WELDING OF HIGH TENSILE

WELDING OF HIGH TENSILEDisusun Oleh Kelompok 4:

Devan A.P.M6711040036Dimas S.A.N6711040044Pandu Satria6711040047Danang E.P.6711040050Cristi A.P.6711040051Debi A.P.6711040057DefinisiHigh Tensile merupakan salah satu jenis baja yang banyak dijumpai dalam kegiatan fabrikasi dan konstruksi baja. Karakteristik baja jenis ini adalah memiliki kuat tarik yang tinggi dibandingkan dengan baja jenis lainnya namun juga memiliki kelemahan seperti toughness yang rendah.Dalam kebutuhan di lapangan, baja jenis ini banyak digunakan sebagai bahan untuk rangka mobil, rangka jembatan, dan kontruksi utama pada gedung atau bangunan. Material ini dimodifikasi dengan menambahkan sedikit unsur paduan. Penambahan ini dimaksudkan untuk mengubah sifat mekanik dari baja sesuai yang diinginkan.

Yang membedakan baja ini dengan baja lainnya adalah yield strength yang tinggi mencapai lebih dari 90 kgf/mm2.Jenis baja ini menurut jumlah paduannya dapat dibedakan menjadi 2 yaitu: Paduan rendah.Paduan tinggi.Batasan Masalah1. Apa saja masalah yang muncul pada baja High Tensile pada saat dilakukan proses pengelasan?2. Bagaimana cara mengatasi masalah yang muncul tersebut?3. Bagaimana pengaplikasian material ini (High Tensile Steel) di industri?High tensile steel merupakan salah satu jenis baja yang sering digunakan dalam dunia fabrikasi dan konstruksi baja. Baja ini ada 2 jenis, yaitu dengan thermal Refinng dan Non Thermal Refinig.

Non Thermal RefinngMaterial dengan non thermal refining kebanyakan memiliki kuat terik dibawah 60 kgf/mm2, hal ini memudahkan untuk menghasilkan produk baja dari berbagai ukuran dari baja tersebut. Sulit untuk memenuhi kekuatan tarik lebih, takik ketangguhan, dan retak resistability pada saat yang sama dengan peningkatan ketebalan pelat dan kekuatan tarik. Dan pada baja high tensile non refining ini, dapat diaplikasikan hot forming.Thermal RefinigMaterial High Tensile memiliki kuat tarik (Tensile Strength) minimum sebesar 50 Kg/mm2 dan yield strength sebesar 30 Kg/mm2. Material ini juga baik untuk konstruksi baja dengan ukuran yang lebih besar dan ringan, karena mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang besar pada konstruksi.Proses Heat TreatmentProses heat treatment di bagi beberapa macam yaitu:1. Annealing2. Normalizing3. Hardening4. Tempering

AnnelingBertujuan untuk melunakkan besi atau baja sehingga dapat dengan mudah dilakukan proses permesinan dan dapat dengan mudah dilakukan pengerasan lagi dengan resiko keretakan yang kecil. Proses anneling ini dapat dilakukan dengan cara : Benda kerja dipanaskan secara merata sampai temperatur titik ubah (diatas 721 C ) dan ditahan sebentar supaya suhu pada inti benda kerja sama dengan suhu pada permukaan benda kerja, lalu didinginkan di oven agar pendinginan dapat berlangsung secara teratur.

NormalizingProses normalizing bertujuan untuk memperbaiki dan menghilangkan struktur butiran kasar dan ketidakseragaman struktur dalam baja menjadi berstrukrur yang normal kembali yang otomatis mengembalikan keuletan baja lagi. Struktur butiran kasar tersebut terbentuk karena waktu pemanasan dengan temperatur tinggi atau di daerah austenit yang menyebabkan baja berstruktur butiran kasar.HardeningPrinsip dari hardening adalah memanaskan baja sampai titik temperatur austenit kemudian didinginkan secara mendadak / quenching dengan kecepatan pendinginan diatas kecepatan pendinginan kritis, agar terjadi pembentukan martensit dan diperoleh kekerasan yang tinggi. Besarnya Temperatur pemanasan austenit tergantung dari jenis baja, dan biasanya tiap-tiap produsen sudah mengeluarkan diagram suhunya masing-masing untuk mencapai suhu austenit 900 C.

TemperingSetelah proses hardening biasanya baja akan sangat keras dan bersifat rapuh, untuk itu perlu proses lanjutan yaitu proses tempering. Tempering ini bertujuan untuk :1. Mengurangi kekerasan2. Mengurangi tegangan dalam3. Memperbaiki susunan struktur Baja

TemperingPrinsip dari tempering adalah baja dikeraskan sampai temperature dibawah A1(diagram FeC) ditahan selama 1 jam/ 25 mm tebal baja, lalu didinginkan di udara dan pada suhu 300-400 C.Welding ProcessBaja ini dapat dilas dengan semua proses, biasanya yang sering digunakan adalah proses pengelasan busur. Pengelasan busur listrik elektroda terbungkus,las gas busur listrik, las busur inti flux, dan pengelasan busur terendam digunakan untuk sebagian besar aplikasi. Pengelasan hidrogen rendah bisa menggunakan semua proses. Pemanasan awal biasanya tidak diperlukan dalam dua proses ini karena karakteristik panas yang tinggi. Siklus pemanasan awal atau pemanasan akhir mungkin berguna selama pengelasan resistansi dari beberapa baja High Tensile Strength untuk menghindari pengerasan berlebihan daerah lasan dan zona yang terpengaruh panas (HAZ).

PreheatKeberhasilan pengelasan pada baja HSLA terletak pada pertimbangan pemanasan awal dan juga pengendalian hidrogen dalam proses pengelasan. Preheat dimanfaatkan dalam mengendalikan laju pendinginan lasan untuk mengurangi atau menghindari perubahan martensit di HAZ. Hal ini dilakukan untuk mengontrol kekerasan pada zona ini. Pemanasan juga harus diperhatikan untuk mengurangi tegangan apapun dalam pengelasan. Macam High TensileBeberapa contoh high tensile yang kami bahas:

HSLAAISI 4340AISI 4140

Baja HSLAHigh strength low alloy steel adalah jenis baja paduan rendah yang dirancang untuk memberikan sifat mekanik yang lebih baik dan memiliki resistensi yang lebih besar terhadap korosi, dibandingkan dengan baja karbon konvensional.Dihasilkan dari penambahan sedikit elemen paduan, yang memiliki kekuatan tinggi dengan paduan rendah. Elemen paduan yang ditambahkan seperti Cb, Ti, Mo, V dll. Karena Memiliki kandungan Carbon dan Paduan yang rendah membuat baja ini memiliki formability dan weldability yang baik.

Baja HSLAAplikasi dari baja ini kebanyakan pada struktur body otomotif yang membutuhkan durability ( daya tahan) yang bagus. Bentuk yang komplek akan lebih sulit dibentuk dibandingkan Mild Steel, tetapi dengan disain dan analisa yang bagus dapat dihasilkan bagian yang sempurna. Aplikasi yang umum digunakan pada rocker panel, pillar inners, cross beam dan rel.AISI 4340Baja High Tensile AISI 4340 merupakan paduan dari unsur Nikel, Chromium, dan Molybdenum selain ketiga unsur tersebut juga terdapat unsur unsur yang lain.High Tensile jenis ini memiliki kuat tarik antara 930 1080 Mpa, toughness yang baik, dan ketahanan yang baik pula.AISI 4340Banyak diaplikasikan pada pembuatan: 1. conveyor parts 2. torsion bars3. couplings4. crow bars5. spindles6. connecting rodsProses PengelasanDalam kondisi yang sudah di annealing, material ini akan lebih mudah dilakukan proses pengelasan. Tapi untuk menghindari terjadinya pengerasan dilakukan tempering yang dapat menimbulkan efek pada sifat mekanik. Pengelasan menggunakan nitrida, flame atau induction hardened untuk material ini tidak direkomendasikan.

Prosedur PengelasanUntuk pengelasan material ini direkomendasikan menggunakan elektroda dengan kandungan Hidrogen rendah (Low Hidrogen). Selain itu diperlukan proses pemanasan awal (preheat) dengan temperatur antara 200 0C 300 0C kemudian ditahan selama proses pengelasan dan tahap terakhir dilakukan pendinginan secara perlahan. Hal ini akan mengurangi tegangan pada material.

AISI 4140DefinisiTermasuk paduan Medium Carbon, Molibdenum dan Cromium. Pada kondisi normal yang dikeraskan dan ditempering pada bar diameter 22 mm memiliki kuat tarik antara 850 1000 Mpa.

AplikasiDigunakan pada shafts, axles, studs dan bolts, large gears, dan light duty form roll. Baja ini juga cocok untuk induksi atau pengerasanPemilihan ElektrodaAda beberapa macam elektroda yang dapat di aplikasikan pada baja high tensile. Setiap elektroda juga memiliki karakteristik tersendiri serta pengaplikasian yang berbeda. Beberapa elektroda tersebut meliputi:E7016DeskripsiUntuk pengelasan baja High Tensile seperti jembatan, bangunan, kapal, bejana bertekanan tinggi, dan rolling stock. Bentuk arc stabil dan halus, fluiditas bagus dan removibility slag bagus, hasil lasan halus. Sifat mekanik yang dihasilkan bagus, tidak ada cacat undercut, mempunyai ketahanan terhadap retak yang bagus serta hasil bagus ubtuk X-Ray

Sifat Mekanik E7016Yield strength490 N/mm2Tensile strength600 N/mm2Elongation30%Impact value80 / -29C

E7018DeskripsiMerupakan elektroda iron powder low hidrogen, digunakan untuk pengelasan baja High Tensile 490 Mpa.Sifat MekanikYield strength504 N/mm2Tensile strength572 N/mm2Elongation30%Impact value111 J / -29C

Pengelasan Baja High Tensile dan PermasalahannyaPengelasan pada HSS sangat sulit dilakukan. Karena HSS memiliki tensile strenght minimum 50 kg/mm2 dan yield strenght 30kg/mm2. Oleh karena itu pengelasan pada HSS banyak digunakan pada design konstruksi yang besar. HSS banyak digunakan pada: 1. Tengah kapal, dengan panjang kapal >200m2. Pondasi mesin3. Jembatan dengan panjang >100m4. Offshore

Pada pengelasan offshore, ada 2 macam jenis material yang digunakan untuk pondasi, yaitu HSS dan Mild steel. HSS digunakan untuk pondasi pada daerah dibawah laut. Karena pondasi dibawah laut memerlukan material yang mempunyai sifat sangat keras sehingga cocok bila menggunakan HSS. Sedangkan untuk atas air menggunakan mild steel.

Pada pengelasan HSS, dapat menimbulkan banyak masalah yang sering terjadi misalnya : Pengerasan yang terjadi pada daerah weld dan HAZ, dapat menurunkan ductility, dan retak akan mudah terjadi oleh hydrogen diffusible pada daerah weld metal atau HAZ. Pengerasan yang terjadi pada daerah HAZ dapat disebabkan oleh thermal cycle dan carbon equivalent.Carbon equivalent berbanding lurus dengan hardness/ kekerasan, apabila carbon equivalent meningkat maka hardness/kekerasan juga akan ikut meningkat, bila kekerasan tersebut meningkat maka sifatnya akan menjadi lebih brittle sehingga retak akan mudah sekali terjadi. Retak yang terjadi pada HSS bermacam-macam yaitu:1. cold crack2. hot crack3. reheat cracking4. stress corrosion cracking5. fatique cracking

Retak DinginRetak Dingin Karena semua baja paduan rendah , retak dingin dapat muncul dalam HAZ lasan baja kekuatan tinggi . sensitivitas untuk retak dingin di HAZ adalah fungsi dari metalurgi baja dan bervariasi untuk berbagai batch. sensitivitas dari HAZ terhadap retak dingin dapat dipelajari dengan tes implan. Gambar 2 menyajikan tes implan Hasil untuk dua baja HSLA ( Cu dengan penuaan ) dengan CET dari 0,34 dan 0,40 dan dua bahan habis pakai 2,53 dan 0,48 ml / 100 g diffusible hidrogen dalam disimpan metal . Untuk baja kekuatan tinggi , fenomena retak dingin lebih rentan untuk muncul di logam las sebagai hardenability logam las harus lebih tinggi dari bahan dasar . Sebab lain dari retak dingin adalah : 1) Pendinginan cepat (quenching) 2) Kandungan carbon yang terlalu tinggi ( > 0,41 % ) 3) Difusi hidrogen kedalam kolam las (tingkat penyerapan hidrogen tergantung suhu) 4) Atom H Merasuk kedalam h.a.z. sewaktu pembekuan dan mengakibat kan penggetasan (embrittlement ) 5) Tegangan sisa (residual stress) yang dipengaruhi oleh desain sambungan (konfigurasi pasangan/rakitan) dan proses las . 6) Aspek pengerjaan las : amper rendah, kecepatan pengelasan tinggi, kampuh tercemar, elektroda lembab, tanpa pemanasan awal (logam terlalu dingin) 7) Masukan panas sedikit 8 ) Desain sambungan jelek 9 ) Struktur mikro peka terhadap retak dingin

Penanggulangan terjadinya retak dingin :

Pada bahan induk Bahan dengan struktur mikro tidak peka Perlakuan panaspaska las Lingkungan bebas hidrogen Kampuh bersih Pendinginan perlahan Elektroda low hydrogen Pemanasan awal Heat input tinggi Kontrol suhu antar lajur Amper tinggi kecepatan rendah

Pada logam las Bahan dengan struktur mikro tidak peka Perlakuan panaspaska las Lingkungan bebas hidrogen Kampuh bersih Pendinginan perlahan Elektroda low hydrogen Pemanasan awal Heat input tinggi Kontrol suhu antar lajur Amper tinggi kecepatan rendah

Hot CrackHot crack merupakan retak yang terjadi pada daerah weld metal, ada beberapa penyebab terjadinya hot crack antara lain:

Pembebasan tegangan di haz pada suhu 550C ~ 700 C. Pembekuan logam pada suhu 900C. Pembebasan tegangan di daerah terimbas panas . Kandungan ferrite pada stainless steel dibawah 5% atau diatas 12 % setelah pengelasan. Pertumbuhan kristal didaerah fusi . Baja memiliki Ceq yang cukup besar . Terdapat unsur belerang dalam baja . Kandungan logam paduan yang tinggi

. Pengelasan berlebihan . Pengelasan sedikit, amper rendah . Tegangan termal terlalu tinggi . Pemanasan awal tidak dilakukan atau sangat kurang . Konfigurasi pasangan yang buruk . Masukan panas tidak seimbang. FeS terbentuk dibatas butir, dll. Tidak ada perlakuan panas paska las. bahan tidak cocok satu dngan lainnya

Penanggulangan terjadinya retak panas : Pada base metal Laju pemanasan dan pendinginan terkontrol Pemanasan awal Kurangi tegangan Perbandingan mangan dengan sulfur 50 : 1 Kandungan sulfur rendah Desain sambungan baik

Pada logam las Kecepatahn pengelasan rendah Kandungan belerang rendah Naikkan daktilitas Kurangi tegangan Elektroda lebih besar Desain sambungan baik Lebihkan kandungan manganNaikkan arus las Pemanasan awal tinggi Masukan panas seimbang Penyetelan sangat baik Urut-urutan pengelasan sistimatis/baik

Stress corrotion crackingStress corrotion cracking adalah retak yang tumbuh dalam lingkungan korosi. Hal ini akan menyebabkan kegagalan tiba-tiba terutama pada temperrature tinggi. Bagian logam yang mengalami SCC akan terdapat bagian yang cerah dan mengkilap. SCC berkembang dengan cepat dan sering terjadi pada paduan logam murni.

Reheat crackingReheat cracking adalah jenis retak yang terjadi pada baja cromium, molibdenum dan vanadium selama post heating. Fenomena ini juga terjadi pada austenit stenless steel. Hal ini disebabkan oleh creep ductility yang rendah pada HAZ. Setiap ada cacat atau takikan akan mempercepat pembentukan retak.

Langkah langkah untuk mencegah reheat cracking adalah :1.Lakukan pemanasan dengan temperature rendah. 2.Lakukan pemanasan secara cepat dengan temperature tinggi3.Gerinda pada bagian weld toe dan gunakan teknik dua layer untuk memperbaiki HAZ.

Karena pada pengelasan HSS sering terjadi crack, maka untuk menghindari terjadinya crack maka dapat mengira-ngira dengan cara menghitung crack sensivity nya. Crack sensivity merupakan cara agar dapat memperkirakan/menghindari crack yang akan terjadi. Ada 2 cara utama untuk memperkirakan crack sensivity pada HSS yaitu:Kekerasan pada daerah HAZCarbon Equialent

Akan tetapi tidak mudah untuk memperkirakan crack sensitivity pada HSS dengan 2 cara tersebut, sehingga harus ditambahkan dengan cara menentukan preheat. Cara menghitung preheat dapat dengan menggunakan rumus:Pc= C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/20+V/10+H/60+5B t/600Pc = Cracking ParameterH= Hidrogen diffusiblet= plate thickness

PreheatPreheat juga sangat diperlukan pada pengelasan HSS, karena preheat dapat memberikan keuntungan yaitu:1.Memberikan waktu hidrogen untuk keluar2.Menimbulkan slow cooling rate3.Membuat material menjadi lebih ductile4.Memperlebar daerah HAZ5.No martensit pada daerah HAZ6.Mengurangi bahaya retak7.Mengurangi perbedaan temperatur

Hidrogen juga dapat meyebabkan terjadinya retak, retak yang disebabkan hidrogen berdasarkan:1.Kandungan hidrogen2.Pendinginan cepat3.Komposisi kimia4.Stress pada las-lasanBiasanya digunakan elektroda develop low, extra low, ultra low hydrogen.Hidrogen diffusible bergantung pada tekanan uap air di udara akan tetapi tekanan uap air mempunyai efek yang kecil. Tingkat kelembapan yang ada pada flux dipengaruhi oleh kadar hidrogen dan kelembapan elektroda merupakan hal yang sangat penting. Biasanya digunakan elektroda develop low, extra low, ultra low hydrogen.untuk elektroda hydrogen harus dioven sebelum digunakan. Pada pengelasan dengan menggunakan material HSS, dapat menggunakan proses pengelasan SMAW, SAW, MAG, TIG, Electroslag welding, Electrogas welding.SMAW merupakan proses pengelasan yang paling cocok untuk jenis material HSS.Pada proses pengelasan SAW sering digunakan untuk material HSS dengan tipe HT 50, HT 60, HT 70, HT 80,Pada proses pengelasan SMAW untuk material HSS diharuskan memakai elektrode low hydrogen karena dengan menggunakan elektrode hydrogen maka akan mencegah terjadinya hydrogen diffusible yang menyebabkan creater crack sehingga crack/retak mudah menjalar.ada 4 hal utama yang harus diperhatikan untuk welding procedure material HSS:1.Pengeringan elektroda2.Preheat3.Welding condition dan mechanical properties4.PWHT dan mechanical propertiesPada proses pengelasan MAG menggunakan gas karbondioksida sering digunakan hanya pada tipe HT 50 saja.HT 60,HT 70 dan HT 80 sangat jarang sekali menggunakan proses pengelasan MAG dengan karbondioksida, sedangkan untuk tipe HT 100 tidak bisa digunakan.Pada proses pengelasan MAG dengan gas argon dan karbondioksida paling sering digunakan untuk tipe HT 70 dan HT 80, dan untuk tipe HT 50,HT 60 dan 100 jarang sekali menggunakan proses Las MAG dengan Gas argon dan karbondioksida.Pada pengelasan TIG digunakan untuk semua tipeProses pengelasan elektroslag hanya dapat digunakan untuk tipe HT 50 dan HT 60. Proses pengelasan elektrogas sama seperti pengelasan elektroslag yang hanya digunakan untuk tipe HT 50 dan HT 60.Preheat sangat diperlukan pada pengelasan HSS, karena memiliki keuntungan yang banyak antara lain:a.Preheat dapat mengurangi cooling rateb.HAZ dan weld metal lebih ductile tetapi tidak menjadi martensitc.HAZ akan menjadi lebih lebar tetapi tidak menjadi martensitd.Preheat temperatur dapat mengurangi terjadinya diffusible hydrogenKondisi pengelasan dan sifat mekaniknya ada beberapa hal yang harus diperhatikan :

a.Sifat mekanik akan berubah selama kondisi pengelasan juga berubahb.Kondisi pengelasan meliputi ampere, volt, dan speed c.Pada pengelasan HSS, selama proses pengelasan ketangguhan dari HSS akan menurun akibat dari heat input yang meningkat

Pada pengelasan HSS juga sangat memerlukan pemberian PWHT, karena memiliki keuntungan antara lain:a.PWHT dapat digunakan untuk mengurangi residual stressb.PWHT dapat menurunkan tensile strenghtc.Efek PWHT pada ketangguhan takikan tergantung pada komposisi kimiad.Ketangguhan takikan 50kgf/mm2 akan lebih baik bila menggunakan PWHT, tetapi ketangguhan takikan 60kgf/mm2 atau lebih umumnya menurun karena adanya tegangan yang terperangkape.Temperatur PWHT dan waktu pemanasan harus diperhatikan, oleh karena itu harus benar-benar diperiksa sebelum dilakukan penanganan sesuai sifat mekanik yang diinginkan.Aplikasi IndustriPipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air sedikit baja kekuatan tinggi,Hanya pada bagian bawah pipa penstock yang menggunakan kekuatan tinggi bajaUntuk konstruksi jembatan,paling sering digunakan terbuat dari S460M, karenaS460M memungkinkan berat reduksi lebih ringan (yang menurunkan biaya ereksi.Peralatan militer. Yang masih banyak dilakukan penelitian dan pengembangan pada teknologi pembuatan dan persenjataan yang harus diwajibkan tingkat keselamatan yang tinggi DAFTAR PUSTAKA

1.Ir.Soeweify,M.Eng.2013.Aplikasi Pengelasan.Politeknik Perkapalan Negeri,Surabaya2.www.tatasteelnz.com3.www.globalmetal.com.au

Sekian Trimakasih