TUGAS AKHIR (607408A)
ANALISIS TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME
PADA SAMBUNGAN LAS MATERIAL SA 387 GRADE 11 CLASS 1 TERHADAP NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
MUKHAMAD ILHAM RAKHMADANA PUTRA
0715040008
DOSEN PEMBIMBING:
MUHAMAD ARI, S.T., M.T.
IMAM KHOIRUL ROHAMT, S.ST., M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK PENGELASAN
JURUSAN TEKNIK BANGUNAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2019
i
TUGAS AKHIR (607408A)
ANALISIS TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME
PADA SAMBUNGAN LAS MATERIAL SA 387 GRADE 11 CLASS 1 TERHADAP NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
MUKHAMAD ILHAM RAKHMADANA PUTRA
0715040008
SAMPUL
DOSEN PEMBIMBING:
MUHAMAD ARI, S.T., M.T.
IMAM KHOIRUL ROHMAT, S.ST., M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK PENGELASAN
JURUSAN TEKNIK BANGUNAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2019
ii
iii
(HALAMAN PENGESAHAN)
iv
Halaman ini sengaja dikosongkan
v
(LEMBAR BEBAS PLAGIAT)
vi
Halaman ini sengaja dikosongkan
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang memberikan rahmat bagi
seluruh alam semesta, yang memberikan segala petunjuk, arah serta hidayah yang
tiada tara bagi umatsehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul : ANALISIS TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME PADA
SAMBUNGAN LAS MATERIAL SA 387 GRADE 11 CLASS 1 TERHADAP
NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO.
Pada kesempatan ini penulis dapat mengucapkan rasa terimakasih yang tak
terhingga kira kepada seluruh elemen pendukung, secara kusus penyusun
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Ibu, Bapak, Adek Astri, dan Adek Alan saudara saya yang telah
mendukung penuh dari segala aspek pada penyelesaian tugas akhir.
3. Bapak Ir. Eko Julianto, M.Sc., FRINA selaku Direktur Politeknik
Perkapalan Negeri Surabaya.
4. Bapak Ruddianto, ST., MT,. MRINA selaku Ketua Jurusan Teknik
Bangunan Kapal
5. Bapak Muhamad Ari, ST., M.T. selaku Koordinator Progam Studi D4
Teknik Pengelasan sekaligus Dosen Pembimbing Tugas Akhir I.
6. Bapak Imam Khoirul Rohmat, S.ST., M.T. selaku Dosen Pembimbing
II.
7. Bapak Mukhlis, ST., MT selaku Koordinator Tugas Akhir.
8. Seluruh dosen Teknik Pengelasan yang telah membimbing saya selama
4 tahun.
9. Seluruh staf lab yang telah membantu pengerjaan tugas akhir ini.
10. Seluruh teman teman Teknik Pengelasan 2015, 2016, 2017, dan 2018
yang telah memberikan dukungan selama penulisan tugas akhir.
viii
11. Seluruh pekerja pada PT. Swadaya Graha yang telah memberikan ilmu
yang bermanfaat selama OJT dan fasilitas untuk mengerjakan tugas
akhir.
12. Seluruh Sobat Damis yang telah memberikan banyak masukan selama
penulisan tugas akhir ini.
13. Novany Tiara Sandy, S.Ked. yang telah memberikan dukungan dan
masukan dalam penulisan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan
dan jauh dari kata sempurna. Sehingga penulis membuka selebar lebarnya
kritikan yang membangun.
Surabaya, 5 Agusutus 2019
Mukhamad Ilham Rakhmadana Putra
ix
ANALISIS TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME
PADA SAMBUNGAN LAS MATERIAL SA 387 GRADE 11
CLASS 1 TERHADAP NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR
MIKRO
Mukhamad Ilham Rakhmadana Putra
ABSTRAK Material SA 387 Grade 11 Class 1 tergolong material 1.25Cr-0,5Mo. Material ini memerlukan perlakuan panas sebelum dan setelah dilakukan proses pengelasan. Material ini sangat sensitif terhadap hydrogen cracking serta nilai kekerasan yang tinggi setelah dilakukan proses pengelasan, yang mana nilai kekerasan maksimum pada material SA 387 Grade 11 Class 1 adalah 235 HVN. Oleh karena itu untuk meminimalkan kemungkinan terjadinya hydrogen cracking pada
Heat Affected Zone (HAZ) dan nilai kekerasan yang tinggi maka direkomendasikan untuk dilakukan preheat dan post weld heat treatment (PWHT). Pada penelitian ini dilakukan PWHT dengan variabel temperatur dan holding time
pada masing-masing spesimen, yaitu 590°C, 620°C, dan 650°C dengan holding
time 30 dan 60 menit. Pemanasan dan pendinginan dilakukan di dalam automatic
muffle furnace. Hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa perbedaan temperatur dan holding time pada proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) dapat mempengaruhi struktur mikro. Pada uji struktur mikro diketahui bahwa semakin tinggi temperatur dan semakin lama holding time mengakibatkan dominasi fasa bainit semakin berkurang. Hasil uji kekerasan tertinggi terletak pada temperatur dan holding time terendah, yaitu 590ºC dan holding time 30 menit dengan nilai kekerasan 153,08 HVN pada base metal, 215,23 HVN pada HAZ, serta 239,28 HVN pada weld metal. Nilai kekerasan terendah didapatkan pada temperatur dan holding time tertinggi, yaitu 650ºC dan holding time 60 menit dengan nilai kekerasan 138,71HVN pada base metal, 173,65 HVN pada HAZ, serta 215,52 HVN pada weld metal.
Kata kunci: Post Weld Heat Treatment, temperatur, holding time, hardness, mikrostruktur.
x
Halaman ini sengaja dikosongkan
xi
ANALYSIS OF PWHT TEMPERATURE AND HOLDNG TIME IN
WELDING MATERIAL SA 387 GRADE 11 CLASS 1 TO
HARDNESS VALUE AND MICRO STRUCTURE
Mukhamad Ilham Rakhmadana Putra
ABSTRACT
SA 387 Grade 11 Class 1 material is classified as 1.25Cr-0.5Mo material. This
material requires heat treatment before and after the welding process. This
material is very sensitive to hydrogen cracking and high hardness value after the
welding process, which is the maximum hardness value of SA 387 Grade 11 Class
1 material is 235 HVN. Therefore to minimize the possibility of hydrogen cracking
in the Heat Affected Zone (HAZ) and a high hardness value, it is recommended to
do preheat and post weld heat treatment (PWHT).In this study PWHT was carried
out with temperature and holding time variables in each specimen, namely 590 °
C, 620 ° C, and 650 ° C with holding time of 30 and 60 minutes. Heating and
cooling are carried out in an automatic muffle furnace.The results of
microstructure testing show that differences in temperature and holding time in
the Post Weld Heat Treatment (PWHT) process can affect the microstructure. In
the microstructure test it is known that the higher the temperature and the longer
holding time resulting in the dominance of the bainite phase decreases. The
highest hardness test results are located at the lowest temperature and holding
time, which is 590ºC and holding time 30 minutes with a hardness value of 153.08
HVN on the base metal, 215.23 HVN on the HAZ, and 239.28 HVN on the weld
metal. The lowest hardness value is obtained at the highest temperature and
holding time, which is 650ºC and holding time 60 minutes with a hardness value
of 138.71HVN on base metal, 173.65 HVN on HAZ, and 215.52 HVN on weld
metal.
Keywords: Post Weld Heat Treatment, temperature, holding time, microstructure,
hardnes.,
xii
Halaman ini sengaja dikosongkan
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii
PERNYATAAN BEBEAS PLAGIAT .................................................................. v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................................ ix
ABSTRACT ........................................................................................................... xi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ixx
BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang.........................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah .................................................................................2
1.3. Tujuan ......................................................................................................3
1.4. Manfaat Tugas Akhir ...............................................................................3
1.5. Batasan Masalah ......................................................................................3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Definisi Pengelasan .................................................................................5
2.2 Proaes Pengelasan FCAW .......................................................................5
2.2.1 Karakteristik Mesin Las FCAW ....................................................... 6
2.2.2 Komponen-komponen Mesin Las FCAW ........................................ 7
2.3 Filler Metal FCAW .................................................................................8
2.3.1 Gas argon .......................................................................................... 9
2.3.2 Gas karbondioksida .......................................................................... 9
2.4 Siklus Thermal Daerah Las ...................................................................10
2.4.1 Logam las (Weld metal) ................................................................. 11
2.4.2 HAZ (Heat Affected Zone) ............................................................. 11
2.4.3 Logam Induk (Base Metal) ............................................................. 11
2.5 Material Baja .........................................................................................11
2.6 Diagram Fasa .................................................................................. 12
2.7 Sifat Mampu Las Baja Karbon ..............................................................13
2.8 Material SA 387 Grade 11 Class 1 ................................................ 14
xiv
2.9 Metalurgi Pengelasan Material Chrome-Molybdenum ......................... 16
2.10 Fasa dan mikrostruktur.......................................................................... 18
2.11 Pemanasan Awal (preheat) ................................................................... 20
2.12 Post Weld Heat Treatment (PWHT) ..................................................... 22
2.13 Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) .......................................... 24
2.13.1 Persiapan sebelum dilaksanakan PWHT........................................ 24
2.13.2 Record PWHT ................................................................................ 24
2.14 Diagram Time Temperature Transformation (TTT) dan Continous
Cooling Transformation (CCT) ............................................................ 25
2.15 Pengujian Kekerasan ............................................................................. 27
2.16 Pengujian Metalografi ........................................................................... 29
2.17 Penelitian Sebelumnya .......................................................................... 31
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 35
3.1 Diagram Alir ......................................................................................... 35
3.2 Studi literatur......................................................................................... 36
3.3 Studi lapangan ....................................................................................... 36
3.4 Perumusan Masalah .............................................................................. 37
3.5 Pengumpulan Data ................................................................................ 37
3.6 Persiapan Spesimen............................................................................... 37
3.6.1 Material .......................................................................................... 37
3.6.2 Filler metal ..................................................................................... 38
3.7 Proses Pengelasan ................................................................................. 39
3.8 Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) .......................................... 39
3.9 Pengujian Spesimen .............................................................................. 39
3.9.1 Uji Kekerasan ................................................................................. 40
3.9.2 Pengujian Metalografi (Mikro Struktur) ........................................ 41
3.10 Analisa Data dan Pembahasan .............................................................. 44
3.11 Kesimpulan ........................................................................................... 44
BAB 4 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN.............................................. 45
4.1 Data hasil pengelasan ............................................................................ 45
4.2 Data hasil Post Weld Heat Treatment (PWHT) .................................... 47
4.2.1 Record PWHT spesimen A1 .......................................................... 47
xv
4.2.2 Record PWHT spesimen A2 .......................................................... 48
4.2.3 Record PWHT spesimen B1........................................................... 49
4.2.4 Record PWHT spesimen B2........................................................... 50
4.2.5 Record PWHT spesimen C1........................................................... 51
4.2.6 Record PWHT spesimen C2........................................................... 52
4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Metalografi ..............................................53
4.3.1 Pengujian Makro ............................................................................ 53
4.3.2 Pengujian Mikro ............................................................................. 56
4.4 Hasil dan Analisa Pengujian Kekerasan ................................................68
4.4.1 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen A1 ...................................... 68
4.4.2 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen A2 ...................................... 69
4.4.3 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen B1 ...................................... 70
4.4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen B2 ...................................... 71
4.4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen C1 ...................................... 72
4.4.6 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen C2 ...................................... 73
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 77
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................77
5.2 Saran ............................................................................................................77
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 79
LAMPIRAN .......................................................................................................... 81
xvi
Halaman ini sengaja dikosongkan
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Pengelasan Berdasar Jenis Flux .........................................9
Tabel 2.2 Penentuan Preheat dan PWHT Berdasar CE .........................................14
Tabel 2.3 Chemichal Compositon ..........................................................................14
Tabel 2.4 Mechanical Properties ...........................................................................15
Tabel 2.5 Temperatur PWHT Cr-Mo Steel ............................................................23
Tabel 2.6 Penelitian Tentang Perlakuan Panas ......................................................31
Tabel 3.1 Sifat Mekanis SA-387 Grade 11 Class 1 ....................................................37
Tabel 3.2 Komposisi Kimia SA-387 Grade 11 Class 1 ..............................................37
Tabel 3.3 Mechanical properties E-81T1 ..................................................................38
Tabel 3.4 Komposisi Kimia E-81T1 .........................................................................39
Tabel 3.5 Marking Spesimen ...................................................................................39
Tabel 4.1 Record proses pengelasan spesimen A1 ................................................45
Tabel 4.2 Record proses pengelasan spesimen A2 ................................................46
Tabel 4.3 Record proses pengelasan spesimen B1 ................................................46
Tabel 4.4 Record proses pengelasan spesimen B2 ................................................46
Tabel 4.5 Record proses pengelasan spesimen C1 ................................................47
Tabel 4.6 Record proses pengelasan spesimen C2 ................................................47
Tabel 4.7 Proses PWHT A1 ...................................................................................48
Tabel 4.8 Proses PWHT A2 ...................................................................................48
Tabel 4.9 Proses PWHT B1 ...................................................................................49
Tabel 4.10 Proses PWHT B2 .................................................................................50
Tabel 4.11 Proses PWHT C1 ................................................................................51
Tabel 4.12 Proses PWHT C2 .................................................................................52
Tabel 4.13 Hasil foto makro ..................................................................................54
Tabel 4.14 Lokasi pengambilan struktur mikro .....................................................56
Tabel 4.15 Hasil foto mikro base metal perbesaran 200x ......................................57
Tabel 4.16 Hasil foto mikro base metal perbesaran 500x ......................................58
Tabel 4.17 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 200x ..............................................60
Tabel 4.18 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 500x ..............................................61
Tabel 4.19 Hasil foto mikro weld metal perbesaran 200x .....................................64
xviii
Tabel 4.20 Hasil foto mikro weld metal metal perbesaran 500x ........................... 65
Tabel 4.21 Hasil Pengujian Hardness Spesimen A1 ............................................. 69
Tabel 4.22 Hasil Pengujian Hardness Spesimen A2 ............................................. 70
Tabel 4.23 Hasil Pengujian Hardness Spesimen B1.............................................. 71
Tabel 4.24 Hasil Pengujian Hardness Spesimen B2.............................................. 72
Tabel 4.25 Hasil Pengujian Hardness Spesimen C1.............................................. 73
Tabel 4.26 Hasil Pengujian Hardness Spesimen C2.............................................. 74
xix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen mesin las FCAW (Jeffus, 2013) ........................................8
Gambar 2.2 Struktur mikro daerah las 1.25Cr-0.5Mo (S.Riyaz, 2012) .................10
Gambar 2.3 Metalurgi Las (Wiryosumarto, 1996) ................................................11
Gambar 2.4 Diagram Fasa (Amanto, 1999) .................................................13
Gambar 2.5 Struktur mikro Base Metal SA 387 (Hye-sung Na, 2017) .................15
Gambar 2.6 Struktukr mikro A387 (ASM Atlas of Microstructure, 1970) ...................15
Gambar 2.7 Diagram TTT 1.25Cr-0.5Mo (ASM Atlas of TTT Diagram, 1977) ..25
Gambar 2. 8 Diagram CCT 1.25Cr-0.5Mo (Seiichi Watanabe, 1967) ..................26
Gambar 2.9 Sifat Bahan dengan Kekerasan (Callister, 2004) ...............................27
Gambar 2.10 Hasil Tapak Tekan Pengujian Vickers (Munir, 2000) ......................28
Gambar 2.11 Spesimen dan Bentuk Obyek Pembesaran (Callister, 2004) ............29
Gambar 2.12 Efek Proses Etsa Permukaan Spesimen (Callister, 2004) ................30
Gambar 2.13 Pantulan Sinar Pada Pengamatan Metalografi (Callister, 2004) .....31
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian…………………………………...……….35
Gambar 3.2 Dimensi spesimen (Dokumen Pribadi) ...................................................38
Gambar 3.3 Detail disain sambungan (Dokumen Pribadi) ..........................................38
Gambar 3.4 Pengambilan spesimen uji ..................................................................40
Gambar 3.5 Titik Pengambilan Uji Kekerasan (Dokumen Pribadi) ......................41
Gambar 3.6 Titik Pengambilan Gambar Striuktur Mikro (Dokumen Pribadi) ......44
Gambar 4.1 Grafik proses PWHT spesimen A1………………………………...48
Gambar 4.2 Grafik proses PWHT spesimen A2 (Dokumen Pribadi, 2019) ..........49
Gambar 4.3 Grafik proses PWHT spesimen B1 (Dokumen Pribadi, 2019) ..........50
Gambar 4.4 Grafik proses PWHT spesimen B2 (Dokumen Pribadi) ....................51
Gambar 4.5 Grafik proses PWHT spesimen C1 (Dokumen Pribadi, 2019) ..........52
Gambar 4.6 Grafik proses PWHT spesimen C2 (Dokumen Pribadi, 2019) ..........53
Gambar 4.7 Grafik Hardness spesimen A1 (Dokumen Pribadi, 2019) ..................69
Gambar 4.8 Grafik Hardness A2 (Dokumen Pribadi, 2019)..................................70
Gambar 4.9 Grafik Hardness spesimen B1 (Dokumen Pribadi, 2019) ..................71
Gambar 4.10 Grafik Hardness spesimen B2 (Dokumen Pribadi, 2019) ................72
Gambar 4.11 Grafik Hardness spesimen C1 (Dokumen Pribadi, 2019) ................73
xx
Gambar 4.12 Grafik Hardness spesimen C2 (Dokumen Pribadi, 2019) ............... 74
Gambar 4.13 Grafik Nilai Kekerasan Seluruh Spesimen (Dokumen Pribadi, 2019)
............................................................................................................................... 75
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada perkembangan dunia industri, teknologi pengelasan menjadi
salah satu proses yang tidak terpisahkan dalam dunia manufaktur,
engineering, dan konstruksi maupun produksi. Perkembangan teknologi
pada masa modern ini semakin maju pesat, saat ini pengelasan telah
diaplikasikan secara luas dalam proses penyambungan berbagai konstruksi
meliputi kapal, tower, jembatan, ketel uap, bejana tekan, saluran pipa, dan
sebagainya.
Dalam pembuatan produk tentunya diharapkan menghasilkan kualitas
yang baik sehingga dapat berfungsi dengan baik dan tahan lama. Dalam hal
ini terdapat banyak faktor yang menentukan hasil dari pembutan produk,
diantaranya adalah pemilihan jenis material dan perlakuan terhadap material
tersebut baik sebelum proses pembutan, selama proses pembuatan, dan
sesudah pembuatan produk. Pengelasan pun juga demikian, terdapat
berbagai faktor yang dapat menentukan proses pengelasan dan parameter
pengelasan sehingga menghasilkan lasan yang baik. Salah satunya adalah
pemilihan spesifikasi material yang disesuaikan dengan produk.
Seperti pada pembuatan ketel uap dan bagian-bagian pendukungnya
harus menggunakan spesifikasi material yang sesuai agar ketel uap tersebut
dapat beroperasi dengan baik pada temperatur tinggi. Salah satu spesifikasi
material yang sering digunakan adalah SA 387. Material ini merupakan
paduan chrome-moybdenum yang dapat diaplikasikan pada temperatur
tinggi.
Pada proses pengelasan banyak hal yang harus diperhatikan, salah
satunya adalah heat treatment. Perlakuan panas sendiri ada dua macam,
yaitu preheat dan post weld heat treatment (PWHT). Untuk mendapatkan
hasil las yang baik, setelah proses pengelasan perlu dilakukan perlakuan
panas yaitu post weld heat treatment (PWHT) yang bertujuan untuk
menghilangkan tegangan sisa yang terbentuk setelah pengelasan selesai
2
akibat tegangan thermal karena perbedaan temperatur antara logam induk
dan daerah las. Material akan mengalami perubahan struktur setelah proses
pemanasan dan pendinginan pada proses pengelasan. Struktur ini
menyimpan banyak tegangan sisa yang membuat material getas yaitu
bersifat keras namun ketangguhan lebih rendah. Untuk itu perlu dilakukan
pemanasan dengan suhu dan jangka waktu tertentu pula sehingga sifat dapat
kembali seperti semula.
Seperti yang diisyaratkan pada AWS Welding Handbook Ninth Edition
Vol 4 disebutkan untuk material Chorme-Molybdenum temperatur PWHT
adalah 620-720ºC dan lama holding time adalah 2.36 min/mm
(1jam/25mm), dan tambahan 0.6min/mm(15menit/25mm) dengan minimum
30 menit. Begitupun juga dengan yang diisyaratkan oleh client specification
pada project pengerjaan buckstay dengan temperatur PWHT 620-650ºC
dengan holding time 30 menit. Hal ini dilakukan untuk mengurangi
tegangan sisadan menurunkan nilai kekerasan pada material sehingga masih
masuk dalam batas maksimum.
Ketika pelaksanaan PWHT pada pekerjaan fabrikasi tentunya sering
terdapat berbagai kendala, seperti temperatur furnace tidak memenuhi
temperatur minimum yang diisyaratkan oleh standard. Oleh karena itu, pada
penelitian kali ini temperatur dan holding time akan menjadi fokus
pembahasan tugas akhir ini yang akan dibuktikan terhadapdan nilai
kekerasan dan struktur mikro. Hasil tugas akhir ini adalah mendapatkan
temperatur dan holding time yang dapat dijadikan sebagai referensi pada
proses PWHT.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka masalah yang akan diangkat dalam
proposal tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana struktur mikro material pada variasi temperatur PWHT
590ºC, 620ºC dan 650ºC dengan holding time selama 30 menit dan 60
menit?
3
2. Bagaimana nilai kekerasan material pada variasi temperatur PWHT
590ºC, 620ºC dan 650ºC dengan holding time selama 30 menit dan 60
menit?
1.3. Tujuan
Tujuan dalam penulisan proposal tugas akhir adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui struktur mikro material pada variasi temperatur PWHT
590ºC, 620ºC, 650ºC dan holding time 30 dan 60 menit.
2. Mengetahui nilai kekerasan material pada variasi temperatur PWHT
590ºC, 620ºC, 650ºC dan holding time 30 dan 60 menit.
1.4. Manfaat Tugas Akhir
Adapun manfaat daripenelitian yang akan dibuat adalah :
1. Sebagai sarana untuk menerapkan ilmu–ilmu yang didapatkan selama
perkuliahan di jurusan Teknik Pengelasan.
2. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini dapat dijadikan sebagai ilmu
pengetahuan.
3. Dari hasil yang didapatkan bisa menjadi referensi untuk pembuatan
prosedur pelaksanaan PWHT.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah yang diberikan untuk menyelesaikan penelitian
adalah :
1. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah SA 387 Grade 11
Class 1
2. Tebal plat 19mm
3. Pengujian yang dilakukan adalah hardness test dan metalografi tes
4. Proses pengelasan adalah FCAW
5. Menggunakan filler AWS 5.29 E-81T1 dengan Ø1.2 mm
6. Posisi pengelasan 1G
7. Jenis sambungan las adalah butt joint
8. Jenis kampuh adalah V groove 60º
4
9. Minimum temperatur preheat 158°C
10. Proses PWHT menggunakan furnace
11. Pendinginan dilakukan di dalam furnace
12. PWHT dilakukan pada temperatur 590ºC, 620ºC, 650ºC dengan holding
time 30 menit dan 60 menit.
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Pengelasan
Definisi pengelasan menurut DIN (Deutsche Industrie Norman) adalah
ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang
dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dengan kata lain, las
merupakan sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan
menggunakan energi panas. Mengelas adalah suatu aktifitas menyambung
dua bagian benda atau lebih dengan cara memanaskan atau menekan atau
gabungan dari keduanya sedemikian rupa sehingga menyatu seperti benda
utuh. Penyambungan bisa dengan atau tanpa bahan tambah (filler metal)
yang sama atau berbeda titik cair maupun strukturnya.
Pengelasan dapat diartikan dengan proses penyambungan dua buah
logam sampai titik rekristalisasi logam, dengan atau tanpa menggunakan
bahan tambah dan menggunakan energi panas sebagai pencair bahan yang
dilas. Pengelasan juga dapat diartikan sebagai ikatan tetap dari benda atau
logam yang dipanaskan. Mengelas bukan hanya memanaskan dua bagian
benda sampai mencair dan membiarkan membeku kembali, tetapi membuat
lasan yang utuh dengan cara memberikan bahan tambah atau elektroda pada
waktu dipanaskan sehingga mempunyai kekuatan seperti yang dikehendaki.
Kekuatan sambungan las dipengaruhi beberapa faktor antara lain prosedur
pengelasan, bahan, elektroda dan jenis kampuh yang digunakan
(Wiryosumatro,1996).
2.2 Proaes Pengelasan FCAW
Flux cored arc welding (FCAW) merupakan las busur listrik flux inti
tengah atau pelindung inti tengah. FCAW merupakan kombinasi antara
proses SMAW dan GMAW. Sumber energi pengelasan yaitu dengan
menggunakan arus listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau melalui
trafo dan atau rectifier. FCAW adalah salah satu jenis las listrik yang
memasok filler elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang
6
terbentuk di antara ujung filler elektroda dan metal induk. Gas pelindungnya
juga sama-sama menggunakan karbon dioksida atau argon, terkadang juga
campuran dari karbondioksida dan argon. Biasanya, pada mesin las FCAW
ditambah robot yang bertugas untuk menjalankan pengelasan biasa disebut
dengan super anemo.
Flux cored arc welding atau las busur berinti flux mirip dengan proses
las GMAW, yaitu menggunakan elektroda solid dan tubular yang
diumpankan secara kontinyu dari sebuah gulungan. Elektroda diumpankan
melalui gun atau torch sambil menjaga busur yang terbentuk diantara ujung
elektroda dengan base metal. FCAW menggunakan elektroda dimana
terdapat serbuk flux di dalam batangnya. Butiran-butiran dalam inti kawat
ini menghasilkan sebagian atau semua shielding gas yang diperlukan. Jadi
berlawanan dengan GMAW, dimana seluruh gas pelindung berasal dari
sumber luar. FCAW bisa juga menggunakan gas pelindung tambahan,
tergantung dari jenis elektroda, logam yang dilas, dan sifat dari pengelasan
yang dikerjakan (Daryanto, 2013).
2.2.1 Karakteristik Mesin Las FCAW
Mesin las FCAW menurut arusnya dibedakan menjadi tiga
macam yaitu mesin las arus searah atau Direct Current (DC), mesin
las arus bolak- balik atau Alternating Current (AC) dan mesin las
arus ganda yang merupakan mesin las yang dapat digunakan untuk
pengelasan dengan arus searah (DC) dan pengelasan dengan arus
bolak-balik (AC). Mesin Las arus DC dapat digunakan dengan dua
cara yaitu polaritas lurus dan polaritas terbalik. Mesin las DC
polaritas lurus (DC-) digunakan bila titik cair bahan induk tinggi
dan kapasitas besar, untuk pemegang elektrodanya dihubungkan
dengan kutub negatif dan logam induk dihubungkan dengan kutub
positif, sedangkan untuk mesin las DC polaritas terbalik (DC+)
digunakan bila titik cair bahan induk rendah dan kapasitas kecil,
untuk pemegang fillernya dihubungkan dengan kutub positif dan
logam induk dihubungkan dengan kutub negatif. Pilihan ketika
menggunakan DC polaritas negatif atau positif adalah terutama
7
ditentukan elektroda yang digunakan. Beberapa filler FCAW
didesain untuk digunakan hanya DC- atau DC+. Filler lain dapat
menggunakan keduanya DC- dan DC+ (Daryanto, 2013).
2.2.2 Komponen-komponen Mesin Las FCAW
Pada mesin las flux cored arc welding (FCAW) terdapat
berbagai macam komponen yang saling berkaitan satu dengan yang
lainnya sehingga mesin las FCAW dapat bekerja dengan baik.
Komponen mesin las FCAW ditunjukkan pada Gambar 2.1. Berikut
adalah komponen-komponen mesin las FCAW:
1. Tabung Gas CO2
Tabung gas CO2 adalah tabung yang digunakan sebagai tempat
gas pelindung wire yang menggunakan gas karbon dioksida
(CO2).
2. Regulator
Regulator pada gas CO2 berbeda dengan tabung gas pada
umumnya karena pada bagian belakang regulator terdapat oven
untuk memanaskan gas CO2 karena gas CO2 bersifat dingin, jika
tidak dipanaskan maka akan terjadi penyumbatan pada saluran gas
buang.
3. Selang gas CO2
Selang gas CO2 adalah alat penyalur gas CO2 ke mesin.
4. Torch/ Gun
Gun berfungsi sebagai alat penyalur gas pelingung dan kawat
las pada benda kerja. Serta sebagai penghantar massa.
5. Control box
Digunakan untuk mengatur posis, kecepatan, besar kecil
ayunan, laju mesini Gun/Torch pada saat pengerjaan.
6. Welding wire
Wire pada mesin FCAW berbeda dengan wire pada umumnya
karena wire pada FCAW memiliki selaput pelindung yang
melindungi hasil pengelasan dari kontaminasi udara luar.
7. Control system
8
Control system adalah mesin yang digunakan untuk mengatur
arus pada mesin FCAW otomatis.
8. Kabel power
Kabel power adalah kabel yang menghubungkan antara mesin
dan supply tenaga.
9. Trafo
Digunakan untuk mengubah arus voltase pada supply tenaga
untuk menggerakkan motor pada control box.
10. Rail
Digunakan sebagai dudukan control box agar dapat
melakukan pengelasan dengan jarak yang panjang.
Gambar 2.1 Komponen mesin las FCAW (Jeffus, 2013)
2.3 Filler Metal FCAW
FCAW adalah proses las yang menggunakan kawat las kontinyu,
dimana inti fluks akan melindungi cairan las dan kemudian membentuk
terak (tipis) setelah cairan las beku, seperti proses las busur manual.
Beberapa tipe kawat las dapat melindungi secara keseluruhan proses tersebut
artinya fluksnya dapat melindungi cairan las dari kontaminasi udara luar
pada saat proses las berlangsung dan membentuk terak pelindung saat
pembekuan. Namun ada tipe kawat elektroda yang membutuhkan gas
pelindung tambahan (kedua), seperti gas karbon dioksida (CO2) atau
9
campuran gas argon dan CO2 (Jeffus, 2013). Karakteristik pengelasan pada
proses FCAW berdasarkan jenis flux dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Karakteristik Pengelasan Berdasar Jenis Flux
Klasifikasi Karakteristik Gas Pelindung
T-1 Membutuhkan permukaan yang bersih dan menghasilkan sedikit spatter. Dapat digunakan untuk lasan single pass atau multiple pass di semua posisi
CO2 atau Argon dan CO2
T-2 Membutuhkan permukaan yang bersih dan menghasilkan sedikit spatter. Dapat digunakan untuk lasan single pass dalam posisi datar (1G dan 1F) dan horizontal (2F) saja.
CO2
T-3 Digunakan pada material tipis untuk lasan jalur tunggal pada posisi rata (1G dan 1F) dan horizontal (2F)
Tidak ada
T-4 Penetrasi rendah dan slag yang tipis dan mudah dilepas, digunakan untuk lasan pas tunggal dan multiplw pada posisi datar (1G dan 1F) dan posisi horizontal (2F) saja
Tidak ada
T-5 Penetrasi rendah dan slag yang tipis dan mudah dilepas, digunakan untuk lasan pas tunggal dan ganda di posisi datar (1G dan 1F) saja
CO2 atau tidak menggunakan gas pelindung
T-6 Mirip dengan T-5 tanpa gas pelindung diterapkan secara eksternal
Tidak ada
T-G Komposisi dan klasifikasi elektroda ini tidak diberikan dalam kelas sebelumnya. itu dapat digunakan untuk lasan lulus tunggal atau ganda
Menggunakan atau tidak gas pelindung
Sumber: Jeffus, 2013
2.3.1 Gas argon
Adalah jenis gas pelindung yang digunakan secara sendiri ataupun
dicapurdengan gas yang lain dapat mencapai karakteristik busur yang
di inginkan dalam proses pengelasan ferro maupun non-ferro. Hampir
semua pengelasan GMAW mengunakan gas argon maupun campuran
gas argon untuk mendapatkan weldability, sifat mekanik, karteristik
busur yang baik. Potensi ionisasi pada gas argon yang rendah akan
menghasilkan kesetabilan busur yang baik (Jeffus, 2013).
2.3.2 Gas karbondioksida
Gas karbondioksida biasa digunakan untuk pengelasan logam ferro
kelebihan dari gas ini adalah kecepatan las yang baik dan hasil penetrasi
yang lebih dalam. Gas karbondioksida dapat dicampur dengan gas lain
untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik (Jeffus, 2013).
10
E81T1-B2 adalah elektroda baja paduan rendah yang dirancang untuk
pengelasan single pass dan multiple pass, di semua posisi, dari pelat baja dan
pipa baja kromium-molibdenum tertentu di mana 1¼% Cr dan ½% Mo
diperlukan dalam deposit las. Paduan E81T1-B2 dirancang untuk mengelas
baja yang tunduk pada layanan suhu tinggi seperti pelat A387 Gr 11 dan pipa
A335 P11. Bahan-bahan ini digunakan dalam pembuatan boiler, penukar panas,
dan bejana tekan. Menurut S.Riyaz (2012) fasa yang terbentuk pada daerah las
yaitu ferit dan bainit, dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Menutur Masakazu (2002) filler metal E81T1-B2 memiliki karakteristik
sebagai berikut:
a. Pengelasan lebih stabil sehingga sifat mekanik yang sangat baik.
b. Sedikit spatter
c. Terak mudah dihilangkan
d. Menahan terjadinya creep dan mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi.
Gambar 2.2 Struktur mikro daerah las 1.25Cr-0.5Mo (S.Riyaz, 2012)
2.4 Siklus Thermal Daerah Las
Dalam Pengelasan terdiri dari tiga bagian yaitu logam Pengelasan, daerah
terpengaruh panas HAZ (Heat Affected Zone) dan logam induk yang tak
terpengaruhi (Wiryosumarto, 1996), seperti yang ditunjukkan pada Gambar
2.3..
11
Gambar 2.3 Metalurgi Las (Wiryosumarto, 1996)
2.4.1 Logam las (Weld metal)
Logam las (weld metal) merupakan bagian dari logam
yang pada waktu pengelasan mencair kemudian membeku.
Berasal dari filler metal dan logam induk bila menggunakan
consumable electrode.Berasal dari logam induk bila
menggunakan noncunsumable eletrode dan tanpa filler metal
2.4.2 HAZ (Heat Affected Zone)
Daerah yang dipengaruhi panas Heat Affected Zone dan
disingkat HAZ merupakan logam dasar yang bersebelahan
dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami
siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat, sehingga
terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut
disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup
tinggi.
2.4.3 Logam Induk (Base Metal)
Logam induk merupakan logam dasar dimana panas dan
suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-
perubahan struktur dan sifat.
2.5 Material Baja
Carbon steel atau baja karbon merupakan material logam yang
terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifat-
sifatnya adalah karbon, sedangkan unsur yang lain berpengaruh menurut
persentasenya unsur. Pemakaian campuran karbon pada baja yang
dibutuhkan pada pemakaian suatu alat (Amanto, 1999).
Semakin tinggi paduan karbon pada Fe titik didihnya lebih rendah dari
titik leburnya. Maka penambahan unsur karbon pada baja sangatlah
berpengaruh pada tingkat kekerasan suatu bahan yang akan diproses menjadi
12
barang yang berhubungan dengan permesinan maupun lainnya. Dan juga
menentukan keuletan dan kegetasan suatu bahan tersebut pada saat uji
kekerasannya. Menurut Amanto (1999) Carbon steel dibedakan ke dalam
bebagai golongan diantaranya yaitu :
1. Low Carbon Steel
Low carbon steel baja karbon rendah adalah baja yang mempunyai
kandungan karbon 0.025% - 0.30 %. Hasil dari baja jenis ini biasanya
berbentuk plat dari hasil pembentukan roll. Karena memiliki kandungan
karbon yang rendah serta strukut mikro yang berupa ferrite dan pearlite
sehingga baja karbon rendah ini memiliki sifat lunak dan kekuatanya rendah
namun dari segi keuletan dan ketanguhan sagat baik.
2. Medium Carbon Steel
Medium carbon steel adalah baja carbon yang mempunyai kandungan
karbon antara 0.30 % sampai 0.6%. Hasil dari baja jenis ini banyak
digunakan untuk alat-alat perkakas mesin. Baja jenis ini banyak di
aplikasikan pada sektor industri, fabrikasi, kontruksi dan lain-lain.
3. High Carbon Steel
Baja karbon tinggi adalah jenis baja yang mempunyai kandungan
karbon antara 0.6% sampai 1.4 %. Baja ini adalah baja yang mempunyai
kekuatan paling tinggi namun juga getas dan sulit dilakukan proses
pengelasan. Aplikasi untuk baja jenis ini adalah untuk alat-alat perkakas
seperti palu, kikir, pahat bubut, mesin pemotong plat.
2.6 Diagram Fasa
Diagram fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara
temperature dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan
pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar
pemahaman untuk semua operasi perlakuan panas. Fungsi dari diagram fasa
ini sendiri yaitu untuk memudahkan memilih temperature pemanasan yang
sesuaiuntuk setiap proses perlakuan panas baik proses anealling,
normalizing, maupun hardening (Amanto, 1999).
13
Suatu diagram fasa idealnya akan menggambarkan hubungan antara
fasa, komposisi dan temperature pada kondisi keseimbangan (equilibrium
yaitu konidisi dimana tidak terjadi perubahan yang bergantung terhadap
waktu). Diagram fasa equilibrium ada beberapa macam, diagram fasa
berdasarkan jumlah komponen yang menyusun misalnya disebut biner
untuk sistem paduan dengan dua komponen, terner untuk sitem paduan
dengan 3 komponen. Fasa dikatakan dalam keadaan setimbang jika sebuah
sistem mempunyai energi bebas minimum pada temperatur, tekanan dan
komposisi tertentu maka tidak akan terjadi perubahan kondisi. Diagram fasa dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Diagram Fasa (Amanto, 1999)
2.7 Sifat Mampu Las Baja Karbon
Sifat mampu las didefinisikan sebagai kemampuan suatu material
untuk dilakukan pengelasan. Kemampuan las dapat dikatakan sebagai
tingkat kemudahan suatu material untuk dilakukan pengelasan tanpa
menyebabkan perubahan sifat-sifat yang signifikan, tanpa adanya keretakan
atau cacat-cacat lainnya (Wiryosumatro, 1996). Pada umumnya sifat
mampu las dari baja karbon diprediksi dari nilai karbon ekuivalen (CE)
dalam baja tersebut. Berdasarkan IIW, nilai karbon ekuivalen dapat dihitung
14
pada Persamaan 2.1. Klasifikasi kemampuan las baja karbon berasarkan
karbon ekuivalen (CE) dapat dilihat pada Tabel 2.2.
CE = %C + ( + + (
(2.1)
Tabel 2.2 Penentuan Preheat dan PWHT Berdasar CE
No Carbon Equivalen (CE) Perlakuan pengelasan
1 CE<0.35 No preheat and no PWHT
2 0.35≤CE≤0.55 Preheat and no PWHT
3 0.55≤CE Preheat and PWHT
Sumber : Welding Metallurgy Handbook, 2013
2.8 Material SA 387 Grade 11 Class 1
Baja paduan Chromium-Molybdenum mengandung 0,5% - 9%
chromium dan 0,5% - 1% molybdenum. Komposisi tersebut memberikan
kemampuan las yang baik dan hardenability yang tinggi. Material ini juga
mempunyai kekuatan yang baik pada suhu tinggi. Selain itu kombinasi dari
kromium dan molibdenum juga meningkatkan ketahanan terhadap serangan
hydrogen dan creep.
Paduan baja Chromium-Molybdenum (Cr-Mo) yang memiliki sifat
ketahanan korosi yang baik dan kekuatan yang baik pada temperatur tinggi
sehingga banyak digunakan dalam industri perminyakan dan suhu tinggi
aplikasi seperti peralatan pembangkit tenaga uap serta bagian-bagian dari
ketel uap yang bekerja pada temperatur tinggi (AWS Welding Handbook
Ninth Edition Vol.4, 2015).
Material SA 387 Grade 11 Class 1. Material ini mengandung 1.25%
Chromium dan 0,5% Molybdenum. Tabel 2.3 menunjukan komposisi kimia
SA 387 Grade 11 Class 1 dan Tabel 2.4 menunjukan mechanical properties
SA 387 Grade 11 Class 1.
Tabel 2.3 Chemichal Compositon
Elements Composition
Carbon:
Heat analysis
Product analysis
0.05 - 0.17 0.04 - 0.17
Manganese:
Heat analysis
Product analysis
0.40 - 0.65 0.35 - 0.73
15
Tabel 2.4 Chemichal Compositon (lanjutan)
Phosphorus, max:
Heat analysis
Product analysis
0.025 0.025
Sulfur, max:
Heat analysis
Product analysis
0.025 0.025
Silicon:
Heat analysis
Product analysis
0.50 - 0.80 0.44 - 0.86
Chromium:
Heat analysis
Product analysis
1.00 - 1.50 0.94 - 1.56
Molybdenum
Heat analysis
Product analysis
0.45 - 0.65 0.40 - 0.70
Sumber: ASME Section II Part A, 2017
Tabel 2.5 Mechanical Properties
Tensile Strength, ksi (Mpa) 60-85 (415-585)
Yield Strength, ksi (Mpa) 35 (240)
Elongation in 8 in. (200mm), min. % 19
Elongation in 2 in. (50mm), min. % 22
Sumber: ASME Section II Part A, 2017
Material SA 387 Grade 11 Class 1 merupakan material dengan
struktur mikro berupa ferrit dan bainit. Hal ini diakibatkan karena proses
produksi dari SA387 dilakukan pemanasan ulang pada temperatur tertentu
sehingga terbentuk struktur ferit dan bainit (Hye-sung Na, 2017).
Gambar 2.5 Struktur mikro Base Metal SA 387 (Hye-sung Na, 2017)
Gambar 2.6 Struktukr mikro A387 (ASM Atlas of Microstructure, 1970)
Bainit
Ferit
16
2.9 Metalurgi Pengelasan Material Chrome-Molybdenum
Metalurgi pengelasan dari baja Cr-Mo sama dengan baja paduan
rendah lainya yang mempunyai kemampuan hardenability. Baja-baja
tersebut akan mengeras apabila dilakukan quenching pada temperatur
austenit dan rentan terhadap hydrogen cracking. Retak yang bisa timbul
pada baja Cr-Mo meliputi quench cracking dan hydrogen cracking. Prosedur
pengelasan yang akan digunakan harus menyertakan usaha perlindungan
yang dibutuhkan untuk mencegah terjadinya retak pada weld metal dan
HAZ. Penetuan temperatur preheat yang sesuai dan pemilihan elektroda
yang tepat dapat mencegah terjadinya retak. Post Weld Heat Treatment
(PWHT) juga dapat digunakan untuk menurunkan nilai kekerasan material
dan meningkatkan ketangguhan pada weld metal dan HAZ.
Prosedur dan proses pengelasan low hydrogen harus digunakan pada
baja Cr-Mo. Komposisi kimia dari elektroda harus mendekati atau hampir
sama dengan komposisi kimia base metal kecuali pada bagian carbon
content, yang mana biasanya lebih rendah dari base metal. Jika kemampuan
tahan korosi dan batas maksimum nilai kekerasan menjadi perhatian utama,
maka penggunaan elektroda dengan low carbon grade menjadi pilihan yang
disarankan. Namun tingkat carbon yang lebih tinggi juga diperlukan apabila
hasil lasan akan dilakukan normalizing, tempering maupun quenching atau
ketika 100% joint efficiency diperlukan pada temperatur tinggi.
Seperti baja paduan rendah lainya, baja Cr-Mo akan mengalami
penggetasan selama long-time service pada jarak temperatur dari 370oC
hingga 590oC. Tingkat kegetasan dari baja Cr-Mo dipegaruhi oleh
komposisi kimia temperatur eksposur dan durasi. Kondisi tersebut juga
dikenal dengan istilah temper embrittlement (AWS Welding Handbook
Ninth Edition Vol.4, 2015).
Pada pengelasan material Cr-Mo sangat rentan terbentuknya
hardenability, karena unsur-unsur yang terkandung pada material cenderung
untuk meningkatkan karbon ekuivalen, sehingga weldability material akan
menurun. Dengan mengetahui komposisi kimia dari suatu material maka
dapat diketahu sifat atau karakteristik dari material tersebut. Berikut adalah
17
beberapa unsur-unsur yang terdapat pada material Cr-Mo beserta
karakteristik masing-masing unsur (Wiyosumarto, 2004).
1. Pengaruh Karbon (C)
Karbon merupakan unsur pengerasan yang utama pada baja,
penambahan karbon akan meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik
baja diiringi dengan penurunan harga kekuatan impact. Jika kadar
karbon meningkat sampai diatas 0,85% kekuatan cenderung akan turun
meskipun kekerasan relatif tetap.
2. Pengaruh Mangan (Mn)
Kandungan mangan lebih kurang 0,6% tidak mempengaruhi sifat
baja, dengan kata lain mangan tidak memberikan pengaruh yang besar
pada struktur baja dalam jumlah rendah. Penambahan mangan dalam
baja dapat menaikkan kekuatan tarik dan sedikit kekerasan, sehingga
baja dengan penambahan mangan memiliki sifat kuat dan kenyal.
3. Pengaruh Posfor (P)
Unsur ini membuat baja mengalami retak dingin (cold crack).
Namun unsur ini dapat menaikkan fluiditas yang membuat baja dapat
mudah dirol panas. Kadar posfor dalam baja biasanya kurang dari
0.05%.
4. Pengaruh Silikon (Si)
Silikon merupakan unsur paduan yang kandungan lebih dari 0,4%
yang berpengaruh menaikkan tegangan Tarik, ketika silicon dibawah
0,30% maka hal ini akan meningkatkan kekuatan tanpa menurunkan
elastisitas dan jika kandungan silicon melebihi 0,4% akan ditandai
penurunan elastisitas.
5. Pengaruh Chromium (Cr)
Penambahan chromium pada baja menghasilkan struktur yang
lebih halus dan membuat sifat baja lebih keras. Kromium dapat
menambah kekuatan tarik dan keplastisan serta berguna dalam
membentuk lapisan pasif untuk melindungi baja dari korosi.
18
6. Pengaruh Molibdenum (Mo)
Molibdenum adalah elemen yang berperan dalam pembentukan
ferit. Penambahan Mo menghasilkan butiran halus, meningkatkan
kekerasan, meningkatkan ketahanan panas dan meningkatkan ketahanan
fatique. Molibedenum meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan
digunakan untuk sebagian besar dalam baja paduan.
2.10 Fasa dan mikrostruktur
Dalam logam dan sistem material lainnya, fase dipertimbangkan untuk
menjadi secara fisik homogen dan berbeda bagian dari sistem. Itu terikat
oleh komposisi batas, yang bervariasi dengan suhu. Istilah mikrostruktur
digunakan karena hampir semua geometris fitur fase dan struktur lain yang
menentukan sifat baja hanya dapat diamati dengan bantuan mikroskop.
Struktur mikro dari jenis baja tergantung pada jumlah berbagai paduan
elemen yang dikandungnya, dan juga pada saat ini suhu dan riwayat termal.
Bagian berikut menguraikan fase dari sistem besi-besi karbida, dari mana
baja tersusun, dan struktur mikro umumnya diamati dalam baja (AWS
Welding Handbook Ninth Edition Vol.4, 2015).
Menurut Imam (2016), ada beberapa jenis struktur mikro, yaitu:
1. Ferit
Larutan padat karbon dan unsur paduan lainnya pada struktur Kristal
BCC disebut ferit. Ferit terbentuk pada proses pendinginan yang lambat
dari austenit baja hipoeutektoid pada saat mencapai A3. Ferit bersifat
sangat lunak, ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70 - 100 BHN dan
memiliki konduktifitas yang tinggi. Jika austenit didinginkan di bawah
A3, austenit yang memiliki kadar C yang sangat rendah akan
bertransformasi ke Ferit (yang memiliki kelarutan C maksimum sekitar
0,025 % pada temperatur 7230C).
2. Austenit
Pada suhu antara 912 ° C dan 1394 ° C (1674 ° F dan 2541 ° F), struktur
kristal stabil dari besi murni adalah face-centered cubic (FCC). Struktur
ini dinamakan demikian karena sel unitnya adalah sebuah kubus dengan
19
atom besi di masing-masing sudut dan di tengah setiap permukaan
kubus. Fase besi yang menunjukkan struktur ini disebut gamma (γ) -iron
atau austenite. Faktor pengepakan yang berubah antara ferit dan austenit
bertanggung jawab atas kontraksi volumetric ketika ferit berubah
menjadi austenit pada pemanasan di atas 912 ° C (1674 ° F). Austenit
bersifat paramagnetik. Perubahan karbon yang tiba-tiba kelarutan saat
zat besi berubah dari FCC ke BCC aktif pendinginan di bawah 912 ° C
(1674 ° F) adalah alasan utama sifat mekanik baja dapat sangat
bervariasi, dan dengan demikian dapat disesuaikan untuk aplikasi
tertentu.
3. Sementit
Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal
sebagai karbida besi dengan rumus kimianya Fe3C (prosentase karbon
padasementit adalah sekitar 6,67 %). Sel satuannya adalah ortorombik
dan bersifat keras dengan harga kekerasannya sekitar 65-68 HRC. Pada
struktur hasil anil karbida tersebut akan berbentuk bulat dan tertanam
dalam matrik ferit yang lunak sehingga dapat meningkatkan mampu
mesin dari baja yang bersangkutan. Keberadaan karbida-karbida pada
baja-baja yang dikeraskan, terutama pada HSS dan baja cold-worked
dapat meningkatkan ketahanan aus.
4. Perlit
Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan
sekitar 10-30 HRC. Jika baja eutektoid (0,8%C) diaustenisasi dan
didinginkan dengan cepat ke suatu temperatur dibawah A1, misalnya ke
temperatur 700ºC dan dibiarkan pada temperatur tersebut sehingga
terjadi transformasi isotermal, maka austenit akan mengurai dan
membentuk perlit melalui proses pengintian (nukleasi) dan
pertumbuhan. Perlit yang terbentuk berupa campur ferit dengan sementit
yang tampak seperti pelat-pelat yang tersusun bergantian. Perlit yang
terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan vang
lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak.
Penurunan temperatur lebih lanjut waktu inkubasi yang diperlukan
20
untuk transformasi ke perlit makin pendek dan kekerasan yang dimiliki
oleh perlit lebih tinggi.
5. Bainit
Ada dua morfologi klasik bainit dalam ferro struktur mikro upper bainite
dan lower bainite. Kedua jenis ini terbentuk pada suhu yang berbeda.
rentang. Upper bainite sering ditandai dengan struktur kasar dan
terbentuk pada suhu antara 350 ° C dan 550 ° C (660 ° F dan 1020 ° F) .
Lower bainite umumnya terbentu di bawah 350 ° C (660 ° F), meskipun
kandungan karbonnya mungkin mempengaruhi suhu di mana lower
bainite dimulai untuk membentuk bainit yang lebih rendah ditandai
dengan seperti piring morfologi.
6. Martensit
Martensit memiliki struktur kristal BCC. Martensit dibentuk oleh
transformasi dengan pendinginan cepat dari keadaan austenitik. Dalam
paduan besi karbon dan baja, austenit merupakan fasa induk dan
bertransformasi menjadi martensit pada saat pendinginan. Transformasi
ke martensit berlangsung tanpa difusi sehingga komposisi yang dimiliki
oleh martensit sama dengan komposisi austenit.
2.11 Pemanasan Awal (preheat)
Definisi preheat menurut AWS (American Welding Society) adalah
proses pemasanan di base metal sebelum dilakukannya proses pengelasan.
Sedangkan preheat temperature adalah suhu dari logam induk (base metal)
pada daerah yang akan dilakukan proses pengelasan. Preheating bisa saja
menggunakan gas burner, oxy-gas flame, electric blanket, pemanas induksi,
atau pemanasan di furnace. Pemanasan di sekitar area yang akan dilakukan
pengelasan diusahakan merata untuk mendapatkan hasil yang bagus.
Pemanasan yang berlebihan atau tidak merata dapat menyebabkan tegangan
sisa yang tinggi, distorsi, atau perubahan metalurgi yang tidak diinginkan
pada logam induk.
Ketika preheat diperlukan maka semua sambungan pengelasan harus
dipanaskan sampai temperatur yang diinginkan (temperatur preheat bagian
21
luar dan dalam logam induk harus tercapai), jika memungkinkan panaskan
logam intuk pada salah satu sisi dan ukur temperatur logam sisi yang
berlawanan. Panas yang terjadi akan dihantarkan dengan cara konduksi dan
inspektur las harus meyakinkan suhu sisi yang berlawanan tersebut.
Beberapa tujuan dilakukannya preheating adalah (Vlack, 1981):
1. Untuk mengurangi kelembaban dari area pengelasan. Biasanya
dilakukan dengan cara memanaskan permukaan material dengan
suhu yang relatif tidak terlalu tinggi, hanya sedikit diatas ttik didih
air. Hal tersebut untuk mengeringkan permukaan dan
menghilangkan kontaminan yang tidak diinginkan sehingga
menyebabkan porosity, hydrogen embrittlement, atau cracking
karena adanya hydrogen selama proses pengelasan
2. Untuk menurunkan gradient temperature. Preheating akan
mengurangi perbedaan temperatur dari material induk sehingga
akan meminimalkan masalah yang terjadi seperti distorsi dan
tegangan sisi yang berlebihan. Apabila tidak dilakukan preheating
maka bisa terjadi perbedaan temperatur yang besar antara area
hasil las dengan logam induk. Hal ini dapat mengakibatkan
pendinginan yang terlalu cepat sehingga menyebabkan
terbentuknya martensite dan pada beberapa material dengan
hardenability yang tinggi mungkin terjadi cracking.
Pada pengelasan baja Cr-Mo akan memerlukan temperatur preheat
minimum. Material paduan Cr-Mo berpeluang besar mempunyai
hardenability yang tinggi dan rentan terhadap hydrogen cracking. Apabila
material tersebut didinginkan terlalu cepat atau terjadi overheating maka
dapat mengakibatkan efek yang serius terhadap peforma yang diinginkan.
Berdasarkan AWS Welding Handbook Vol.4, untuk material Cr-Mo SA 387
Grade 11 Class 1, temperatur preheat minimum yang disarankan adalah
150oC.
22
2.12 Post Weld Heat Treatment (PWHT)
Dalam setiap pengelasan akan didapatkan pemanasan yang tidak
merata antara weld metal, base metal, dan daerah HAZ. Dengan perbedaan
pemasan yang menyebabkan struktur yang menyusun suatu material akan
berubah. Untuk itu perlu dilakukan panas kembali untuk mengatur kembali
struktur dari material. Perlakuan panas yang akan dilakukan pada material
baja bertujuan utama untuk membentuk struktur mikro baja tersebut.
Dengan terbentuknya struktur yang baru maka akan didapat sifat kekuatan
dari kekerasan bahan.
PWHT adalah bagian dari proses heat tratment yang bertujuan untuk
menghilangkan tegangan sisa yang terbentuk akibat proses pengelasan.
Material akan mengalami perubahan strukutr dan grain size akibat dari
pemanaan dan pendinginan. Struktur yang tidak homogen ini menyimpan
tegangan sisa yang membuat material tersebut memiliki sifat yang lebih
keras sehingga ketangguhannya rendah. Untuk mengembalikan kembali sifat
yang diinginkan teruatama dalam ketangguhan, maka struktur yang berubah
tadi dikembalikan lagi ke struktur semula melalui pemanasan pada waktu
tertentu dan dalam jangka waktu tertentu pula tergantung dari jenis material
dan ketebalan material (Vlack, 1981).
Adapun tujuan dari PWHT adalah sebagi berikut (Vlack, 1981):
1. Mengurangi tegangan sisa (residual stress)
2. Menutunkan kekerasan pada daerah pengelasan dan HAZ
3. Meningkatkan ketangguhan (toughness)
4. Menghindari retak dingin (cold crack)
5. Meningkatkan keuletan (ductility)
6. Meningkatkan daya tahan terhadap retak karena faktor lingkungan
(environtment cracking)
7. Meningkatkan stabilitas dimensional selama machining
Baja paduan chrome-molybdenum yang mengandung hingga 1.25% Cr
dan 0,5% Mo miliki weldability yang memadai untuk memenuhi persyaratan
dari beberapa code, terutama ketika dilas dengan logam pengisi karbon
rendah (mis., 0,05% C atau lebih rendah). Namun, spesifikasi prosedur
23
pengelasan harus memenuhi syarat tanpa perlakuan panas setelah
pengelasan. Misalnya, lasan material baja Cr-Mo dengan ketebalan dinding
di bawah 13 mm (0,5 in.) dan kandungan kromium 2,25% atau lebih rendah
dapat dikatergorikan sebagai weldability yang baik jika pemanasan awal
yang tepat digunakan selama pengelasan.
Lasan pada baja chrome-molybdenum yang memiliki kekuatan lebih
tinggi dan terjadi hardenability (> 3% Cr atau > 0,15% C) perlu dilakukan
post weld heat treatment terlepas dari ketebalan. Selain itu, perlakuan ini
diperlukan untuk pengelasan yang akan dilakukan terkena lingkungan
korosif tertentu. Post weld heat treatment dari pengelasan baja chrome-
molybdenum menyebabkan efek tempering yang dapat mengurangi
kekerasan dan meningkatkan daktilitas dan ketangguhan. Ini juga
mengurangi tekanan sisa, mengurangi hidrogen, dan meningkatkan
ketahanan terhadap korosi dan retak akibat korosi. Ini tercapai dengan
memanaskan sambungan yang dilas atau seluruh lasan ke suhu tepat di
bawah temperatur kritis (Ac1). Temperatur kritis pada material Cr-Mo yaitu
745°C. Rekomendasi temperatur post weld heat treatment pada material Cr-
Mo dapat dilihat pada Tabel 2.5. Waktu penahanan minimum pada
temperature post weld heat treatment yaitu 2,36 menit /mm (1 h / in.)
dengan ketebalan hingga 50 mm (2 in.), kemudian tambahan 0,60 mnt / mm
(15 mnt / in.) lebih dari 50 mm (2 in.), dengan setengah jam sebagai
minimum (AWS Welding Handbook Ninth Edition Vol.4, 2015).
Tabel 2.6 Temperatur PWHT Cr-Mo Steel
Baja paduan Temperatur
°C °F
1/2Cr-1/2Mo 620–700 1150–1300
1Cr-1/2Mo 1-1/4Cr-1/2Mo
620–720 1150–1325
2Cr-1/2Mo 2-1/4Cr-1Mo 3Cr-1Mo
680–760 1250–1400
5Cr-1/2Mo 7Cr-1/2Mo 9Cr-1Mo
700–760 1300–1400
9Cr-1Mo plus V+N6+N 730–760 1350–1400
Sumber: AWS Handbook Ninth Edition Vol.4, 2015
24
2.13 Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT)
Proses PWHT dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan
memasukkan benda uji ke dalam tungku (furnace) PWHT atau melakukan
pemanasan local (localized) di dekat daerah lasan saja. Parameter-parameter
PWHT yang perlu dijaga adalah:
1. Laju pemansan
2. Holding temperature
3. Laju pendinginan
2.13.1 Persiapan sebelum dilaksanakan PWHT
Dalam melakukan PWHT banyak hal yang harus diperhatikan
agar tujuan dari PWHT ini tercapai. Beberapa faktor yang harus
diperhatikan adalah:
1. Expansion area
Pada proses pemanasan akan mengakibatkan terjadinya
pemuaian dan expansi material maka harus diperhatikan bahwa
saat stress relief material tersebut tidak mengalami restraint.
2. Insulation
Saat elemen sudah terpasang dengan benar maka area
disekitar elemen harus ditutup dengan wool atau ceramic fiber
untuk menjaga kestabilan suhu.
3. Cleaning material
Material harus bersih dari segala sisa-sisa fabrikasi, seperti
gram, bahan NDT dan oli.
4. Support material
Proses pemanasan akan mengakibatkan terjadinya pelunakan
material. Dengan adanya gaya gravitasi maka material yang akan
dilakukan PWHT material harus diber support untuk mencegah
distorsion.
2.13.2 Record PWHT
Semua kegiatan harus dilakukan pencatatan terhadap parameter
dan elemen lainnya. Secara garis besar faktor-faktor yang harus
dicatat dalam report PWHT adalah:
25
1. Spesifikasi material
2. Waktu pelaksanaan PWHT
3. Holding temperature PWHT
2.14 Diagram Time Temperature Transformation (TTT) dan Continous
Cooling Transformation (CCT)
Maksud utama dari proses perlakuan panas terhadap baja adalah agar
diperoleh struktur yang diinginkan supaya cocok dengan penggunaan yang
direncanakan. Struktur tersebut dapat dengan cara menerapkan proses
perlakuan panas yang spesifik. Struktur yang diperoleh merupakan hasil dari
proses transformasi dari kondisi sebelumnya (awal). Beberapa proses
transformasi dapat dibaca melalui diagram fasa. Diagram fasa Fe-C dapat
digunakan untuk memperkirakan beberapa kondisi transformasi tetapi untuk
kondisi tidak seimbang tidak dapat menggunakan diagram fasa. Dengan
demikian untuk setiap kondisi transformasi lebih baik menggunakan diagram
TTT (Time – Temperature – Transformation). Diagram ini menghubungkan
transformasi austenite terhadap waktu dan temperatur. Nama lain dari diagram
ini adalah diagram S atau diagram C. Melalui diagram ini dapat dipelajari
kelakuan baja pada setiap tahap perlakuan panas. Diagram ini dapat juga
digunakan untuk memperkirakan struktur dan sifat mekanik dari baja yang
sepuh dari temperature austenitisasinya ke suatu temperatur dibawah A1
(Imam ,2016).
Gambar 2.7 Diagram TTT 1.25Cr-0.5Mo (ASM Atlas of TTT Diagram, 1977)
26
Ferit yang terbentuk pada temperatur tinggi memiliki kekerasan
yang lebih rendah dari pada perlit yang halus. Hal ini erat kaitannya dengan
kelakuan prespitasi sementit dari austenit, Bainit yang terbentuk pada
temperatur yang lebih tinggi memiliki kekerasan yang lebih rendah
dibanding dengan bainit yang terbentuk pada temperatur yang lebih rendah.
Struktur Bainit yang terbentuk pada temperature yang lebih tinggi relative
berbeda dengan struktur Bainit yang terbentuk pada temperatur yang lebih
redah (Imam ,2016).
Saat kondisi perlakuan panas sebenarnya, transformasi umumnya
terjadi saat kondisi isothermal tetapi terjadi saat kondisi pendinginan yang
terus menerus ( Continuous Cooling ). Proses ini dapat dilihat pada diagram
CCT ( Continuous Cooling Transformasion ) pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Diagram CCT 1.25Cr-0.5Mo (Seiichi Watanabe, 1967)
Kegunaan dari diagram CCT adalah untuk mengukur sejauh mana
transformasi sebagai fungsi waktu untuk suhu yang terus menurun. Dengan
kata lain sampel adalah austenitised dan kemudian didinginkan pada tingkat
yang telah ditetapkan dan derajat transformasi diukur (Imam, 2016).
27
2.15 Pengujian Kekerasan
Kekerasan suatu bahan adalah kemampuan sebuah material untuk
menerima beban tanpa mengalami deformasi plastis yaitu tahan terhadap
identasi, tahan terhadap penggoresan, tahan terhadap aus, tahan terhadap
pengikisan (abrasi). Kekerasan suatu bahan merupakan sifat mekanik yang
paling penting, karena kekerasan dapat digunakan untuk mengetahui sifat-
sifat mekanik yang lain, yaitu strenght (kekuatan) seperti pada Gambar 2.9.
Bahkan nilai kekuatan tarik yang dimiliki suatu material dapat dikonversi
dari kekerasannya (Callister, 2004).
Gambar 2. 9 Sifat Bahan dengan Kekerasan (Callister, 2004)
Ada beberapa metode pengujian kekerasan yang digunakan untuk
menguji kekerasan logam, yaitu :
1. Metode Pengujian Kekerasan Brinell
2. Metode Pengujian Kekerasan Vickers
3. Metode Pengujian Kekerasan Rockwell
Dari ketiga metode yang tersebut di atas, metode pengujian
kekerasan Vickers yang digunakan. Berikut hal-hal yang harus
diperhatikan dalam pengujian kekerasan Vickers. Pada dasarnya metode
pengujian kekerasan Vickers hampir sama dengan Brinells hanya
identornya saja yang berbeda. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada
metode pengujian kekerasan Vickers adalah sebagai berikut:
1. Spesimen harus memenuhi persyaratan:
a. Permukaan harus rata dan halus
b. Dapat ditumpu dengan baik dan permukaan horizontal
28
2. Identor yang digunakan adalah pyramid intan yang beralas bujur
sangkar dengan sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan
adalah 136o.
3. Pada dasarnya semua beban bisa digunakan, kecuali untuk pelat
yang tipis harus digunakan beban yang ringan.
4. Pada pelaksanaannya, pengujian kekerasan ini dilakukan dengapn
menekan identor pada permukaan spesimen selama 10 – 30 detik.
5. Nilai kekerasan pengujian ini dinyatakan dalam satuan DPH
(Vickers Diamond Pyramid Hardness) yang dihitung berdasarkan
diagonal identasi dengan Persamaan 2.2 sebagai berikut :
DPH = { 2P sin (α/2) } / d2
= 1,854 P/d2 (2.2)
Untuk : α = 136o
Dimana : P = Gaya tekan (kgf)
d = diagonal identasi (mm)
Persamaan ini didapatkan dari hasil tapak tekan pengujian
Vickers pada Gambar 2.10.
Gambar 2. 10 Hasil Tapak Tekan Pengujian Vickers (Munir, 2000)
6. Penulisan nilai kekerasan seperti contoh berikut :
150 DPH 150/10
Dimana : 150 = Nilai Kekerasan
DPH = Metode Pengujian Vickers
150 = Gaya Pembebanan(kgf)
10 = Waktu Pembebanan(detik)
29
2.16 Pengujian Metalografi
Metalografi merupakan suatu metode untuk menyelidiki struktur
logam dengan menggunakan miroskop optik dan mikroskop elektron.
Sedangkan struktur yang terlihat pada mikroskop tersebut tersebut disebut
mikrostruktur. Pengamatan tersebut dilakukan terhadap spesimen yang
telah diproses sehingga bisa diamati dengan pembesaran tertentu
(Callister, 2004). Gambar 2.11 berikut menjelaskan spesimen dengan
pembesaran dan lingkup pengamatannya.
Gambar 2. 11 Spesimen dan Bentuk Obyek Pembesaran (Callister, 2004)
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa penyelidikan
mikrostruktur berkisar 10 6 cm (batas kemampuan elektron mikroskop
hingga 10 2 cm batas kemampuan mata manusia). Biasanya obyek
pengamatan yang digunakan 10 5 cm atau pembesaran 5000-30000 kali
untuk mikroskop elektron dan 10 3 cm atau order pembesaran 100-1000
kali mikroskop optik.
Agar permukaan logam dapat diamati secara metalografi, maka
terlebih dahulu dilakukan persiapan sebagai berikut :
1. Pemotongan spesimen
Pada tahap ini, diharapkan spesimen dalam keadaan datar,sehingga
memudahkan dalam pengamatan.
2. Mounting spesimen (bila diperlukan)
Tahap mounting ini, spesimen hanya dilakukan untuk material
yang kecil atau tipis saja. Sedangkan untuk material yang tebal, tidak
memerlukan proses mounting.
30
3. Grinding dan polishing
Tahap grinding dan polishing ini bertujuan untuk membentuk
permukaan spesimen agar benar-benar rata. Grinding dilakukan dengan
cara menggosok spesimen pada mesin hand grinding yang diberi kertas
gosok dengan ukuran grid yang paling kasar (grid 240) sampai yang
paling halus. Sedangkan polishing sendiri dilakukan dengan
menggosokkan spesimen diatas mesin polishing machine yang
dilengkapi dengan kain wool yang diberi serbuk alumina dengan
kehalusan 1-0,05 mikron. Panambahan serbuk alumina ini bertujuan
untuk lebih mengahluskan permukaan spesimen sehinggan akan lebih
mudah melakukan metalografi.
4. Etsa (etching)
Proses etsa ini pada dasarnya adalah proses korosi atau
mengorosikan permukaan spesimen yang telah rata karena proses
grinding dan polishing menjadi tidak rata lagi. Ketidakrataan
permukaan spesimen ini dikarenakan mikrostruktur yang berbeda akan
dilarutkan dengan kecepatan yang berbeda, sehingga meninggalkan
bekas permukaan dengan orientasi sudut yang berbeda pula. Pada
pelaksanaannya, proses etsa ini dilakukan dengan cara mencelupkan
spesimen pada cairan etsa dimana tiap jenis logam mempunyai cairan
etsa (etching reagent) sendiri-sendiri. Perhatikan Gambar 2.12 yang
menunjukkan pengaruh efek proses etsa permukaan spesimen yang
telah mengalami proses grinding dan polishing.
Gambar 2. 12 Efek Proses Etsa Permukaan Spesimen (Callister, 2004)
Setelah permukaan spesimen dietsa, maka spesimen tersebut siap
untuk diamati di bawah mikroskop dan pengambilan foto metalografi.
Pengamatan metalografi pada dasarnya adalah melihat perbedaan
intensitas sinar pantul permukaan logam yang dimasukkan ke dalam
mikroskop sehingga terjadi gambar yang berbeda (gelap, agak terang,
terang). Dengan demikian apabila seberkas sinar di kenakan pada
31
permukaan spesimen maka sinar tersebut akan dipantulkan sesuai
dengan orientasi sudut permukaan bidang yang terkena sinar. Semakin
tidak rata permukaan, maka semakin sedikit intensitas sinar yang
terpantul ke dalam mikroskop. Akibatnya, warna yang tampak pada
mikroskop adalah warna hitam. Sedangkan permukaan yang sedikit
terkorosi akan tampak berwarna terang (putih) sebagaiman ditunjukkan
pada Gambar 2.13 berikut.
Gambar 2. 13 Pantulan Sinar Pada Pengamatan Metalografi (Callister, 2004)
2.17 Penelitian Sebelumnya
Penulisan Tugas Akhir sebelumnya pada prodi Teknik Pengelasan
telah dilaksanakan penelitian yang berhubungan erat dengan perlakuan
panas. Judul Tugas Akhir tentang perlakuan panas dapat dilihat pada Tabel
2.7.
Tabel 2. 7 Penelitian Tentang Perlakuan Panas
No. Nama Judul Material Kesimpulan
1 Moh.Rahmar Akbar Arrizqi (6711040005)
PENGARUH VARIASI POST
HEATING DAN HOLDING TIME PADA PENGELASAN KOMBINASI SMAW DAN SAW DENGAN MATERIAL SA 516 GR70 TERHADAP NILAI HARDNESS DAN STRUKTUR MIKRO PADA PEMBUATAN HEAD
SA 516 GR 70 (T=16mm)
Variasi temperature yang digunakan 400°C, 500°C, dan 600°C dengan holding time 30 menit dan 60 menit. Hasilnya nilai kekerasan terendah terdapat pada spesimen 6 dengan variasi suhu 600°C dengan holding time 60 menit.
32
Tabel 2.7 Penelitian Tentang Perlakuan Panas (lanjutan)
2 Taufik Aliza (6711040035)
ANALISIS PENGARUH PWHT PADA MATERIAL SA 516 GRADE 70 NACE TERHADAP SIFAT MEKANIK DALAM PEMBUATAN KNOCK OUT DRUM
SA 516 GR 70 (T=10mm)
Variasi yang digunakan adalah temperature PWHT 500°C dan 600°C dengan holding time
15, 30, dan 60 menit. Untuk nilai kuat tarik semua material masih masuk dalam acceptance criteria, untuk variasi
3 Hendy Kurniawan Pratama (6713040047)
ANALISA VARIASI TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME PADA MATERIAL SA 283 GR C TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO, PROJECT DRYER 03 M 362 DI PT.PETROKIMIA GRESIK
SA 283 Grade C (T=40mm)
Temperatur PWHT dan holding time
yang akan digunakan adalah 595°C, 625°C, 700°C dengan holding time 60 dan 96 menit. Dari data uji kekerasan disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur PWHT dan semakin lama holding time maka nilai kekerasan juga semakin menurun, hal ini dikarenakan dengan pemanasan tinggi dan pendinginan yang lambat dapat membuat struktur material menjadi lebih lunak.
4. Erdyansyah Adinata (07140046)
PERBANDINGAN PWHT VARIASI HOLDING TIME DENGAN TEMPER
BEAD WELDING PADA MATERIAL SM490A HASIL PENGELASA GMAW TERHADAP TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO
SM490A (T=12mm)
Variasi yang digunakan adalah material yang tidak dilakukan PWHT, PWHT dengan temperature 650°C dengan holding time
60 dan 96 menit, dan dengan metode TBW. Dari hasil pengujian, nilai kekerasan paling tinggi terdapat pada variasi yang tidak dilakukan PWHT, material dengan TBW, PWHT 60 menit, dan PWHT 96 menit.
33
Tabel 2.7 Penelitian Tentang Perlakuan Panas (lanjutan)
5 Satria Azma Nur Alam (0714040016)
PENGARUH PREHEAT DAN PWHT PENGELASAN MATERIAL API 5CT GRADE K-55 TERHADAP KEKERASAN, KETANGGUHAN DAN MIKROSTRUKTUR
API 5CT GRADE K-55 (T=16.13mm)
Variasi yang digunakan dalah temperature
preheat dan temperature PWHT. Yaitu No
Preheat, preheat
125°C, dan prehat
200°C. Dan No
PWHT, PWHT 580°C, dan PWHT 650°C. Dari hasil uji nilai kekerasan terendah terdapat pada variasi temperature
preheat 200°C dan PWHT 650°C.
(Sumber: Dokumen Pribadi, 2019)
34
Halaman ini sengaja dikosongkan
35
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir
Di bawah ini merupakan susunan diagram alir untuk penelitian yang
akan dilakukan sesuai pada Gambar 3.1
Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian
Studi Lapangan Studi Literatur
Pengumpulan Data dan
Persiapan Spesimen
Proses Pengelasan
Pembuatan Spesimen Uji
PWHT 590ºC dengan holding time
30 dan 60 menit
PWHT 620ºC dengan holding time
30 dan 60 menit
PWHT 650ºC dengan holding time
30 dan 60 menit
Metallografy Test Hardness Test
A
Mulai
36
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian (lanjutan)
3.2 Studi literatur
Studi literatur meliputi pengumpulan sumber-sumber referensi dan
data yang nantinya akan dijadikan acuan dalam pelaksanaan penelitian
serta memperlajari teori-teori yang berhubungan dengan penelitian ini
antara lain tentang mechanical properties dan chemical composition
material SA 387 Grade 11 Class 1 pada ASME II part A, mechanical
properties dan chemical composition kawat las E81T-1 pada ASME II part
C, karakteristik pengelasan dan perlakuan panas baik perlakuan panas
sebelum dan setelah pengelasan pada material Cr-Mo pada AWS
Handbook Ninth Edition Vol.4, hardness test pada ASTM E92 dan
metallography test pada ASTM E3.
3.3 Studi lapangan
Studi lapangan meliputi identifikasi masalah yang sering dihahapi di
industri, pada hal ini adalah permasalahan yang terjadi pada fabrikasi
material Cr-Mo. Salah satunya adalah temperatur pelaksanaan perlakuan
panas. Pada studi lapangan ini adalah untuk mendapat temperatur dan
holding time PWHT yang dilakukan pada pengerjaan fabrikasi material Cr-
Mo.
Pembahasan dan Kesimpulan
A
Analisa Data
Selesai
37
3.4 Perumusan Masalah
Berdasarkan studi literatur dan studi lapangan ditemukan perbedaan
temperatur yang diisyaratkan pada AWS Handbook Ninth Edition Vol 4 dan
pelaksanaan pengerjaan fabrikasi material Cr-Mo. Maka perbedaan ini
dirumuskan dalam suatu permasalahan yang akan diangkat sebagai judul
penelitian. Rumusan masalah ini menjadi fokus yang akan menjadi bahan
kajian yang akan terjawab pada akhir penelitian.
3.5 Pengumpulan Data
Pengumpulan data untuk digunakan sebagai dasar penelitian berupa
sertifikat material (mill certificate), sertifikat kawat las E81T-1, WPS FCA-
A387-488, ASME Sect II Part A, ASME Sect II Part C, AWS Handbook
Ninth Edition Vol 4, client specification technical specification of buckstay
and support , dan dasar-dasar teori yang mendukung pelaksanaan penelitian,
serta gambar-gambar pendukung.
3.6 Persiapan Spesimen
Pada penelitian ini menggunakan material low alloy steel dengan spesifikasi
SA 387 Grade 11 Class 1 dengan bentuk kampuh V groove 60º. Proses
pengelasan yang digunakan adalah Flux Cored Arc Welding (FCAW) dengan
backweld dengan logam pengisi E-81T1.
3.6.1 Material
Spesifikasi material dan komposisi kimia dapat dilihat pada Tabel 3.1
dan Tabel 3.2.
Tabel 3. 1 Sifat Mekanis SA-387 Grade 11 Class 1
Yield strength Tensile strength Elongation Hardness, max
240 MPa 415-585 MPa 22 % 235 HVN
Sumber : API Materials and Fabrication of 1.25Cr-0,5Mo, 2008
Tabel 3. 2 Komposisi Kimia SA-387 Grade 11 Class 1
C Mn Si P S Cr Mo
0.16 0,61 0.64 0.016 0.002 1.22 0.47
Sumber : Mill Certificate
38
Pada penelitian kali ini membutuhkan material dengan dimensi 200 x
200 x 19 sebanyak 6 joint. Untuk detail sambungan, dimensi aktual
spesimen dan detail disain sambungan dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan
Gambar 3.3.
Gambar 3.2 Detail disain sambungan (Dokumen Pribadi
Gambar 3.3 Dimensi spesimen (Dokumen Pribadi)
3.6.2 Filler metal
Pemilihan elektroda atau filler metal sebagai logam pengisi proses
pengelasan dipilih berdasarkan base metal yang akan disambung. Pada
base metallow alloy steel SA-387 Grade 11 Class 1 dengan proses
pengelasan FCAW, maka filler metal yang digunakan adalah E81T-1-B2.
Mechanical properties E81T-1-B2 dapat dilihat pada Tabel 3.3. Sedangkan
Komposisi kimia dari filler metal E81T-1-B2 sesuai ASME Sec II part C
dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3.3 Mechanical properties E-81T1
Yield strength(min) Tensile strength Elongation
68 ksi 80-100 psi 19 %
Sumber : ASME Sec II Part C 2017
39
Tabel 3. 4 Komposisi Kimia E-81T1
AWS Class
Weld Metal Designation
UNS Number
Chemical Composition (%)
C Mn Si S O Cr Mo
A5.29 B2 W5203X
0.05 – 0.12
1.25 0.80 0.03 0.03 1.00 – 1.50
0.40 – 0.65
Sumber : ASME Sec II Part C 2017
3.7 Proses Pengelasan
Dalam penelitian ini dilakukan dengan proses pengelasan Flux Cored
Arc Welding (FCAW) dengan desain sambungan butt joint. Proses
pengelasan menggunakan shielding gas CO2 100%. Terdapapat 6 joint yang
dilakukan pada proses pengelasan dengan parameter-parameter pengelasan
yang sama sesuai dengan WPS FCA-A387-488 pada Lampiran 1. Sebagai
penandaan spesimen dapat dilihat pada Tabel 3.5:
Tabel 3.5 Marking Spesimen
No. Metode Marking Spesimen
1 PWHT 590ºC Holding Time 30 Menit A1
2 PWHT 590ºC Holding Time 60 Menit A2
3 PWHT 620ºC Holding Time 30 Menit B1
4 PWHT 620ºC Holding Time 60 Menit B2
5 PWHT 650ºC Holding Time 30 Menit C1
6 PWHT 650ºC Holding Time 60 Menit C2
(Sumber : Dokumen Pribadi, 2019)
3.8 Proses Post Weld Heat Treatment (PWHT)
Setelah proses pengelasan selesai, lalu dilakukan proses PWHT. Dalam
penelitian ini dilakukan variasi temperatur dan holding time yang berbeda, yaitu
temperatur 590ºC, 620ºC, 650ºC dengan holding time 30 dan 60 menit. Proses
PWHT dan pendiginan dilakukan di dalam automatic muffle furnace.
3.9 Pengujian Spesimen
Setalah proses pengelasan dan perlakuan panas selesai dilakukan,
maka dilakukan pengujian terhadap material tersebut. Pada penelitian ini
dilakukan uji kekerasan dan metalografi.
40
3.9.1 Uji Kekerasan
Pada penelitian ini uji kekerasan digunakan untuk mengetahui
kekerasan yang terjadi akibat pengaruh temperatur dan holding time
PWHT. Pengujian yang digunakan adalah Vickers test. Metode
pengujian Vickers menggunkan identor berbentuk piramida intan.
Piramida pada ujung penekan mempunyai bentuk dasar persegi dan
pada ujungnya mempunyai sudut yang saling berhadapan. Identor
ditekan beberapa saat dengan beban tertentu. Langkah-langkah
pengerjaan sebagai berikut:
1. Pemotongan sepesimen menggunakan gergaji. Spesimen untuk uji
kekerasan dengan dimensi panjang 80mm dan lebar 30mm dengan
asumsi dapat mengcover daerah base metal, HAZ, dan weld
metal.Titik pengambilan spesimen dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Pengambilan spesimen uji
2. Proses milling dilakukan pada permukaan sepesimen untuk
memastikan permukaan rata.
3. Pengamplasan spesimen bertujuan untuk mendapatkan permukaan
yang halus sehingga saat dilakukan microetsa tidak terdapat
goresan. Pengamplasan dilakukan secara bertahap dengan amplas
yang kasar sampai amplas yang halus dengan grit berurutan grid
240,420, 1000, 2000, dan 5000.
41
4. Etching dilakukan agar dapat terlihat batas pada base metal, HAZ,
dan weld metal. Proses ini menggunakan larutan nital 2% (98ml
Alkohol + 2ml ). Dioleskan pada permukaan yang sudah
bersih dan mengkilat. Setelah itu dibasuh dengan air bersih dan
disemprot dengan alkohol lalu dikeringkan dengan dryer.
5. Sebelum pengambilan titik untuk pengujian, terlebih dahulu
menentukan pemetaan pengambilan titiknya, setelah itu melakukan
setting pengaturan dwell time selama 10 detik dan beban identasi
yaitu 10kgf.
6. Setelah itu mengukur hasil identasi berupa diagonal bekas dari
pembebanan yang selanjutnya menghitung diagonal rata-rata untuk
dimasukkan pada rumus perhitungan HVN.
Berikut detail daerah yang akan dilakukan pengujian kekerasan:
Gambar 3.5 Titik Pengambilan Uji Kekerasan (Dokumen Pribadi)
3.9.2 Pengujian Metalografi (Mikro Struktur)
Pengujian metalografi yang di gunakan pada penelitan ini adalah
uji mikro. Uji metalografi dilakukan untuk melihat terjadinya
perubahan struktur mikro pada obyek penelitian sebagai akibat dari
proses-proses eksperimen yang telah diterima pada material tersebut.
Pengamatan uji metalografi mikro spesimen, alat, dan bahan yang
digunakan :
a. Spesimen
b. Kertas gosok (grid 240,420, 1000, 2000, dan 5000)
c. Kain wool
d. Serbuk Alumina
e. Larutan Nital 2% (Alkohol 98 ml + HNO3 2 ml )
f. Kain bersih
42
Langkah langkah dalam melakukan pengujian mikro meliputi :
1. Pemotongan Spesimen
Pemotongan sepesimen menggunakan gergaji dan gerinda potong.
Spesimen untuk uji kekerasan dengan dimensi panjang 80mm dan
lebar 30mm dengan asumsi dapat mengcover daerah base metal,
HAZ, dan weld metal.
2. Grinding
a. Mengambil kertas gosok yang paling kasar (grid 240) yang telah
digunting sesuai dengan bentuk piringan hand grinding dan
pasang pada hand polishing machine.
b. Menyalakan polishing machine, buka katup sehingga air
mengalir di kertas gosok tersebut dan sampai halus permukaan.
c. Mengangkat spesimen dan amati permukaan yang digosok. Bila
masih ada goresan yang tidak searah dengan orientasi gosokkan,
gosok lagi sampai tidak ada lagi goresan yang tidak searah.
d. Bila goresan sudah searah, matikan polishing machine dan aliran
air, kemudian ganti kertas gosok dengan grid yang lebih halus
(grid 240,420, 1000, 2000, dan 5000) dan gosok lagi seperti
langkah sebelumnya.
e. Bila proses grinding telah selesai, mematikan polisher dan aliran
polisher serta cuci spesimen dengan air.
f. Hal yang perlu di perhatikan dalam proses grinding yaitu setiap
pergantian kertas gosok maka arah orintasi penggosokan harus
tegak lurus dengan arah orientasi penggosokan sebelumnya.
3. Polishing
a. Kertas kain wool diambil dan dipasang pada polishing machine.
b. Polishing machine dinyalakan, membuka sedikit katup air
sehingga air mengalir tidak terlalu deras diatas kain wool yang
berputar.
c. Benda yang akan di polishing di celupkan terlebih dahulu ke
dalam serbuk alumina.
43
d. Spesimen diambil, ditelungkupkan pada polisher dengan sedikit
tekanan diatas kain wool tersebut dan tahan sampai benda uji
halus.
e. Spesimen diangkat dan diamati permukaan benda uji, apabila
benda uji belum halus maka benda uji harus di polisher lagi
sampai tidak ada lagi goresan.
f. Proses polisher selesai jika bekas goresan dari proses grinding
(grid 600) telah hilang dan halus seperti cermin.
g. Untuk membersihkan sisa-sisa polishing powder, spesimen
dicuci dengan air dan alkohol, lalu dikeringkan dengan dryer
atau digosok dengan soft tissue.
4. Etsa
a. Menyiapkan alat-alat yang diperlukan seperti pipet, cawan kimia
dan hand dryer yang telah dibersihkan terlebih dahulu.
b. Mengambil larutan cairan nital 2% (Alkohol 98ml + HNO 3 2ml)
dengan pipet dan tuangkan ke cawan kimia.
c. Masukkan spesimen ke dalam cawan kimia tersebut selama
beberapa detik dan ambil kembali kemudian menyiramnya
dengan air. Setelah itu semprot dengan Alkohol.
d. Mengeringkan spesimen tersebut dengan hand dryer.
e. Pengamatan dengan mikroskop
f. Meletakkan spesimen di bawah lensa mikroskop
g. Mengatur pembesaran (grid 240,420, 1000, 2000, dan 5000)
h. Menyalakan lampu dan mengatur fokusnya
i. Mengambil gambar struktur mikro.
j. Apabila telah selesai, matikan lampu
k. Menganalisa gambar struktur mikro spesimen.
Berikut detail daerah yang akan dilakukan pengujian struktur
mikro :
44
Gambar 3.6 Titik Pengambilan Gambar Striuktur Mikro (Dokumen Pribadi)
l. Setelah diperoleh gambar struktur miko, maka selanjutnya
struktur mikro diamati untuk menentukan fase yang terbentuk,
yang didapat dari analisa menggunakan software ImageJ.
3.10 Analisa Data dan Pembahasan
Setelah dilakukan pengujian terhadap setiap material dengan variasi
yang berbeda, dilakukan analisa data yang diambil dari hasil pengujian,
yaitu data nilai kekerasan pada masing-masing daerah base metal, HAZ, dan
weld metal serta gambar yang diperoleh dari metallography test. Dari data
tersebut dilakukan pembahasan yang dipadukan dengan landasan teori yang
ada.
3.11 Kesimpulan
Setelah dilakukan analisa dari hasil dan data pengujian serta pembahasan,
maka dilakukan penarikan kesimpulan dari variasi temperatur PWHT dan holding
time terhadap nilai kekerasan dan truktur mikro pada material SA 387 Grade 11
Class 1. Saran diberikan oleh peneliti atau penulis agar kedepannya penelitian
tentang PWHT mendapatkan hasil yang lebih baik.
45
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data hasil pengelasan
Proses pengelasan ini menggunakan prosedur yang mengacu pada
Welding Procedure Specification (WPS) pada Lampiran 1. Data-data proses
pengelasan yang diperoleh adalah sebagai berikut:
Material : SA 387 Grade 11 Class 1
Tebal : 19mm
Desain sambungan : Butt joint
Proses Las : FCAW
Logam Pengisi : E81T-1
Posisi : 1G
Temperatur Preheat : 158°C
Temperatur Interpass : 192°C
Pada proses pengelasan menggunakan parameter-parameter yang sama.
Record aktual data hasil pengelasan dapat dilhat pada Tabel 4.1 sampai Tabel
4.6.
Tabel 4.1 Record proses pengelasan spesimen A1
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 153 26 54 3.70 1074.06
2 2 157 26 53 3.77 1081.73
3 156 26 52 3.85 1054.56
3 4 169 29 53 3.77 1298.765
5 166 29 51 3.92 1227.57
4 6 176 29 49 4.08 1250.48
7 172 29 52 3.85 1296.88
5 8 176 28 53 3.77 1305.92
9 174 28 52 3.85 1266.72
Back Weld
10 153 27 49 4.08 1012.095
46
Tabel 4.2 Record proses pengelasan spesimen A2
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 153 27 53 3.77 1094.715
2 2 155 27 51 3.92 1067.175
3 169 28 52 3.85 1230.32
3 4 161 28 54 3.70 1217.16
5 157 27 53 3.77 1123.335
4 6 173 27 50 4.00 1167.75
7 166 27 49 4.08 1098.09
5 8 174 27 50 4.00 1174.5
9 176 27 52 3.85 1235.52
Back Weld
10 157 27 48 4.17 1017.36
Tabel 4.3 Record proses pengelasan spesimen B1
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 151 25 52 3.85 981.5
2 2 157 26 51 3.92 1040.91
3 161 25 52 3.85 1046.5
3 4 168 27 53 3.77 1202.04
5 165 26 54 3.70 1158.3
4 6 159 26 51 3.92 1054.17
7 166 27 53 3.77 1187.73
5 8 176 25 54 3.70 1188
9 174 27 53 3.77 1244.97
Back Weld
10 166 26 50 4.00 1079
Tabel 4.4 Record proses pengelasan spesimen B2
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 151 26 52 3.85 1020.76
2 2 177 27 50 4.00 1194.75
3 168 27 50 4.00 1134
3 4 177 27 52 3.85 1242.54
5 161 28 51 3.92 1149.54
4 6 182 27 49 4.08 1203.93
7 168 28 48 4.17 1128.96
5 8 177 28 50 4.00 1239
9 186 28 52 3.85 1354.08
Back Weld
10 168 26 49 4.08 1070.16
47
Tabel 4.5 Record proses pengelasan spesimen C1
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 160 27 51 3.92 1101.6
2 2 166 28 50 4.00 1162
3 176 28 52 3.85 1281.28
3 4 168 28 51 3.92 1199.52
5 166 27 53 3.77 1187.73
4 6 170 27 49 4.08 1124.55
7 177 28 52 3.85 1288.56
5 8 175 27 50 4.00 1181.25
9 186 28 49 4.08 1275.96
Back Weld
10 178 27 48 4.17 1153.44
Tabel 4.6 Record proses pengelasan spesimen C2
Layer Bead Arus Voltase Time (s) Travel Speed
(mm/s) Heat Input
(J/mm)
1 1 149 28 50 4.00 1043
2 2 160 28 52 3.85 1164.8
3 177 28 51 3.92 1263.78
3 4 170 29 53 3.77 1306.45
5 179 27 52 3.85 1256.58
4 6 168 28 50 4.00 1176
7 163 27 52 3.85 1144.26
5 8 179 29 49 4.08 1271.795
9 177 29 50 4.00 1283.25
Back Weld
10 151 28 50 4.00 1057
4.2 Data hasil Post Weld Heat Treatment (PWHT)
Setelah dilakukan proses pengelasan, maka selanjutnya dilakukan proses
Post Weld Heat Treatment (PWHT) dengan temperatur 595ºC, 620°C, dan
650ºC dengan holding time 30 dan 60 menit. Material dimasukkan ke dalam
furnace dengan temperatur furnace di bawah 100ºC serta dilakukan
pendinginan di dalam furnace sampai temperatur dibawah 100°C.
4.2.1 Record PWHT spesimen A1
Waktu pelaksanaan : 5 April 2019
Temperatur PWHT : 590 ºC
Holding time : 30 menit
48
Tabel 4.7 Proses PWHT A1
Description Value
Loading temperature 27°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 590°C
Holding Time 30 minutes
Cooling rate 67,17°C/hr
Unloading temperature 47°C
Sumber: Dokumen pribadi, 2019
Gambar 4.1 Grafik proses PWHT spesimen A1
4.2.2 Record PWHT spesimen A2
Waktu pelaksanaan : 6 April 2019
Temperatur PWHT : 590ºC
Holding time : 60 menit
Tabel 4.8 Proses PWHT A2
Description Value
Loading temperature 32°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 590°C
Holding Time 60 minutes
Cooling rate 52,06ºC/hr
Unloading temperature 64°C
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
0
100
200
300
400
500
600
700
0 50 100 150 200 250 285 300 310 315 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit)
49
Gambar 4.2 Grafik proses PWHT spesimen A2 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.2.3 Record PWHT spesimen B1
Waktu pelaksanaan : 7 April 2019
Temperatur PWHT : 620 ºC
Holding time : 30 menit
Tabel 4.9 Proses PWHT B1
Description Value
Loading temperature 32°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 620°C
Holding Time 30 minutes
Cooling rate 65,49ºC/hr
Unloading temperature 52°C
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0
28
5
30
0
31
0
32
0
33
0
34
0
34
5
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
65
0
70
0
75
0
80
0
85
0
90
0
95
0
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit))
50
Gambar 4.3 Grafik proses PWHT spesimen B1 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.2.4 Record PWHT spesimen B2
Waktu pelaksanaan : 8 April 2019
Temperatur PWHT : 620 ºC
Holding time : 60 menit
Tabel 4.10 Proses PWHT B2
Description Value
Loading temperature 32°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 620°C
Holding Time 60 minutes
Cooling rate 61,67ºC/hr
Unloading temperature 46°C
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
31
0
32
0
33
0
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
65
0
70
0
75
0
80
0
85
0
90
0
95
0
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit)
51
Gambar 4.4 Grafik proses PWHT spesimen B2 (Dokumen Pribadi)
4.2.5 Record PWHT spesimen C1
Waktu pelaksanaan : 9 April 2019
Temperatur PWHT : 650 ºC
Holding time : 30 menit
Tabel 4.11 Proses PWHT C1
Description Value
Loading temperature 32°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 650°C
Holding Time 30 minutes
Cooling rate 60ºC/hr
Unloading temperature 45°C
Sumber: Dokumen Prribadi, 2019
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
31
0
32
0
33
0
34
0
35
0
36
0
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
65
0
70
0
75
0
80
0
85
0
90
0
95
0
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit)
52
Gambar 4.5 Grafik proses PWHT spesimen C1 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.2.6 Record PWHT spesimen C2
Waktu pelaksanaan : 10 April 2019
Temperatur PWHT : 650 ºC
Holding time : 60 menit
Tabel 4.12 Proses PWHT C2
Description Value
Loading temperature 32°C
Heating rate 100°C/hr
Holding temperature 620°C
Holding Time 60 minutes
Cooling rate 65,49ºC/hr
Unloading temperature 45°C
Sumber: Dokumen Prribadi, 2019
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0
31
5
32
0
33
0
34
0
34
5
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
65
0
70
0
75
0
80
0
85
0
90
0
95
0
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit)
53
Gambar 4.6 Grafik proses PWHT spesimen C2 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Metalografi
4.3.1 Pengujian Makro
Pengujian makro bertujuan untuk melihat secara visual hasil
pengelasan apakah terdapat cacat las atau tidak dan mengetahui daerah
yang terkena pengaruh panas (HAZ), karena daerah tersebut
merupakan daerah yang paling kritis dalam pengelasan. Pengujian
makro ini dilakukan dengan reagent cairan etsa nital 2%, yaitu
campuran antara 98% alcohol dan 2% . Hasil pengujian dapat
dilihat pada Tabel 4.13 dibawah ini.
0
100
200
300
400
500
600
700
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0
31
5
32
0
33
0
34
0
35
0
36
0
37
5
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
65
0
70
0
75
0
80
0
85
0
90
0
95
0
Te
mp
era
tur
(°C)
Waktu (menit)
54
Tabel 4.13 Hasil foto makro
Spesimen Foro makro Luas HAZ
A1
48,74 mm²
A2
45,98 mm²
B1
46,89 mm²
55
Tabel 4.13 Hasil foto makro (lanjutan)
B2
50,92 mm²
C1
47,56 mm²
C2
49,08 mm²
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
56
Dari hasil uji foto makro di atas, hasil pengelasan full penetration
dan tidak ditemukan weld defect. Dapat dilihat pada masing-masing
spesimen dengan perbedaan perlakuan panas pada temperatur dan
holding time pada proses PWHT tidak mengalami perbedaan secara
visual dari foto makro. Heat Affected Zone yang terlihat adalah akibat
dari base metal yang mengalami siklus thermal yaitu pemanasan dan
pendinginan karena proses pengelasan yang tidak turut mencair luasan
HAZ pun juga dipengaruhi oleh heat input yang terjadi selama
pengelasan (Wiryosumatro, 1996). Pada penelitian kali ini
menggunakan parameter-parameter pengelasan yang sama, karena
penelitian akan difokuskan pada variabel temperatur dan holding time
PWHT, sehingga hasil pengelasan setiap spesimen adalah sama
sebelum dilakukan proses PWHT.
4.3.2 Pengujian Mikro
Pengujian mikro dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur
mikro yang terjadi setelah dilakukan Post Weld Heat Treatment pada
masing-masing spesimen dengan temperatur dan holding time yang
berbeda.. Pengujian struktur mikro menggunakan mikroskop optik
dengan pembesaran 200X dan 500X. Titik pengambilan gambar
struktur mikro dilakukan pada tengah ketebalan material dan 1.5mm
dari permukaan spesimen. Sebelum dilakukan pengujian struktur mikro,
spesimen di etsa menggunakan larutan nital 2% dengan komposisi 2ml + 98ml alkohol. Pada penelitian ini pengujian struktur mikro
dilakukan pada base metal, HAZ dan weld metal dengan lokasi
pengambilan gambar struktur mikro dan perbesaran yang dapat dilihat
pada Tabel 4.14.
Tabel 4.14 Lokasi pengambilan struktur mikro
Lokasi pengambilan struktur mikro
Daerah Perbesaran
Base metal 200 dan 500x
HAZ 200 dan 500x
Weld metal 200 dan 500x
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
57
a. Pengujian struktur mikro pada Base Metal
Pada penelitian ini dilakukan pengujian pada struktur mikro pada
daerah base metal sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.15 dan Tabel
4.16.
Tabel 4.15 Hasil foto mikro base metal perbesaran 200x
Perbesaran 200x near surface Perbesaran 200x middle
595ºC 30 Menit
595ºC 60 Menit
620ºC 30 Menit
620ºC 60 Menit
Bainit Ferit Ferit
Bainit
Bainit
Bainit
Bainit
Bainit
Ferit
Ferit
Ferit
Ferit
Ferit Ferit
Bainit
Bainit
58
Tabel 4.15 Hasil foto mikro base metal perbesaran 200x (lanjutan)
650ºC 30 Menit
650ºC 60 Menit
(Sumber: Dokumen Pribadi, 2019) Tabel 4.16 Hasil foto mikro base metal perbesaran 500x
Perbesaran 500x near surface Perbesaran 500x middle
595ºC 30 Menit
595ºC 60 Menit
620ºC 30 Menit
Ferit
Bainit
Bainit
Ferit
Ferit
Bainit
Ferit
Bainit
Ferit
Bainit Ferit
Bainit
Bainit
Bainit
Ferit Ferit
Ferit
Bainit
Bainit
Ferit
59
Tabel 4.16 Hasil foto mikro base metal perbesaran 500x (lanjutan)
620ºC 60 Menit
650ºC 30 Menit
650ºC 60 Menit
(Sumber: Dokumen Pribadi, 2019)
Pada penelitian ini menggunakan material SA 387 Grade 11 Class
1 dimana struktur mikro pada material ini yaitu ferit dengan warna terang
dan bainite dengan warna yang cenderung gelap (Robert F.Mehl, 1972).
Dari hasil pengamatan struktur mikro pada base metal didapatkan
fasa ferit dan bainit, hal ini didapatkan pada kedua titik pengambilan
struktur mikro, baik di dekat permukaan dan di tengah dari ketebalan
material. Pada masing-masing variasi temperatur dan holding time terlihat
tidak terlalu banyak perbedaan, hal ini karena pada saat proses pengelasan
daerah base metal tidak terpengaruh oleh panas (Wiryosumarto, 1996).
Pengujian struktur mikro bertujuan untuk mengidentifikasi fasa
senyawa yang terdapat pada kedua variasi spesimen material setelah
dilakukan pengelasan. Fasa yang terbentuk pada material SA 387 Grade
11 Class 1 yaitu ferrite dan bainite, dimana ferrite membuat material
Ferit Bainit
Ferit
Bainit
Ferit
Ferit
Ferit
Ferit
Bainit
Bainit
Bainit
Bainit
60
menjadi lunak sedangkan bainite membuat material menjadi keras,
pernyataan tersebut sesuai dengan penelitian M.Gojic (2006). Fasa bainite
dapat terbentuk dikarenakan dalam proses pembuatan material SA 387
Grade 11 Class 1 diperlukan tempering sesuai dengan ASTM A 387 pada
temperatur 620ºC, lalu ketika pendinginan mengacu pada diagram TTT
dan CCT material 1.25Cr-0.5Mo maka terbentuk fasa bainite dan ferrite
(ASM Atlas of TTT Diagram, 1977).
b. Pengujian struktur mikro pada HAZ
Pada penelitian ini juga dilakukan pengujian pada struktur mikro
pada daerah HAZ (Heat Affected Zone) sebagaimana dapat dilihat pada
Tabel 4.17 sampai Tabel 4.18.
Tabel 4.17 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 200x
Perbesaran 200x near surface Perbesaran 200x middle
595ºC 30 Menit
595ºC 60 Menit
620ºC 30 Menit
Ferit
Bainit
Ferit Bainit
Ferit Ferit Bainit Bainit
Ferit
Ferit Bainit
Bainit
61
Tabel 4.17 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 200x (lanjutan)
620ºC 60 Menit
650ºC 30 Menit
650ºC 60 Menit
Tabel 4.18 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 500x
Perbesaran 500x near surface Perbesaran 500x middle
595ºC 30 Menit
595ºC 60 Menit
Bainit
Ferit
Ferit
Bainit
Bainit Ferit Ferit
Bainit
Bainit Bainit
Ferit
Ferit
Bainit
Bainit Ferit
Ferit
Bainit Bainit
Ferit Ferit
62
Tabel 4.18 Hasil foto mikro HAZ perbesaran 500x (lanjutan)
620ºC 30 Menit
620ºC 60 Menit
650ºC 30 Menit
650ºC 60 Menit
(Sumber: Dokumen Pribadi, 2019)
Dari hasil foto mikro struktur pada daerah HAZ (Heat Affected
Zone) terlihat adanya ferit dan bainit yang terbentuk akibat proses
pemanasan dan pendinginan saat proses pengelasan. Ferit ditunjukkan
dengan warna terang dan bainite dengan warna yang cenderung gelap
(Robert F.Mehl, 1972).
Dari hasil pengamatan pada daerah HAZ (Heat Affected Zone)
didapatkan daerah HAZ ini telah mengalami siklus thermal dan
pendinginan cepat sehingga terjadi perubahan struktur mikro
Bainit Ferit
Ferit
Bainit
Bainit
Bainit
Ferit Ferit
Bainit
Bainit Ferit
Ferit
Ferit
Ferit Bainit
Bainit
63
(Wiryosumarto, 1996). Pada daerah HAZ ini terlihat struktur mikro pada
masing-masing spesimen terdapat perubahan, pada setiap spesimen dengan
penambahan temperatur dan holding time, kerapatan bainit terlihat
semakin berkurang. Pada masing-masing variasi dilakukan pengambilan
gambar struktur mikro pada area yang mendekati permukaan dan area di
tengah dari ketebalan material. Area yang mendekati permukaan dan
berada di tengah ketebalan material pun terlihat perbedaan kerapatan
struktur mikro, dapat dilihat bahwa variasi dengan temperatur dan holding
time terendah (A1) terlihat struktur mikro yang paling rapat sehingga
terlihat lebih halus dibandingkan dengan struktur mikro A1 pada area di
tengah ketebalan. Hal ini dapat terjadi karena kecepatan pendinginan pada
area yang mendekati permukaan lebih cepat dibandingkan dengan area di
tengah ketebalan, sesuai dengan CCT material 1.25Cr-0.5Mo dimana
ketika pendinginan lebih cepat dapat memperbesar peluang terbentuknya
fasa bainit dibandingkan dengan fasa ferit, yang mana dapat digambarkan
fasa bainit dengan warna gelap dan fasa ferit dengan warna terang.
Pada spesimen variasi lain dengan temperatur dan holding time
yang lebih lama terlihat struktur semakin berkurang kerapatannya
sehingga terlihat semakin kasar. Jika diamati dengan diagram TTT
material 1.25Cr-0.5Mo, ketika material diberi perlakuan panas pada
temperatur yang semakin tinggi dan semakin lama ditahan pada
temperatur tersebut, akan memperbesar peluang terbentuknya fasa ferit
dibandingkan fasa bainit. Begitu juga jika membandingkan bentuk struktur
mikro pada area yang mendekati permukaan dengan di tengah ketebalan
memiliki struktur mikro yang berbeda kerapatannya, dikarenakan area
pada permukaan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan area
pada tengah ketebalan. Sehingga ketika bainit digambarkan dengan warna
gelap dan ferit dengan warna terang, maka dapat mengurangi kerapatan
pada struktur mikro seiring bertambahnya temperatur dan holding time.
64
c. Pengujian struktur mikro pada Weld Metal
Pada penelitian ini juga dilakukan pengujian pada struktur mikro
pada daerah weld metal sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.19 sampai
Tabel 4.20.
Tabel 4.19 Hasil foto mikro weld metal perbesaran 200x
Perbesaran 200x near surface Perbesaran 200x middle
595ºC 30 Menit
595ºC 60 Menit
620ºC 30 Menit
620ºC 60 Menit
Ferit
Bainit
Ferit Bainit
Ferit
Ferit
Bainit Bainit
Bainit Bainit
Ferit
Ferit
Bainit Bainit
Ferit Ferit
65
Tabel 4.19 Hasil foto mikro weld metal perbesaran 200x (lanjutan)
650ºC 30 Menit
650ºC 60 Menit
(Sumber: Dokumen Pribadi, 2019) Tabel 4.20 Hasil foto mikro weld metal metal perbesaran 500x
Perbesaran 500x near surface Perbesaran 500x middle
595ºC 30 Menit
595ºC
60 Menit
620ºC
30 Menit
Bainit Ferit Ferit
Bainit
Ferit
Ferit
Bainit
Bainit
Ferit
Bainit
Ferit
Bainit
Bainit
Ferit Ferit Bainit
Bainit
Bainit
Ferit
Ferit
66
Tabel 4.20 Hasil foto mikro weld metal metal perbesaran 500x (lanjutan)
620ºC 60 Menit
650ºC
30 Menit
650ºC 60 Menit
Sumber: Dokumen Pribadi, 2019
Dari hasil foto mikro struktur pada daerah weld metal terlihat
adanya ferit dan bainit yang terbentuk akibat proses pemanasan dan
pendinginan saat proses pengelasan.
Dari hasil pengamatan pada daerah weld metal ini telah mengalami
siklus thermal yaitu telah mengalamai proses mencair kemudian membeku
(Wiryosumarto, 1996). Pada daerah weld metal ini terlihat struktur mikro
pada masing-masing spesimen terdapat perubahan, pada setiap spesimen
dengan penambahan temperatur dan holding time, kerapatan bainit terlihat
semakin berkuran. Menurut S.Riyaz Ahmed (2012) fase ini dapat
terbentuk karena pada area weld metal mengalami pemanasan sampai pada
temperatur leleh logam dan pendinginan secara cepat.
Pada daerah weld metal ini terlihat kerapatan struktur mikro pada
masing-masing spesimen terdapat perubahan, pada setiap spesimen dengan
Bainit
Bainit Ferit Ferit
Bainit
Bainit
Bainit
Ferit
Ferit
Ferit
Ferit Bainit
67
penambahan temperatur dan holding time, kerapatan bainit terlihat
semakin berkurang. Pada masing-masing variasi dilakukan pengambilan
gambar struktur mikro pada area yang mendekati permukaan dan area di
tengah dari ketebalan material. Area yang mendekati permukaan dan
berada di tengah ketebalan material pun terlihat perbedaan kerapatan
struktur mikro, dapat dilihat bahwa variasi dengan temperatur dan holding
time terendah (A1) terlihat struktur mikro yang paling rapat sehingga
terlihat lebih halus dibandingkan dengan struktur mikro A1 pada area di
tengah ketebalan. Hal ini dapat terjadi karena kecepatan pendinginan pada
area yang mendekati permukaan lebih cepat dibandingkan dengan area di
tengah ketebalan, sesuai dengan CCT material 1.25Cr-0.5Mo dimana
ketika pendinginan lebih cepat dapat memperbesar peluang terbentuknya
fasa bainit dibandingkan dengan fasa ferit, yang mana dapat digambarkan
fasa bainit dengan warna gelap dan fasa ferit dengan warna terang.
Pada spesimen variasi lain dengan temperatur dan holding time
yang lebih lama terlihat struktur semakin berkurang kerapatannya
sehingga terlihat semakin kasar. Jika diamati dengan diagram TTT
material 1.25Cr-0.5Mo, ketika material diberi perlakuan panas pada
temperatur yang semakin tinggi dan semakin lama ditahan pada
temperatur tersebut, akan memperbesar peluang terbentuknya fasa ferit
dibandingkan fasa bainit. Begitu juga jika membandingkan bentuk struktur
mikro pada area yang mendekati permukaan dengan di tengah ketebalan
memiliki struktur mikro yang berbeda kerapatannya, dikarenakan area
pada permukaan mengalami pendinginan lebih cepat dibandingkan area
pada tengah ketebalan. Sehingga ketika bainit digambarkan dengan warna
gelap dan ferit dengan warna terang, maka dapat mengurangi kerapatan
pada struktur mikro seiring bertambahnya temperatur dan holding time.
Siklus yang terjadi pada weld metal ini mirip seperti yang terjadi
pada HAZ (Heat Affected Zone), namun pada weld metal mengalami
temperatur yang lebih tinggi disbanding HAZ pada saat proses pengelasan,
sehingga struktur pada weld metal lebih rapat dibandingkan dengan HAZ
68
sehingga terlihat lebih halus, tentunya ini akan berdampak pada sifat
mekanik material (M.Gojic, 2006).
Hal ini sesuai dengan penelitian oleh Tjokorda Gde Tirta (2018)
yaitu dimana ketika material dilakukan penahanan pada temperatur
tertentu akan sangat memungkinkan terjadinya transformasi fasa yang
dapat diprediksi pada diagram Time Temperature Transformation (TTT)
sering juga dengan laju pendinginan yang dapat diprediksi melalui
Continous Cooling Diaram (CCT), yaitu semakin cepat laju pendinginan
semakin memungkinkan terjadinya fasa martensit, bainit, perlit maupun
ferit.
4.4 Hasil dan Analisa Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan ini digunakan untuk membandingkan bagaimana
hasil kekerasan yang terjadi setelah dilakukan variasi temperatur dan holding
time pada proses PWHT. Titik pengujian kekerasan dapat dilihat pada Gambar
4.7.
Beban 10 kgf
Identor Diamond
pyramid
Machine Hardness
automatic
Satuan HVN
(kgf/mm²)
Gambar 4.7 Titik pengambilan uji kekerasan
4.4.1 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen A1
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen A1
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.21 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.8.
69
Tabel 4.21 Hasil Pengujian Hardness Spesimen A1
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
151.15 155.58 151.76 153.08 150.97 151.45 150.18
157.77 154.75 154.12
Heat
Affected
Zone
208.1 195.04 203.29 215.23 241.29 204.65 210.63
247.25 214.34 212.47
Weld Metal
234.34 231.73 237.41 239.28 242.79 233.27 244.92
246.22 235.05 247.79
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.8 Grafik Hardness spesimen A1 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.4.2 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen A2
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen A2
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.22 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.9.
100
120
140
160
180
200
220
240
260
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN A1 (590°C, 30 menit)
Face
Middle
Root
70
Tabel 4.22 Hasil Pengujian Hardness Spesimen A2
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
153.12 148.86 144.08 150.09 154.25 149.63 149.03
153.31 150.9 147.61
Heat
Affected
Zone
194.68 187.14 183.24 198.02 207.4 189.84 193.41
212.92 196.61 216.94
Weld Metal
229.3 212.7 247.17 228.06 225.43 220.56 242.22
219.69 215.3 240.16
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.9 Grafik Hardness A2 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.4.3 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen B1
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen B1
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.23 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.10.
0
50
100
150
200
250
300
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN A2 (590°C, 60 menit)
Face
Middle
Root
71
Tabel 4.23 Hasil Pengujian Hardness Spesimen B1
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
153.79 149.93 154.81 152.59 151.27 149.63 153.56
154.54 150.6 155.19
Heat
Affected
Zone
191.86 185.92 196.29 204.50 206.71 191.59 219.07
214.3 194.24 240.55
Weld Metal
224.11 209.89 239.54 231.78 226.75 224.68 248.05
233.29 228.62 251.11
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.10 Grafik Hardness spesimen B1 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen B2
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen B2
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.24 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.11.
0
50
100
150
200
250
300
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN B1 (620°C, 30 menit)
Face
Middle
Root
72
Tabel 4.24 Hasil Pengujian Hardness Spesimen B2
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
149.17 149.02 148.14 149.33 153.79 147.5 146.5
152.85 147.87 149.1
Heat
Affected
Zone
192.86 169.02 165.9 192.79 213.98 181.83 192.13
224.91 188.64 205.81
Weld Metal
219.4 201.35 227.1 220.87 228.03 206.11 232.05
232.05 208.24 233.5
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.11 Grafik Hardness spesimen B2 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen C1
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen C1
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.25 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.12.
100
120
140
160
180
200
220
240
260
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN B2 (620°C, 60 menit)
Face
Middle
Root
73
Tabel 4.25 Hasil Pengujian Hardness Spesimen C1
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
153.49 144.26 142.4 147.69 154.69 146.13 143.68
155.96 142.78 145.86
Heat
Affected
Zone
186.18 185.06 185.75 195.98 194.52 195.08 198.46
206.81 200.97 211.03
Weld Metal
209.68 200.19 226.69
221.29 221.62 214.58 230.2
235.94 216.06 236.67
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.12 Grafik Hardness spesimen C1 (Dokumen Pribadi, 2019)
4.4.6 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen C2
Pada pengujian kekerasan yang dilakukan pada spesimen C2
terdapat hasil kekerasan yang berbeda-beda pada setiap titik
pengambilan, hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.26 dan setelah
itu pada Grafik yang ditunjukan pada Gambar 4.13.
100
120
140
160
180
200
220
240
260
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN C1 (650°C, 30 menit)
Face
Middle
Root
74
Tabel 4.26 Hasil Pengujian Hardness Spesimen C2
Hardness near
face (HVN)
Hardness at
middle
(HVN)
Hardness at
root (HVN)
Rata-rata
(HVN)
Base Metal
147.89 146.05 148.56 147.60 148.67 145.68 149.35
147.39 147.94 146.9
Heat
Affected
Zone
157.21 164.34 178.08 173.65 164.71 171.25 182.54
177.26 183.92 183.57
Weld Metal
209.24 208.51 218.12
215.52 215.1 209.34 226.97
215.64 208.4 228.38
(Sumber : Dokumen pribadi, 2019)
Gambar 4.13 Grafik Hardness spesimen C2 (Dokumen Pribadi, 2019)
Dari data diatas didapat grafik nilai rata-rata kekerasan pada masing-
masing daerah yang ditunjukan pada Gambar 4.13 berikut.
100
120
140
160
180
200
220
240
260
BM BM BM HAZ HAZ HAZ WM WM WM
HV
N
Area
GRAFIK NILAI KEKERASAN C2 (650°C, 60 menit)
Face
Middle
Root
75
` Gambar 4.14 Grafik Nilai Kekerasan Seluruh Spesimen (Dokumen Pribadi, 2019)
Dari grafik nilai kekerasan diatas dapat dilihat bahwa nilai
kekerasan pada daerah base metal cenderung sama karena pada daerah ini
tidak mengalami perubahan fasa akibat pengelasan. Pada daerah Heat
Affected Zone (HAZ) nilai kekerasan cenderung menurun seiring
bertambahnya temperatur dan holding time pada proses Post Weld Heat
Treatment (PWHT). Begitupun dengan nilai kekerasan dari weld metal,
dimana nilai kekerasan semakin menurun seiring bertambahnya
temperatur dan holding time pada proses Post Weld Heat Treatment
(PWHT). Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Triatna
Shrestha (2015), yaitu semakin bertambahnya temperatur dan holding time
pada proses PWHT akan menurunkan nilai kekerasan.
Nilai kekerasan dari setiap titik yang diambil pada area yang
mendekati permukaan dan di tengah ketebalan material mengalami
perbedaan, dimana nilai kekerasan di tengah ketebalan cenderung lebih
kecil dari pada nilai kekerasan di daerah yang mendekati permukaan. Hal
ini dapat terjadi karena kecepatan pendinginan di daerah yang mendekati
A1
(590°C,30
min)
B1
(620°C,30
min)
C1
(650°C,30
min)
A2
(590°C,60
min)
B2
(620°C,60
min)
C2
(620°C,60
min)
Base Metal 153.08 152.59 147.69 150.09 149.33 147.60
HAZ 215.23 204.50 195.98 198.02 192.79 173.65
Weld Metal 239.28 231.78 221.29 228.06 220.87 215.52
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00H
VN
GRAFIK NILAI KEKERASAN
76
permukaan lebih cepat dibandingkan dengan yang berada di tengah dari
ketebalan material.
Jika dihubungkan dengan fasa yang ditemukan di struktur mikro,
dapat dihubungkan bahwa nilai kekerasan naik seiring dengan naiknya
dominasi fasa bainit. Dari analisa tersebut dapat dikatakan bahwa nilai
kekerasan dapat naik karena fasa bainit yang semakin mendominasi
dibandingkan dengan fasa ferit. Hal ini sesuai dengan yang dikatakan oleh
M.Gojic (2006), dimana fasa bainit menyebabkan naiknya nilai kekerasan.
Dominasi fasa bainit berkurang seiring dengan naiknya temperatur dan
holding time, sehingga pada proses transformasi material akan lebih
banyak kesempatan untuk berubah menjadi fasa ferit dari pada fasa bainit
(Tjokorda Gde, 2018). Serta menurut Ir.Soewify (2013) dimana urutan
fase yang semakin bersifat brittle adalah ferrite, perlite, bainite,
martensite.
77
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari analisa dan pembahasan mengenai Post Weld Heat Treatment
(PWHT) dengan temperatur 590°C, 620°C, dan 650°C dengan holding time 30
dan 60 menit, dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa perbedaan temperatur
dan holding time pada proses Post Weld Heat Treatment (PWHT) dapat
mempengaruhi struktur mikro. Semakin tinggi temperatur dan semakin
lama holding time mengakibatkan dominasi fasa bainit berkurang.
2. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan bahwa perbedaan temperatur dan
holding time dapat mengakibatkan perubahan nilai kekerasan material,
baik pada Heat Affected Zone maupun weld metal, namun tidak terlalu
banyak perbedaan pada base metal. Nilai kekerasan tertinggi terdapat pada
spesimen dengan temperatur dan holding time terendah, yaitu 153,08 HVN
pada base metal, 215,23 HVN pada HAZ, dan 147,60 HVN pada weld
metal. Nilai kekerasan terendah terdapat pada spesimen dengan temperatur
dan holding time tertinggi, yaitu 138,71 HVN pada base metal, 173,65
HVN pada HAZ, dan 215,52 HVN pada weld metal.
5.2 Saran
Dalam pengerjaan tugas akhir ini masih terdapat beberapa kekurangan
sehingga nantinya dapat menjadi bahan evaluasi dan dapat dikembangkan
lebih baik lagi. Beberapa saran yang diperlukan untuk mencapai hasil yang
lebih maksimal antara lain sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan proses Post Weld Heat Treatment dengan menggunakan
jenis furnace ataupun pemanas yang lain, karena ketika aplikasi di
lapangan terkadang tidak menggunakan dapur pemanas (furnace) untuk
proses PWHT.
2. Dilakukan penelitian tentang heat treatment dengan menekankan pada laju
pemanasan dan laju pendinginan untuk mengetahui struktur dan sifat yang
78
terbentuk ketika ada perbedaan laju pemanasan dan pendinginan yang
berbeda.
79
DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, S.Riyaz. 2012. Correlation of Mechanical and Microstructure properties
in SMAW welded Cr-Mo Boiler steels subjected to different Post Weld Heat
Treatment soaking time. Lucknow-India
Amanto, H., & Daryanto. (1999). Ilmu Bahan. Jakarta: Bumi Aksara.
American Welding Society,(2015), Structural Weldinng Code – Steel, Miami.
American Welding Society Handbook Ninth Edition Volume 4,(2015), Miami.
API (2008) Materials and Fabrication of 1.25Cr-0.5Mo Steel Heavy Wall Pressure
Vessels for High-pressure Hydrogen Service Operating at or Below 825ºF
(441ºC).Washington
ASM Microstructural Atlas : ASM Volume 7, 1972
ASME Section II Part A,(2017) ,Ferrous Material Specification (SA 240 to
end),New York THE AMERICA WELDING SOCEITY OF
MECHANICAL ENGINEERS.
ASME Section II part C.(2017).Specificatoin for Welding rods,Elekrodes,and
Filler Metal,New York THE AMERICA SOCIETY OF MECHANICAL
ENGINEERS.
Callister, William. (2004). Material Science and Engineering an Introduction.
New York
Champak Industries Mumbai (2017). URL http://www.steelplate.co.in/alloy-steel-
plate-sa387.html
Daryanto. (2013). Teknik Las. Jakarta: Alfabeta
Gde, Tjokro Tirta Nindha. 2018. Pengetahuan Material Teknik Equlibrium,
Logam dan Paduan. Denpasar : Udayana
Gojic, M. (2006). The Effect of post weld heat treatment on properties of low
alloyed CrMoNb steel after submerged welding. Sisak-Croatia
Hye-sung Na. (2017). Thermodynamic Alloy Design ofHigh Strength and
Toughness in 300 mm Thick Pressure Vessel Wall of 1.25Cr-0.5Mo Stee.,
Korea
Jeffus,Lurry dan Lowrence, Bower. (2013). Welding Skills, Processes and
Practices for Entry-Level Welder, New York
80
Munir,M.M., (2000). Modul Praktek Uji Bahan. Surabaya: Politeknik Perkapalan
Negeri Surabaya
Muchtarom, Imam. 2016. Transformasi Fasa. Sinar: Balikpapan
Shrestha, Triratna. (2015). Effect of Heat Treatment on Microstructure and
Hardness of Grade 91 Steel. Moscow
Soewify, (2013). Welding Metallurgy. Surabaya: Politeknik Perkapalan Negeri
Surabaya.
Vlack, V., (1981). Ilmu dan Teknologi. ERLANGGA: Jakarta
Wiryosumatro, H. d. (1996). Teknologi Pengelasan Logam”. Jakarta:. Pradnya
Paramita.
81
LAMPIRAN
Lampiran 1. Welding Procedure Specification
82
Halaman ini sengaja dikosongkan
83
Lampiran 2. Client specification technical specification of buckstay and
support
84
Halaman ini sengaja dikosongkan
85
Lampiran 3. Mill Certification
86
Halaman ini sengaja dikosongkan
87
BIODATA PENULIS
Nama : Mukhamad Ilham Rakhmadana Putra
Tempat/Tanggal Lahir : Sidoarjo, 11 September 1996
Jenis Kelamin : Laki-laki
Kewarganegaraan : Indonesia
Agama : Islam
Status : Belum menikah
Alamat : Ds.Bakalan Katerungan RT.12 RW.02 Krian
Sidoarjo
No.Telp : 085649921477 / 031-8983513
Email : [email protected]
LATAR BELAKANG PENDIDIKAN
2003-2009 SDN KATERUNGAN
2009-2012 SMP NEGERI 1 KRIAN
2012-2015 SMA NEGERI 1 KRIAN
2015-2019 Program Studi D4 Teknik Pengelasan
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI
SURABAYA
88