KUALIFIKASI PROSES PENGELASAN TUTUP UJUNG ELEMEN BAKAR NUKLIR HWR

Transkripsi

1 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 KUALIFIKASI PROSES PENGELASAN TUTUP UJUNG ELEMEN BAKAR NUKLIR HWR Etty Mutiara ABSTRAK KUALlFIKASI PROSES PENGELASAN TUTUP UJUNG ELEMEN BAKAR NUKLIR HWR. Telah dilakukan kualifikasi proses pelasan zirkaloi-2 antara kelongsong - tutup ujung elemen bakar nuklir HWR tipe Cirene menggunakan Magnetic Force Welding di Bidang Bahan Bakar Nuklir-PTBN. Kualifikasi proses pelasan ini dilakukan pada variasi parameter proses sebagai berikut : prosentase arus las 20 % dan 30 %; prosentase gaya magnetik 40% dan 50%, sedangkan waktu las dijaga konstan yaitu pada 8 siklus. Proses pengelasan dianggap terkualifikasi apabila diperoleh stabilitas kualitas hasil las yang berada dalam batas penerimaan pada parameter proses tertentu. Kualitas hasillas dapat ditunjukkan antara lain oleh tingkat kebocoran hasil las : < 10-8 cc/detik dan prosentase proyeksi. bagian kelongsong yang tidak tersambung dibanding ketebalan kelongsong lebih kecil dari 10%. Pada penelitian ini kualitas hasil las dalam lingkup uji metalografi akan ditunjukkan oleh foto mikrostruktur hasil las dengan mikroskop optik pada pembesaran 25 x. Hasil eksperimen dengan empat sektor uji metalografi hasil pengelasan menunjukkan bahwa untuk tahap awal kualifikasi ini diperoleh parameter optimal pengelasan sementara yaitu arus las sebesar 20% dan gaya magnet 40% untuk waktu las 8 siklus. Selain prosentase gaya magnet. posisi trafo gaya magnet pada mesin las juga menentukan besar gaya magnet yang ditimbulkan. Disarankan untuk melakukan eksperiman lanjutan untuk kelengkapan data kualifikasi proses pengelasan ini. Kata kunci : zirkaloi, pengelasan, kualifikasi, metalografi. PENDAHULUAN Dalam perakitan elemen bahan bakar untuk Pressurized Heavy Water Reactor ( PHWR ), salah satu tahapan proses yang harus dilakukan adalah proses pengelasan tutup ujung dengan kelongsong. Untuk perakitan pin / batang elemen bakar tipe Cirene yang ada di Bidang Bahan Bakar Nuklir - PTBN. proses pengelasan tersebut dilaksanakan menggunakan mesin Magnetic Force Welding [1]. Dalam rangka mendukung tugas Bidang Bahan Bakar Nuklir untuk menyiapkan satu berkas elemen bakar PHWR tipe Cirene yang memenuhi persyaratan maka dilakukan kualifikasi proses pengelasan tersebut. Sasaran akhir kegiatan ini adalah ketersediaan prosedur/ instruksi kerja serta parameter pengelasan yang optimal dan reproducible. Teknologi pengelasan Magnetic Force Welding (MFW) mengkombinasikan arus listrik dan gaya magnet dalam proses pengelasan. Pada proses pengelasan ini, permukaan kelongsong dan tutup ujung ditekan bersama-sama, dan arus listrik memanasinya sehingga terjadi pengelasan di seluruh permukaan yang bersentuhan. Celah yang ada diantara kedua bagian yang akan dilas membentuk resistansi yang tidak nol sehingga terjadi pemanasan dan pengelasan [2]. Parameter utama yang berpengaruh pad a proses pengelasan MFW ini adalah arus untuk pengelasan, arus untuk penekanan (gaya magnet), waktu pengelasan dan waktu penekanan [3]. Geometri awal permukaan kelongsong dan tutup, dan kombinasi parameter proses pengelasan akan memberikan hasil pengelasan yang berbeda [2]. Kualitas hasillas dapat ditunjukkan antara lain oleh hasil uji tidak merusak seperti uji kebocoran (leak test) dan uji merusak melalui foto mikrografi hasillasan [4]. Evaluasi foto mikrostruktur hasillas dapat memberikan informasi tentang tingkat kesempurnaan pelasan seperti prosentase bagian yang tidak tersambung, jumlah kerusakan pada daerah lasan termasuk lebar daerah yang dipengaruhi panas (HAZ) dan perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro pada daerah lasan dikarenakan masukan panas yang diterima sa at bahan dilas, proses pendinginan dan tegangan sisa yang mungkin ditimbulkan setelah logam yang menjadi plastis saat dilas membeku kembali. Spesifikasi hasillas tutup-kelongsong zircaloy-2 untuk elemen bakar PHWR tipe Cirene 29

2 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN yang dipersyaratkan adalah : Tingkat kebocoran hasillas : < 10-8 cc/detik dan Prosentase proyeksi bagian kelongsong yang tidak tersambung dibanding ketebalan kelongsong lebih kecil dari 10% [4] Pada kualifikasi proses tahap awal ini akan dilakukan eksperimen dan pembahasan hasil eksperimen yang dibatasi pada pengaruh arus las dan gaya magnetik dengan waktu pengelasan yang konstan terhadap kualitas hasil lasan melalui uji metalografi hasil las. Dari kegiatan ini diharapkan akan diperoleh parameter proses pengelasan yang terkualifikasi. METODOLOGI Pada awal kegiatan ini direncanakan untuk menggunakan parameter proses optimal yang diperoleh dari penelitian sebelumnya dengan menggunakan mesin las MFW yang sama yaitu dengan arus las 65% dan welding time 23 siklus [5]. Berdasarkan kualitas hasillas dari eksperimen awal ternyata parameter pengelasan tersebut tidak dapat diacu lagi. Selanjutnya dilakukan eksperimen untuk menentukan parameter optimal yang baru yang dapat menghasilkan produk las sesuai persyaratan. Eksperimen dilakukan dengan menggunakan potongan kelongsong zirkaloi-2 dengan diameter luar 20 mm, ketebalan 0,46 ± 0,05 mm dan panjang 70 mm yang dilas dengan tutup ujung terbuat dari tabung pejal zirkaloi-2 berdimensi seperti terlihat pada Lampiran 1. Mesin las yang digunakan adalah mesin MFW yang ada di laboratorium B3N- PTBN. Parameter proses yang divariasikan adalah prosentase arus las ( 20 %, 25 % dan 30 %) dan prosentase gaya magnetik (40% dan 50%), sedangkan waktu las dijaga konstan. Sam pel hasillas yang diperoleh dipreparasi untuk uji metalografi yang terdiri dari proses pemotongan, mounting, penggerindaan, pemolesan dan etsa. Selanjutnya dilakukan pengambilan foto sam pel las hasil preparasi pada mikroskop optik dan menganalisis foto yang diperoleh. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari eksperimen yang dilakukan, diperoleh data foto hasil uji metalogafi pad a variasi prosentase arus las ( 20% dan 30%) dan prosentase gaya magnetik (40% dan 50%), sedangkan waktu las dijaga konstan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Gambar 1. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 dengan pembesaran 25 x : a1. Arus las 30%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-off ; a2. Arus las 20%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-off. 30

3 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Gambar 2. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 dengan pembesaran 25 x. b, dan b2: Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2 ; c, dan C2 : Arus las 20%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2. 31

4 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Gambar 3. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 dengan pembesaran 25 x.. d1 dan d2 : Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2 ; e1 dan e2 : Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-3. Berdasarkan foto hasill;:ls pada Gambar 1, 2 dan 3 terlihat bahwa parameter proses las yang memberikan hasil yang cukup baik adalah variasi arus las 20%, gaya magnet 50% untuk posisi trafo-off dan variasi arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus untuk posisi trafo-2. KESIMPULAN Pada tahap awal kualifikasi ini diperoleh parameter optimal pengelasan sementara yaitu arus las sebesar 20% dan gaya magnet 40% untuk waktu las 8 siklus. Selain prosentase gaya magnet, posisi trafo gaya magnet pada mesin las juga menentukan besar gaya magnet yang. ditimbulkan. SARAN Perlu dilakukan eksperiman lanjutan untuk kelengkapan data kualifikasi proses pengelasan ini. DAFTAR PUSTAKA [1] BATAN-NIRA, FFL TecDoc, Experimental Fuel Element Instalation, BAT AN, Serpong, [2] MENIEK RACHMAWATI, "Pengembangan Proses Pengelasan EBN Reaktor Daya di IEBE, Laporan Riset Insentif, PTBN-BATAN, 2009 [3] NIRA S.pA, "Instruction Manual Serial Number ", Teledyne Precision- Cincinnati, Ohio [4] HERU SASONGKO, "Petunjuk Pelaksanaan Kendali Mutu Lab Fabrikasi Bahan Bakar, IEBE PTBN - BAT AN. [5] A. LATIEF, dkk, 'Pengaruh Parameter Proses Pelasan Dengan Magnetic Foce Welding Machine Terhadap Karakteristik Hasil Las, Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir II, PEBN BATAN, Jakarta, Nopember

5 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 LAMPIRAN Gambar tutup ujung EBN PHWR tipe Cirene. 33