Berdasarkan tabel “Preheating Requirement Based on
CE” maka untuk carbon steel A515 grade 7 untuk bejana tekan akan dilakukan preheat
pada suhu 205 – 370°C. Berdasarkan kandungan karbon dari carbon steel A515 grade 70 yaitu sebesar 0.35% maka carbon steel tersebut termasuk dalam baja karbon sedang dimana untuk menghasilkan kemampulasan yang baik diperlukan suhu preheat dan
postheat yang sama yaitu pada suhu 205 – 370°C. Pada carbon steel A515 grade 70 ini
terdapat proses pengelasan yang direkomendasikan yaitu proses pengelasan dengan low
hydrogen.
Pada material A515 grade 70 ini memiliki equivalen karbon yang lebih dari 0.62 yang tergolong besar (high carbon steel) sehingga memiliki kemampuan las yang rendah. Dengan meningkatnya karbon ekivalen, saat terjadi pendinginan sampai rentang suhu transformasinya mikrostruktur akan berkembang menjadi mudah terjadi HIC yang berarti pada karbon tinggi struktur material cenderung berubah menjadi martensitic. Untuk menghindari kecacatan yang disebabkan oleh karbon ekivalen yang tinggi maka diperlukan:
Proses preheat yang bertujuan untuk memperkecil kecepatan pendinginan logam induk dan lasan sehingga membuat ulet dan tahan terhadap retak, memberi kesempatan hydrogen keluar, memperkecil tegangan sisa dan meningkatkan ketahanan getas. Menggunakan elektroda yang rendah H (mengurangi resiko gas Hidrogen masuk)
Mengendalikan suhu interpass
Post welding treatment yang bertujuan hampir sama dengan preheat yaitu mereduksi stress yang disebabkan karena proses manufaktur, meningkatkan ketahanan terhadap
