PENGELASAN BAJA

Klasifikasi pengelasan baja karbon dan baja paduan rendah

Hubungan antara komposisi dan kekerasan, sensitifitas retak pelat baja C-Mn dilas dengan E6010

Problem kemungkinan terjadinya retak 1. Solidification cracking atau centerline cracking atau hot cracking Terjadinya retak tersebut tergantung pada; geometri sambungan dan rigiditasnya yang menentukan derajat restraint sebagai faktor penentu level tegangan yang ditimbulkan, rentang temperatur rapuh material dankomposisi kimia baja.2. Liquation cracking3. Hydrogen Induced cold cracking terjadi karena adanya tiga kombinasi, yaitu; hadirnya hidrogen dalam baja yang dapat berdifusi, terciptanya tegangan sisa yang tinggi, dan adanya strukturmikro yang sensitif terhadap retak (Hv > ~ 350) seperti martensit.4. Lamellar tearing

Contoh cacat solidification cracking

Pengaruh dimensi lasan dan pelat terhadap restraint

Sifat mekanis paduan pada daerah solidus (a) Paduan tahan retak (b) Paduan rentan retak

Contoh cacat liquation cracking (tanda panah pada gambar)

Pengelasan baja HSLA Baja High Strength Low Alloy (HSLA) atau disebut juga microalloyed steels merupakan salah satu jenis baja paduan rendah yang akibat ditambahkan Nb dan V dalam jumlah yang relatif kecil (max = 0,10 %), memiliki kekuatan yang lebih tinggi, lebih tangguh dan mampu las lebih baik dibandingkan dengan baja karbon.

Baja HSLA digunakan terutama dalam kondisi as-rolled atau normalised.

Penguatan baja HSLA disebabkan oleh kombinasi penghalusan butir ferit, precipitation hardening dan substructural strengthening.

Baja HSLA digunakan pada pipelines, buildings, bridges, offshore structures, construction equipment and machinery, railroad equipment, automobile and truck frames, ships.

Persyaratan preheat, jika diperlukan, tergantung pada jenis baja HSLA, ketebalan, logam pengisi dan proses las

Ada dua dasar dalam merekomendasikan minimum preheat dan interpass temperature untuk baja HSLA yang di las dengan proses arc welding:

atau

Sebagai panduan untuk pencegahan terbentuknya retak pada HAZ digunakan

Susceptibility index = 12 Pcm + log10 H

dimana H = tingkat hidrogen yang dapat berdifusi, mL/100 g logam las dan Pcm = composition parameter

Pengelasan baja quenched and tempered (Baja Q&T) di disain khusus untuk welded construction dan di heat treatment, yield strength antara 340 1050 MPaBaja Q&T berada dalam klasifikasi structural carbon-steel, low-alloy steel dan other alloy steel ( C < 0,22 %).Secara umum, baja ini diberi unsur paduan yang mempromosikan pembentukan tempered martensite dan lower-bainit.Jika terjadi transformasi pada rentang temperatur 500-600 C sebagai akibat dari pendinginan yang lambat, maka strukturmikro akhir akan terdiri dari campuran yang heterogen antara ferit , upper-bainit dan austenit sisa bersama dengan high-carbon martensite. Campuran struktur yang lunak dan keras tersebut tidak dapat menghasilkan ketangguhan yang baik.Jika baja didinginkan dengan laju pendinginan relatif cepat, akan terjadi transformasi austenit menjadi lower-bainit (

Gambar Diagram Isothermal Transformation untuk baja Q&T (ASTM A514 atau A517)

Lanjutan pengelasan baja Q & TPada pengelasan baja Q&T, direkomendasikan untuk di preheat jika sambungan yang di las tebal dan highly restrain. Maksimum temperatur preheat yang diterapkan tidak boleh > 66 C dari temperatur preheat minimum yang direkomendasikan. Hal ini diperlukan untuk menghindari laju pendinginan yang terlalu lambat. Laju pendinginan logam las dan HAZ merupakan fungsi masukan panas yang diberikan, temperatur logam induk dan ketebalan sambungan. Makin besar masukan panas maka makin lambat laju pendinginannya. Sama halnya dengan makin tingginya temperatur preheat makin lambat laju pendinginannya.

Pengelasan heat treatable low-alloy steels (Baja HTLA) memiliki hardenability yang tinggi dan rentan terhadap hydrogen cracking pada logam las dan HAZ.Untuk menghindari hydrogen cracking harus digunakan prosedur pengelasan dengan hidrogen yang rendah disertai preheat dan interpass temperature yang memadai. Baja HTLA keseringannya di las dalam kondisi annealed. Kemudian, keseluruhan weldment di heat treatment agar diperoleh kekuatan dan kekerasan yang diinginkan. Kekerasan yang tinggi dari baja HTLA menyebabkan baja ini tidak mungkin di las dalam kondisi hardened.Kandungan karbon baja HTLA umumnya antara 0,25 0,45 % dibandingkan baja Q&T 0,10-0,25 %. Baja HTLA memiliki kadar C dan unsur paduan yang cukup untuk memberikan sifat hardenability yang tinggi dan dapat di heat treatment untuk memperoleh kekuatan dan kekerasan yang tinggi.Kandungan S dan P dalam baja HTLA harus dikontrol (harus < 0,025%) karena kehadiran S dan P > 0,020 % dapat meningkatkan sensitifitas retak dari baja HTLA, meningkatkan sensitifitas terhadap hot cracking dan menurunkan keuletan serta ketangguhan.

Lanjutan pengelasan baja HTLAKombinasi kandungan C dan unsur paduan cukup untuk mempromosikan pembentukan martensit yang menyebabkan baja HTLA rentan terhadap hydrogen embrittlement. Kadar C dan unsur paduan yang relatif tinggi cenderung berkontribusi terhadap retak pembekuan pada diluted weld metal karena menyebabkan meningkatnya rentang temperatur pembekuan. Hal ini merupakan sumber terjadinya segregasi yang berakibat pada menurunnya high temperature strength and ductility. Untuk mengatasi retak pembekuan dapat dilakukan dengan menjaga jumlah S dan P < 0,025 % dan, menggunakan filler metal dengan kadar C dan unsur paduan yang rendah.Temperatur preheat yang ideal sekitar 28 C di atas temperatur Ms. Setelah pengelasan, temperatur ini tetap di tahan selama waktu tertentu untuk diperoleh struktur bainit di logam las dan HAZ, dan juga memungkinkan hidrogen yang terlarut keluar, sehingga kemungkinan retak dapat dihindari.

Lanjutan pengelasan baja HTLAPWHT sangat diperlukan segera setelah pengelasan dan tergantung pada preheat, interpass temperature dan segala proses sebelum pengerasan. Kemungkinannya adalah;Bila preheat dan interpass temperature yang digunakan adalah temperatur Ms, logam las tidak boleh di dinginkan ke temperatur ruang sebelum dilakukan thermal treatment untuk mencegah retak.Bila proses penghilangan tegangan sisa tidak praktis untuk segera dilakukan setelah pengelasan, sambungan las harus dipanaskan dari temperatur preheat ke 28-56 C di atas temperatur Ms. Austenit sisa akan bertransformasi menjadi bainit yang lunak setelah kurang lebih satu jam. Kemudian weldment dapat didinginkan ke temperatur ruang.Jika harus di stress relieve pada temperatur 600-680 C segera setelah pengelasan, pertama harus didinginkan dari temperatur preheat ke temperatur yang lebih rendah hingga seluruh austenit bertransformasi menjadi martensit. Kemudian segera di stress relieve hingga terbentuk tempered martensit dan baru didinginkan ke temperatur ruang.

Logam las harus di inspeksi terhadap segala jenis cacat. Jika didapat ada cacat, maka harus di perbaiki sebelum perlakuan panas akhir. Jika diperlukan, weldment dapat di austenisasi kemudian di quench dan temper untuk memperoleh sifat mekanis yang di inginkan.

Pengelasan Precoated SteelsAluminized steelsAda dua jenis pelapisan metoda hot dipping yaitu Al murni dan Al-8%Si.Bila di las menggunakan las resistansi listrik seperti las titik, dibandingkan dengan material yang sama tapi tidak diberi lapisan, diperlukan arus, gaya elektroda dan waktu las yang lebih besar. Pengelasan metoda SMAW, digunakan elektroda yang memiliki fluk jenis basa, contoh E7015. Pengelasan metoda GTAW tanpa logam pengisi, semua Al akan bereaksi membentuk paduan pada logam las yang dapat menurunkan duktilitas, sedangkan bila digunakan logam pengisi, kandungan Al dalam logam las harus dikontrol.

Galvanized steelsAda dua metoda untuk membuat galvanized steels yaitu hot dip dan electroplating. Problem pada pengelasan : terbentuknya retak bila di las menggunakan metoda las busur listrik. Retak ini terjadi karena adanya intergranular penetration seng ke logam las dan kadang-kadang disebut zinc penetration cracking. Baja menjadi rapuh dengan adanya seng yang mencair. Seng yang mencair ini dapat menyerang logam las baja karbon disepanjang batas butir dan membentuk senyawa yang rapuh yang akan mengalami retak jika tegangan sisa cukup tinggi. Bahaya retak dapat dikurangi dengan cara; menggunakan single atau double bevel, menghilangkan lapisan dan menjaga root opening yang sesuai. (minimum 0,06 inci). Elektroda yang direkomendasi untuk metoda SMAW adalah E6012, E6013 dan E7016.

Pengelasan baja paduan tinggi memiliki total kandungan elemen paduan di atas 5%, kecuali baja tahan karat, baja Cr-Mo, baja 9%Ni dan baja perkakas.Baja paduan tinggi memiliki kuat luluh dan kuat tarik yang tinggi akibat adanya endapan karbida yang halus atau senyawa intermetalik yang tersebar dalam matriks butir halus. Umumnya baja ini memiliki resiko retak yang tinggi. Ada empat kelas baja paduan tinggi antara lain; baja Ni-Co, baja 5%Cr-Mo-V, baja maraging dan baja austenitic-manganese. Kedua kelas pertama juga disebut sebagai ultra high strength steels (baja UHSA).

Lanjutan pengelasan baja paduan tinggi Baja Ni-Cocontoh:8-10%Ni; 4-14%Co dan sedikit Cr dan Mo.Peranan unsur Ni untuk meningkatkan ketangguhan, kekuatan dan mampukeras baja.Unsur Co berperan dalam meningkatkan temperatur awal martensit terbentuk (Ms) dan mendukung terbentuknya solid solution strengthening. Peranan unsur Cr dan Mo adalah sebagai unsur pembentuk karbida, meningkatkan mampu keras baja namun meningkatkan sensifitas terhadap retak. Aplikasi dari baja paduan tinggi antara lain untuk komponen helikopter, tabung roket & missile, armor, air frame dan bejana tekan.Panduan yang disarankan untuk pengelasan baja UHSA antara lain;hindari fillet welded joint, tempatkan sambungan las pada lokasi stress paling rendah, las dengan proses las otomatis atau mekanik untuk menjamin terciptanya kondisi pengelasan yang konsisten, gunakan desain kampuh las yang dapat meminimalkan kebutuhan logam pengisi, gunakan logam pengisi / kawat las yang bersih dan, memberikan supervisi kepada juru las.

Lanjutan pengelasan baja Ni-CoDalam mengelas baja UHSA, perlu beberapa pertimbangan dengan menggunakan prinsip; sifat mekanik logam las mendekati logam induk impurities pada logam las harus sedikit mungkin (O2, H2, N2, S dan P harus dikontrol), welded joint harus bebas dari cacat las.

Oleh karena itu, baja UHSA harus di las dengan kondisi yang terkontrol dengan cara antara lain; menggunakan masukan panas yang rendah, menggunakan proses las energi tinggi, di las dalam kondisi heat treated, dan umumnya PWHT tidak direkomendasikan kecuali untuk menghilangkan tegangan sisa, menggunakan metoda las hidrogen rendah, menggunakan kawat las yang sejenis dengan logam induk dan mengandung impurities yang rendah, gas pelindung yang digunakan bebas O2, H2, N2.

Lanjutan pengelasan baja paduan tinggiBaja Cr-Mo-V

Contoh: 5%Cr-Mo-V (5 CrMoV) merupakan baja perkakas cocok untuk aplikasi struktural seperti aircraft landing gear, high strength fastener, springs, hot work dies dan lain sebagainya. Baja ini dapat mengeras diudara dan bila di quench menghasilkan martensit keras yang dapat terbentuk di HAZ dan logam las kecuali ada preheat dan PWHT yang memadai. Preheat yang ideal yaitu pada temperatur diatas temperatur Ms. PWHT diperlukan untuk memperoleh strukturmikro yang sesuai / yang diinginkan. Umumnya baja ini di las dalam kondisi anil.

Lanjutan pengelasan baja paduan tinggiBaja maraging

Baja ini memiliki kekuatan dan ketangguhan yang tinggi dan merupakan kelompok paduan Fe-Ni yang dikuatkan oleh sebuah endapan atau lebih dalam bentuk senyawa intermetalik dalam matriks yang berupa martensit bebas karbon. Untuk memperoleh sifat yang optimal, kandungan impurities dan karbon harus serendah mungkin (C maksimum 0,03%, Mn dan Si 0,10%, P dan S 0,010 %). HAZ pada pengelasan baja maraging terdiri dari tiga daerah yaitu:Daerah A, dekat dengan batas lebur, strukturmikro seluruhnya austenit selama pengelasan dan bertransformasi menjadi martensit kasar pada pendinginan. Relatif lunak as welded condition, tetapi akan mengeras selama aging. Daerah B, merupakan daerah yang sempit, dicirikan dengan etsa gelap, memiliki struktur martensit dengan austenit halus yang terdispersi. Daerah C, martensit yang mengalami aging pada berbagai temperatur

Logam las dan logam induk memiliki struktur dasar yang sama jika digunakan kawat las yang memiliki komposisi kimia sama dengan logam induk. Keduanya sama-sama memiliki martensit karbon rendah (lunak) yang akan mengalami peningkatan kekerasan selama proses aging. Namun demikian, struktur logam las akan lebih kompleks dengan adanya pengelasan bertingkat, terutama pada daerah reheat.

Gambar Tiga daerah HAZ logam baja maraging

Lanjutan pengelasan baja paduan tinggiBaja autenitic-manganesedisebut juga sebagai baja Hadfield manganese: ~11-14% Mn dan ~0,7-1,4%C, ketangguhan sangat tinggi, kekuatan tinggi, keuletan tinggi dan bersifat non-magnetik. memiliki rapid work hardening dan ketahan aus tinggi.tersedia dalam bentuk tuangan, hot-relled billets, bars, pelat dan kawat. Unsur Mn merupakan deoxidizer yang dapat mengurangi terbentuknya retak pembekuan pada logam las disamping juga berperan sebagai penstabil austenit selama pendinginan ke temperatur ruang. Baja austenitic-manganese dalam bentuk tuangan sangat getas karena mengandung karbida-karbida yang mengendap di batas butir sehingga diperlukan solution treatment. Baja ini banyak digunakan pada earth moving equipment, rail road track dan lain sebagainya.Problem utama pada pengelasan terletak pada pembentukan karbida karbida akibat pemanasan (reheating) sehingga keuletannya rendah. Oleh karena itu, baja austenitic-manganese di las dengan menggunakan masukan panas yang rendah dengan prosedur sebagai berikut; (i) sebelum di las, daerah daerah yang keras, retak retak, dan daerah lainnya yang mengandung cacat harus dihilangkan dengan grinding atau gouging, (ii) tidak diperkenankan menggunakan preheat, (iii) interpass temperatur