[Pengaruh variasi temperatur pwht terhadap sifat mekanik & struktur mikro BaJa astm a36] 1

Pengaruh Variasi Temperatur PWHT Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro

Baja ASTM A36 Menggunakan Las FCAW

Inggani Masitha

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional BandungEmail : ingganimasitha@gmail.com

ABSTRAK

Proses pengelasan merupakan metode penyambungan logam yang paling banyak digunakan di industri. Terdapat berbagai macam proses pengelasan yang memiliki karakteristik berbeda-beda yang dapat disesuaikan dengan hasil akhir yang diinginkan. Dalam industri alat berat, khususnya pembuatan rumah turbin bertekanan rendah (Lower Pressure Outer Casing) proses pengelasan yang dilakukan adalah FCAW (Flux Cored Arc Welding) dengan menggunakan material Baja ASTM A36. Las FCAW dipilih karena karakteristiknya yang mampu melakukan pengelasan terhadap plat tebal dengan cepat, serta memiliki hasil akhir lasan yang rapih. Setelah proses pengelasan, diperlukan PWHT (Post Weld Heat Treatment) untuk menghilangkan tegangan sisa yang terdapat pada hasil pengelasan agar LPOC terhindar dari deformasi dan perubahan alignment turbin pada saat beroperasi di temperatur dan tegangan tinggi. Temperatur PWHT standar industri berkisar pada 580oC-650oC. Oleh sebab itu dilakukan penelitian terhadap pengaruh perbedaan temperatur PWHT, yaitu 580oC, 600oC, dan 650oC. Berdasarkan hasil uji tarik dan uji kekerasan micro vickers diketahui bahwa semakin tinggi temperature PWHT maka kekuatan tarik dan kekerasan material semakin menurun karena terjadi pembesaran butir yang di buktikan pada struktur mikro.

1

2 Masitha

Kata kunci : pengelasan, FCAW, PWHT, variasi temperatur, ASTM A36.

ABSTRACT

Welding process is one of the most used metal joining method in the industry. There are various kinds of welding process that has different characteristics that could be adjusted with the wanted final result. In heavy equipment industry, specifically for Lower Pressure Outer Casing for steam turbine with ASTM A36 as base material, Flux Cored Arc Welding (FCAW) is chosen because of its characteristics which able to weld thick plates with high speed, as well as giving a neat result. After the welding process done, the component needs to be given a special treatment such as Post Weld Heat Treatment (PWHT) to relieve the remaining stress inside the weld metal, to avoid deformation and changes in turbine alignment while the LPOC operating in high temperature and voltage. The standardized temperature range for PWHT in industry is between 580oC-650oC. Therefore a research is needed to see the effect of the variations on PWHT’s temperature, which are 580oC, 600oC, and 650oC, on the mechanical characteristic and microstructure of ASTM A36 Steel. Based on tensile and hardness micro vickers tests results, it shows that the higher temperature of PWHT, the lower the tensile and hardness of the material due to the growing of grain which proven in microstructure result.

Keywords : welding, FCAW, PWHT, temperature variations, ASTM A36.

1. PENDAHULUAN

Baja ASTM A36 merupakan material yang digunakan dalam pembuatan Low Pressure Outer Casing LPOC) untuk turbin uap. Pembuatan LPOC tersebut melibatkan proses pengelasan untuk meyambungkan tiap-tiap komponennya. Jenis pengelasan yang digunakan adalah Flux Cored Arc Welding (FCAW). Pada umumnya proses pengelasan akan meninggalkan tegangan sisa pada material

2

[Pengaruh variasi temperatur pwht terhadap sifat mekanik & struktur mikro BaJa astm a36] 3

yang di las. Untuk menghilangkan tegangan sisa ini dilakukan proses lanjutan yang merupakan perlakuan panas setelah proses pengelasan selesai, atau sering dikenal dengan istilah Post Weld Heat Treatment (PWHT). Proses PWHT dilakukan pada kisaran temperatur 580oC sampai dengan 650oC, sesuai dengan standar prosedur yang dilakukan pada PT.Siemens Indonesia Cilegon Factory, PWHT dilakukan pada temperatur 580oC. Untuk mengetahui temperatur PWHT yang paling ekonomis, maka dilakukan penelitian dengan cara memvariasikan temperatur PWHT menjadi tiga macam, yaitu 580oC, 600oC, dan 650oC, dan dari perbedaan temperatur PWHT tersebut juga dapat diketahui pengaruhnya terhadap sifat mekanik maupun struktur mikro dari Baja ASTM A36 tersebut.

Gambar 1. Diagram PWHT

2. METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan di awali dengan pengumpulan data-data yang berkaitan dengan proses pengelasan FCAW serta material Baja ASTM A36, kemudian proses pengelasan dilaksanakan oleh welder di PT. Siemens Indonesia Cilegon Factory dan dilanjutkan dengan Ultrasonic Test untuk memeriksa cacat pada bagian dalam lasan, kemudian dilakukan proses PWHT jenis annealing menggunakan tungku yang terdapat pada Laboratorium Metalurgi Fisik ITENAS

3

4 Masitha

dengan variasi temperatur PWHT 580oC, 600oC, dan 650oC dengan holding time minimum 1 jam/25 mm. Pengujian material terdiri dari uji non destruktif berupa uji dye penetrant di Laboratorium Metalurgi Fisik ITENAS, uji destruktif yaitu uji tarik di Laboratorium Struktur Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan ITB, dan uji keras mikro-vickers serta analisa struktur mikro yang dilakukan di Laboratorium Metalurgi, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara ITB.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil ultrasonic test menunjukkan bahwa tidak ditemukan indikasi cacat pada bagian dalam pengelasan, sehingga spesimen dapat langsung di PWHT. Hasil NDT sesudah PWHT juga menunjukkan tidak ditemukan cacat pada permukaan hasil lasan pada spesimen, adapun indikasi yang menunjukkan cacat retak pada spesimen temperature PWHT 650oC disebabkan oleh kurangnya pembersihan terak dan kotoran pada permukaan lasan yang teroksidasi pada saat proses PWHT.Uji Tarik

4

[Pengaruh variasi temperatur pwht terhadap sifat mekanik & struktur mikro BaJa astm a36] 5

Tabel 1. Hasil uji tarik

Dari hasil uji kekuatan tarik diperoleh kekuatan tarik sebesar 54,59 kg/mm2 pada spesimen temperatur PWHT 580oC, 48,91 kg/mm2 pada spesimen temperatur PWHT 600oC, dan 47,35 kg/mm2 pada spesimen temperatur 650oC. Hasil kekuatan tarik yang diperoleh masih berkisar antara 40-55 kg/mm2 sesuai dengan kekuatan tarik baja ASTM A36 berdasarkan standar AWS D1.1 2006 dan DIN EN ISO 10025 S235JR.Uji Kekerasan

5

6 Masitha

Tabel 2. Hasil uji kekerasan

Dari hasil uji kekerasan diperoleh angka kekerasan 317,67 HV pada spesimen temperatur PWHT 580oC, 293,67 HV pada spesimen temperatur PWHT 600oC, dan 281,00 HV pada spesimen temperatur 650oC.

Analisa Struktur Mikro

6

[Pengaruh variasi temperatur pwht terhadap sifat mekanik & struktur mikro BaJa astm a36] 7

Gambar 2. Struktur mikro HAZ 580oC (kiri) dan struktur mikro HAZ 650oC (kanan)

Dari struktur mikro pada base metal baik pada temperatur PWHT 580oC, 600oC, dan 650oC secara umum diperoleh fasa ferrit (berwarna putih) dan perlit (berwarna hitam). Pengaruh temperatur PWHT struktur mikro pada base metal, HAZ, dan weld metal tidak dapat dilihat secara kuantitatif. Hal ini dikarenakan batas butir yang tidak tampak jelas. Namun secara kualitatif perubahan struktur mikro akibat pengaruh variasi temperatur dapat dilihat dengan jelas pada struktur mikro HAZ pada spesimen temperatur PWHT 580oC dan temperatur PWHT 650oC (lihat Gambar 1) yaitu adanya pembesaran butir.

7

8 Masitha

Gambar 3. Grafik hasil uji tarik

Gambar 4. Grafik hasil uji kekerasan

Gambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan kekerasan paling tinggi di peroleh spesimen yang mengalami PWHT pada temperature 580oC, yaitu dengan kekuatan tarik 54,59 kg/mm2 dan kekerasan 317,67 HV. Selain itu dari grafik dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur PWHT maka kekuatan tarik dan kekerasan material semakin menurun. Sesuai dengan teori Hall-Petch yang menyatakan bahwa kekuatan dan kekerasan material akan berkurang seiring dengan pembesaran butir, berdasarkan hasil struktur mikro (lihat Gambar 1) diketahui bahwa terjadi pembesaran butir seiring dengan kenaikan temperatur PWHT.8

[Pengaruh variasi temperatur pwht terhadap sifat mekanik & struktur mikro BaJa astm a36] 9

4. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan di atas dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Semakin tinggi temperatur PWHT, kekuatan tarik dan kekerasan menurun. Dengan naiknya temperatur, menyebabkan pembesaran butir yang pada material.

2. Semakin tinggi temperatur PWHT, hasil kekerasan yang diperoleh akan makin menurun. Hal ini masih berhubungan dengan pembesaran butir, seperti pada kekuatan tarik, yang sesuai dengan teori Hall-Petch.

3. Dari hasil uji tarik dan uji kekerasan dapat disimpulkan bahwa temperatur PWHT yang paling ekonomis adalah pada range 580 – 600oC dengan kekuatan tarik berkisar antara 49,25 – 54,59 kg/mm2 dan kekerasan berkisar antara 293,67 – 317,67 HV, karena dengan temperature PWHT relatif lebih rendah, dihasilkan kekuatan tarik dan kekerasan yang lebih tinggi.

4. Dari hasil analisa struktur mikro disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur PWHT menyebabkan pembesaran butir yang mengakibatkan menurunnya kekuatan tarik serta kekerasan material dan tidak terjadi perubahan fasa pada material yang sudah dilakukan PWHT.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih Penulis tujukan kepada kedua orang tua yang senantiasa memberikan dukungan moral, finansial, serta doa yang tidak pernah putus untuk anaknya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Kepada Ibu Meilinda Nurbanasari, PhD. Dan Bapak Yusril Irwan ST., MT. selaku dosen pembimbing. Kepada Santana Tobing, ST. yang selalu memberi dukungannya, serta teman-teman dari Teknik Mesin ITENAS yang tidak bisa di sebutkan satu-persatu.

9

10 Masitha

DAFTAR PUSTAKA

1. Siemens. (2002). Manufacturing Procedure: Heat Treatment of Parts.2. T, Mileiko Sergey. (2011). Hall-Petch Relationship. Dipetik Agustus 18, 2015, dari

Rusnano.com. Glossary of Nanotechnology and related terms: http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article827

3. American Welding Society (AWS). (2006). Stuctural Welding Code-Steel. Florida: American Welding Society.

4. DIN EN 10025. (2005). Hot Rolled Products of Structural Steels. Brussels: European Comittee For Standardization.

10