PROPOSAL TUGAS AKHIR Pengaruh Variasi Ketebalan Pelat dan … · Latar Belakang Sering terjadinya...

Tugas Akhir”Studi Corrosion Fatigue Pada Sambungan

Las SMAW Baja API 5L Grade X65 Dengan Variasi Waktu Pencelupan

Dalam Larutan HCl”

Oleh :

Wishnu Wardhana

4305 100 024

Dosen Pembimbing:

Murdjito, M.Sc. Eng

Ir. Heri Supomo, M.Sc

Latar Belakang Sering terjadinya korosi pada struktur pipa

minyak dan gas yang berada di bawah air laut yang salah satunya adalah korosi fatik.

Penelitian Sriyanto (2008) dan Apriyani (2009)

Untuk mengetahui ketahanan fatik sambungan las SMAW di lingkungan korosif.

PENDAHULUAN

Perumusan Masalah

1) Bagaimana pengaruh pengelasan SMAW terhadap siklus umur lelah baja API 5L Grade X65 di lingkungan kering?

2) Bagaimana perbandingan pengaruh akibat lama waktu pencelupan material las SMAW baja API 5L Grade X65 dalam larutan korosif HCl 10% terhadap siklus umur lelah?

3) Bagaimana perbandingan pola patahanyang terjadi akibat corrosion fatigue padasambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 yang dilakukan di lingkungan kering dan lingkungan basah dengan variasi waktu pencelupan spesimen material dalam larutan korosif HCl 10%?

Continue……

Tujuan1) Mengetahui pengaruh pengelasan SMAW terhadap

siklus umur lelah baja API 5L Grade X65 di lingkungan kering.

2) Menganalisa perbandingan pengaruh akibat lama waktu pencelupan material las SMAW baja API 5L Grade X65 dalam larutan korosif HCl 10% terhadap siklus umur lelah.

3) Mengetahui perbandingan pola patahan yang terjadi akibat corrosion fatigue pada sambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 yang dilakukan di lingkungan kering dan lingkungan basah dengan variasi waktu pencelupan spesimen material dalam larutan korosif HCl 10%.

Manfaat

1) Memberikan pengertian yang lebih dalam tentang korosi khususnya corrosion fatigue.

2) Memberikan informasi seberapa besar pengaruh variasi waktu pencelupan spesimen material pada larutan korosif HCl terhadap siklus umur lelah pada sambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 akibat korosi fatigue.

3) Menunjang penelitian-penelitian sebelumnya.

Batasan Masalah1) Material yang diuji adalah baja tipe API 5L Grade

X65 dengan OD=350 mm ketebalan 12 mm danpanjang 150 mm.

2) Pengelasan dilakukan dengan metode SMAW (Shielded Metal Arc Welding).

3) Bentuk lasan adalah butt joint dengan posisipengelasan datar (flat).

4) Pengelasan dilakukan tanpa adanya pre heating dan post heating.

5) Elektroda yang digunakan adalah jenis AWSE 7016.

Continue……6) Bentuk bevel yang digunakan adalah single V groove..

7) Pengelasan dilakukan berdasar WPS (Welding Procedure Specification) dan WPQ (Welding Procedure Qualification)

8) Variasi waktu pencelupan spesimen material pada larutan korosif HCl adalah 168 jam, 336 jam, 504 jam, dan 672 jam.

9) HCl 10% setara dengan salinitas 36 o/oo

10) Temperatur ruangan dan temperatur larutan korosifdiabaikan.

11) Tekanan akibat perubahan kedalaman diabaikan.

Continue……12) Pengujian lelah digunakan untuk mendapatkan siklus

umur lelah.

13) Uji lelah dilakukan pada temperatur kamar (280C) dan mengabaikan fluktuasi temperatur dan kelembaban yang terjadi (pengaruh lingkungan diabaikan)

14) Kecepatan lenturan dianggap konstan pada setiap pengamatan.

15) Kekasaran permukaan untuk setiap spesimen dianggap sama

16) Pengaruh pengerjaan material diabaikan.

17) Parameter-parameter lain yang tidak diamati dianggap konstan.

18) Kondisi mesin las, alat uji dan alat ukur diasumsikan

terkalibrasi

METODOLOGI

Mulai

Studi Literatur

Surface Preparation

Pembuatan Spesimen Uji Tarik Material Awal

A

A

Uji Tarik Material Awal

Pembuatan spesimen

dan Uji Fatigue di

lingkungan kering

Pembuatan Spesimen & Uji

fatigue pada media korosif

asam klorida HCl (168 jam,

336 jam, 504 jam, dan 672

jam)

B

Pengelasan bevel single v-groove materialpipa API 5L Grade X65 dengan proses lasSMAW untuk 4 spesimen material yang sama

Pembuatan Spesimen Uji Tarik Material Las

Uji Tarik Material Las

B

Analisa HasilPengamatan

Kesimpulan

Selesai

Pengeplotan diagram grafik SN Lingkungan Kering(672

jam)

Pengeplotan diagram grafik SN pencelupan HCl 10% (168 jam, 336

jam, 504 jam, dan 672 jam)

Pengamatan Makro Pengamatan Makro

1. Uji Tarik Material Awal

• Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan dasar ASTM A370 tahun 2002 tentang metode standar untuk pengujian tarik material logam

• Pengujian Tarik dilaksanakan di Laboratorium Konstruksi dan Kekuatan, Jurusan Teknik Perkapalan, FTK – ITS dengan menggunakan mesin MFL Systeme

ANALISA & PEMBAHASAN

2. Hasil Uji Tarik Material Awal

No. Code Material

Tensile Test Result

Yield Stress

(Mpa)

Ultimate Stress

(Mpa)

1 1T1 602,39 648,92

2 1T2 602,97 650,32

3 1T3 632,78 677,98

Rata-rata 612,71 659,07

(88,86 Ksi) (95,59 Ksi)

Tabel 1 Hasil Pengujian Tarik Pada Material Awal

3. Hasil Pengelasan

• Material : Pipa API 5L Grade X65

• Dimensi : (Outside Diameter) : 350 mm

(Inside Diameter) : 338 mm

Tebal : 12 mm

• Welder : P. Pardi

• Kampuh : Single V-groove

• Dia. Elek : 2,6 mm (1st pass), 3,2 mm & 4 mm LB 52 Kobe Steel

Temperatur Ruangan 29o C

Parameter Pengelasan Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4

Ampere (A) 75-90 90-115 90-115 115-150

Polaritas DCEP DCEP DCEP DCEP

Voltage 21-24 22-25 22-25 23-26

Diameter elektroda 2,6 mm 3,2 mm 3,2 mm 4 mm

Tabel 2. Rekaman Set Parameter Pengelasan Untuk

Specimen Las Pertama

Temperatur Ruangan 29o C

Parameter Pengelasan Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4

Ampere (A) 75-90 90-115 90-115 115-150

Polaritas DCEP DCEP DCEP DCEP

Voltage 21-24 22-25 22-25 23-26

Diameter elektroda 2,6 mm 3,2 mm 3,2 mm 4 mm

Tabel 3. Rekaman Set Parameter Pengelasan Untuk

Specimen Las Kedua

Visualisasi Hasil Pengelasan

(a) (b)

Gambar 3. Hasil Pengelasan

(a) Specimen Las Pertama (b) Specimen Las Kedua

4. Hasil Uji Tarik Material Las

No.

Code

Material

Tensile Test Result

Yield Stress

(Mpa)

Ultimate Stress

(Mpa)

1 T1 455,57 545,43

2 T2 470,41 567,01

Rata-rata 462,99 556,22

(67,15 Ksi) (80,67 Ksi)

Tabel 4. Hasil Pengujian Tarik Pada Material Las

Adapun lokasi patah dari pengujian adalah pada logaminduk, seperti pada gambar 4.

Gambar 4. Hasil uji tarik material las

5. Analisa Uji Tarik

Jenis material σ ult (Mpa)

Material awal 659,07

Material las 556,22

Tabel 5. Kekuatan tarik rata-rata σ ultimate

Kekuatan tarik material las utk hasil lasan SMAW

adalah 556,22 MPa, sedangkan kekuatan tarik

minimum dr material awal adalah 531 MPa shg

hasil lasan tersebut bs diterima krn angka tsb

msh masuk dalam acceptance criteria, yaitu

pengujian tarik dpt diterima bila kuat tarik

spesimen tdk kurang dr kekuatan tarik minimum

yg ditetapkan dr logam dasar. (ASME Sec IX)

6. Pengujian Fatigue

6.1 Hasil uji lelah material di lingkungan keringTabel 6. Hasil uji lelah material di lingkungan kering

NoTingkat

tegangan

Tegangan

σ

(ksi)

Defleksi

D

(inch)

Kode

Specimen

Umur Lelah Nf

(siklus)Rata-rata Nf Lokasi patahan

1 0,8σu 64,53 1,22

1A 7620776234

(7,62 x 104)

Weld Metal

1B 75857 Weld Metal

1C 76639 Weld Metal

2 0,7σu 56,47 1,07

2A 228173

227499

(2,27 x 105)

Weld Metal

2B 226840 Weld Metal

2C 227484 Weld Metal

3 0,5σu 40,34 0,76

3A 713765711272

(7,1 x 105)

Weld Metal



6.2 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 168 jam

Tabel 7 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 168 jam

NoTingkat

teg

Tegangan

σ

(ksi)

Defleksi

D

(inch)

Kode

Specimen

Umur Lelah Nf


4 0,8σu 64,53 1,22

4A 2270321033

(2,1 x 104)

Weld Metal

4B 19414 Weld Metal

4C 20984 Weld Metal

5 0,7σu 56,47 1,07

5A 34860

34897

(3,49 x 104)

Weld Metal

5B 35985 Weld Metal

5C 34118 Weld Metal

6 0,5σu 40,34 0,76

6A 248475

247654

(2,47 x 105)

Weld Metal





NoTingkat

teg

Tegangan

σ

(ksi)

Defleksi

D

(inch)

Kode

Specimen

Umur Lelah Nf


7 0,8σu 64,53 1,22

7A 73467479

(7,47 x 103)

Weld Metal

7B 7618 Weld Metal

7C 7473 Weld Metal

8 0,7σu 56,47 1,07

8A 15758

15894

(1,59 x 104)

Weld Metal

8B 16085 Weld Metal

8C 15838 Weld Metal

9 0,5σu 40,34 0,76

9A 98864

99655

(9,9 x 104)

Weld Metal


9C 99983 Weld Metal



NoTingkat

teg

Tegangan

σ

(ksi)

Defleksi

D

(inch)

Kode

Specimen

Umur Lelah Nf


10 0,8σu 64,53 1,22

10A 1183

1073

(1,07 x 103)

Weld Metal

10B 1076Weld Metal

10C 959Weld Metal

11 0,7σu 56,47 1,07

11A 3075

3233

(3,23 x 103)

Weld Metal

11B 3279Weld Metal

11C 3346Weld Metal

12 0,5σu 40,34 0,76

12A 12849

13805

(1,38 x104)

Weld Metal

12B 14827Weld Metal

12C 13739Weld Metal



NoTingkat

teg

Tegangan

σ

(ksi)

Defleksi

D

(inch)

Kode

Specimen

Umur Lelah Nf


13 0,8σu 64,53 1,22

13A 484

510

(5,1 x 102)

Weld Metal

13B 539Weld Metal

13C 507Weld Metal

14 0,7σu 56,47 1,07

14A 1193

1165

(9,7 x 102)

Weld Metal

14B 1027Weld Metal

14C 1274Weld Metal

15 0,5σu 40,34 0,76

15A 2919

3116

(3,1 x 103)

Weld Metal

15B 3276Weld Metal

15C 3154Weld Metal

Tabel 11. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,8σu

Kondisi

Lingkunga

n

Waktu

(Jam)

Tingkat

Tegangan

Umur Lelah,

N (Cycles)

Keterangan

Kering 672 0,8σu 76234 Spesimen dalam

kondisi lingkungan

kering diletakkan

dalam ruangan

terbuka hingga 672

jam, kemudian

dilakukan uji lelah

HCl 10% 168 0,8σu 21033

HCl 10% 336 0,8σu 7479

HCl 10% 504 0,8σu 1073

HCl 10% 672 0,8σu 510

Gambar 5 Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,8σu

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

0.8

76234

21033

74791073 510

Um

ur

Lela

h, N

(cyc

les)

Tingkat Tegangan (σu)

Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat tegangan 0,8 σu

Lingkungan Kering (672 jam)

HCl10% (168 jam)

HCl 10% (336 jam)

HCl 10% (504 jam)

HCl 10% (672 jam)


Kondisi

Lingkunga

n

Waktu

(Jam)

Tingkat

Teganga

n

Umur

Lelah, N

(Cycles)

Keterangan


kondisi lingkungan

kering diletakkan

dalam ruangan terbuka

hingga 672 jam,

kemudian dilakukan

uji lelah

HCl 10% 168 0,7σu 34897

HCl 10% 336 0,7σu 15894

HCl 10% 504 0,7σu 3233

HCl 10% 672 0,7σu 1165

Gambar 6. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,7σu

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

0.7

335753

3489715894

3233 1165

Um

ur

Lela

h, N

(cy

cle

s)




HCl10% (168 jam)

HCl 10% (336 jam)

HCl 10% (504 jam)

HCl 10% (672 jam)


Kondisi

Lingkunga

n

Waktu

(Jam)

Tingkat

Teganga

n

Umur

Lelah, N

(Cycles)

Keterangan


kondisi lingkungan

kering diletakkan

dalam ruangan

terbuka hingga 672

jam, kemudian

dilakukan uji lelah

HCl 10% 168 0,5σu 247654

HCl 10% 336 0,5σu 99655

HCl 10% 504 0,5σu 13805

HCl 10% 672 0,5σu 3116

Gambar 7Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,5σu

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

0.5

711272

247654

99655

13805 3116

Um

ur

Lela

h, N

(cy

cle

s)




HCl10% (168 jam)

HCl 10% (336 jam)

HCl 10% (504 jam)

HCl 10% (672 jam)

7. Pengeplotan Diagram Grafik S-N• 7.1 Kurva S-N Kondisi Lingkungan Kering Tabel 14 Umur Lelah Untuk Kondisi Lingkungan Kering

Gambar 8 Kurva S-N Kondisi Lingkungan Kering

No. Tingkat

tegangan

Tegangan σ

(ksi)

Umur

Lelah, N

(Cycles)

1 0,8σu 64,53 76234

2 0,7σu 56,47 227499

3 0,5σu 40,34 711272

log N = log A – m log Slog 635038 = 12,164 – m log 166,795,803 = 12,164 – m 2,222,22 m = 6,361m = 2,87

7.2 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (168 jam)

Tabel 15. Umur Lelah Untuk Kondisi Setelah Pencelupan HCl 10% (168 jam)

Gambar 9. Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (168 jam)

No. Tingkat

tegangan

Tegangan σ

(ksi)

Umur Lelah, N

(Cycles)

1 0,8σu 64,53 21033

2 0,7σu 56,47 34897

3 0,5σu 40,34 247654





No. Tingkat

tegangan

Tegangan σ

(ksi)

Umur Lelah, N

(Cycles)

1 0,8σu 64,53 7479

2 0,7σu 56,47 15894

3 0,5σu 40,34 99655


7.4 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (504 jam)Tabel 17 Umur Lelah Untuk Kondisi Setelah Pencelupan HCl 10% (504 jam)

Gambar 11 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (504 jam)

No. Tingkat

tegangan

Tegangan σ

(ksi)

Umur Lelah, N

(Cycles)

1 0,8σu 64,53 1073

2 0,7σu 56,47 3233

3 0,5σu 40,34 13805





No. Tingkat

tegangan

Tegangan σ

(ksi)

Umur Lelah, N

(Cycles)

1 0,8σu 64,53 510

2 0,7σu 56,47 1165

3 0,5σu 40,34 3116


8. Foto Makro Patahan8.1 Foto Makro Patahan Material Las Pada Kondisi Lingkungan Kering

(a)

(b)

(c)

Gambar 13. Foto makro pola patahan pada kondisi lingkungan kering

(a) Material las 0,8Su; (b) Material las 0,7Su; (c) Material las 0,5Su

8.2 Foto Makro Patahan Material Las Pada Kondisi Pencelupan HCl 10%Selama 168 Jam

(a)

(b)

(c)

Gambar 14. Foto makro pola patahan pada kondisi pencelupan HCl 10% selama 168 jam



(a)

(b)

(c)




(a)

(b)

(c)

Gambar 16Foto makro pola patahan pada kondisi pencelupan HCl 10% selama 504 jam



(a)

(b)

(c)



1. Pengaruh pengelasan SMAW terhadap siklus umurlelah di lingkungan kering menjelaskan bahwa :

- Semakin besar tingkat tegangan maka semakin kecilsiklus umur lelah dari material yang diuji.

- Pada tingkat tegangan 0,7σu dan 0,8σu secaraberturut-turut terjadi penurunan siklus umur lelahsebesar 52,8% dan 89,28% dari siklus umur lelahpada tingkat tegangan 0,5σu

KESIMPULAN

2. Perbandingan pengaruh akibat lama waktupencelupan material ke dlm HCl 10% atausetara dengan salinitas air laut 36 o/oo

terhadap siklus umur lelah yaitu:

- Semakin lama waktu pencelupan makasemakin pendek siklus umur lelah rata-ratamaterial las.

- Semakin lama waktu pencelupan makakemiringan kurva SN (m) akan semakin besar.

Lanjutan Kesimpulan No. 2

- Untuk tingkat tegangan 0,8σu padapencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam,336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadipenurunan siklus umur lelah rata-rataberturut-turut sebesar 72,41%, 90,19%,98,59% dan 99,33% jika dibandingkan darisiklus umur lelah rata-rata kondisi lingkungankering dengan tingkat tegangan yang sama(0,8σu)

• Untuk tingkat tegangan 0,7σu padapencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam,336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadipenurunan siklus umur lelah rata-rataberturut-turut sebesar 89,6%, 95,26%, 99,04%dan 99,96% jika dibandingkan dari siklus umurlelah rata-rata kondisi lingkungan keringdengan tingkat tegangan yang sama (0,7σu).

Lanjutan Kesimpulan No. 2

• Untuk tingkat tegangan 0,5σu padapencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam,336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadipenurunan siklus umur lelah rata-rataberturut-turut sebesar 65,18%, 85,99%,98,06% dan 99,56% jika dibandingkan darisiklus umur lelah rata-rata kondisi lingkungankering dengan tingkat tegangan yang sama(0,5σu)

3. Perbandingan pola patahan dari material las dilingkungan kering dan lingkungan basah denganvariasi waktu pencelupan spesimen materialdalam larutan HCl 10%, yaitu:

- Kondisi pembebanan yang rendah membentukbeachmarks yang lebih banyak, lebih rapat danhalus dibanding pada tingkat pembebanan yanglebih tinggi.

- Pengaruh waktu pencelupan dalam HCl 10%yang semakin lama akan membentukbeachmarks yang lebih sedikit, lebih renggangdan lebih kasar.

SEKIAN

TERIMA KASIH

Menurut ASME Section IX 2001, Kriteria pengujian tarikdapat diterima bila kuat tarik spesimen tidak kurang dari:

1) Kekuatan tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar, atau

2) Kekuatan tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar yang terlemah,

3) Kekuatan tarik minimum dari logam lasan, bila standar yang digunakan menentukan penggunaan logam lasan dengan kekuatan tarik yang lebih rendah daripada logam dasar pada suhu ruang.

4) Bila specimen putus pada logam dasar diluar lasan atau diluar garis fusi las, tes dinyatakan lulus dengan syarat kekuatan tarik minimum 5% lebih rendah dari kekuatan tarik minimum yang ditetapkan untuk logam dasar.

Surface Preparation

• Persiapan Material Las

Pipa Baja API 5L Grade X65:

L = 150 mm

OD = 350 mm

ID = 338 mm

Kampuh: Single V groove

- Persiapan Larutan Media Uji

Pada penelitian ini, digunakan larutan kimia asam klorida (HCl) konsentrasi 10%.Asam klorida ini nantinya digunakan untuk pencelupan spesimen material

- Persiapan Percobaan

- Spesimen pipa API 5L Grade X65

- Eletroda las AWS E-7016 dengan diameter 2,6 mm, 3,2 mm dan 4 mm

- Persiapan peralatan

Spesimen Uji Tarik

Sumber: ASTM A370, 2002

Spesimen Uji Tarik Material Awal

(a) (b)

Gambar 4.2 Pelaksanaan uji tarik

(a) Sesaat sebelum spesimen patah (b) Sesaat setelah spesimen patah

Gambar a. Penghalusan alur las Gambar b. Pemasangan Tanggem Las

Gambar c. Proses pengelasan posisi 1G

Gambar Spesimen uji tarik material las (dalam mm)

Sumber: ASME Sec. IX

Spesimen Uji Fatigue

Sumber: Apriyani, 2009

• besarnya panjang lengan spesimen (L) dihitung sebagai berikut:

L = S. b. t2/ 6.P

= 80672 X 2 X 0,122 / 6 X 50

= 7,74 inch

• Dimana : S = Tegangan Tarik (lbf/in2)

b = 2 in

t = Tebal spesimen = 0,12 in

= 3 mm

P = Load max (lbf)

• Kedalaman necking adalah 2 mm pada masing-masing sisi weld metal

Gambar a. Spesimen Uji Fatigue

Gambar c. Proses Pengujian lelah spesimen

Gambar b. Pencelupan Spesimen dalam HCl 10%

Pengujian kelelahan ini dilakukan untuk 5 kondisi spesimen, yaitu:

1. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu di lingkungan kering.

2. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu yang dicelup dalam HCl 10% selama 168 jam.




Pengamatan Makro

PROPOSAL TUGAS AKHIR Pengaruh Variasi Ketebalan Pelat dan … · Latar Belakang Sering terjadinya...

Documents

Transcript of PROPOSAL TUGAS AKHIR Pengaruh Variasi Ketebalan Pelat dan … · Latar Belakang Sering terjadinya...