ANALISA HASIL PENGELASAN SMAW 3G MENGGUNAKAN NDT METODE ULTRASONIC TEST BERDASARKAN STANDAR ASME

Transkripsi

1 ANALISA HASIL PENGELASAN SMAW 3G MENGGUNAKAN NDT METODE ULTRASONIC TEST BERDASARKAN STANDAR ASME Tito Endramawan* 1, Agus Sifa 2 1,2 Politeknik Negeri Indramayu / Jurusan Teknik Mesin Kontak person: Tito Endramawan titoendramawan@gmail.com Abstrak Tujuan dari penelitian ini mengetahui jenis discontinuity yang terjadi pada hasil pengelasan SMAW dan menentukan acceptance criteria berdasarkan standar American Society of Mechanical Engineer (ASME). Material yang digunakan mild steel %Fe dengan nilai kekerasan 230 HVN dengan ukuran diameter 25cm x 20cm x 1.0cm yang disambungkan dengan proses pengelasan SMAW posisi 3G buttjoint dengan elektroda rooting LB 52U diameter 2.6 mm menggunakan arus 70 Amper dan tegangan 380 volt, sedangkan untuk filler menggunakan elektroda LB 5218 diameter 3,2 mm dengan arus 80 Amper dan tegangan 380 volt. Metode yang digunakan pada penelitian untuk menganalisa discontinuity dari hasil pengelasan SMAW 3G buttjoint dengan melakukan uji tidak merusak metode ultrasonik dengan teknik 6dB drop dengan probe sudut 70 0 frekuensi 4 MHz yang hasilnya akan merujuk pada standar ASME 2013 Section VIII Division I Mandatory Appendix 12 Ultrasonic Examination Of Weld (UT). Dari hasil pengujian tiga material, pada spesimen 1 terdapat 6 buah discontinuity yang 2 diantaranya accepted yaitu pada jarak 93 mm dan 102 mm sehingga yang lainnya harus direjected. Pada spesimen 2, terdapat 5 buah discontinuity akan tetapi masih dalam batas acceptance criteria sehingga dinyatakan accepted. Pada spesimen 3 terdapat 5 indikasi discontinuity dan hanya 1 yang diluar acceptance criteria yaitu pada jarak 62 mm sehingga rejected. Pada spesimen 1 dan 3 bagian yang dinyatakan rejected dapat dilakukan perbaikan dengan cara di gouging dan dilas ulang. Kata Kunci : NDT, UT, SMAW, ASME 1. Pendahuluan Indonesia adalah negara besar yang memiliki jumlah pertumbuhan penduduk yang cukup signifikan yaitu terbesar keempat di dunia (setelah Republik Rakyat Tiongkok, India dan Amerika Serikat). Berdasarkan pada proyeksi pemerintah pada tahun 2014, jumlah penduduk Indonesia akan meningkat dari 237,6 juta orang di 2010 menjadi 271,1 juta orang di 2020 dan menjadi 305,6 juta orang di 2035[1]. Disamping itu, masih berdasarkan data Badan Pusat Statistik, jumlah kendaraan yang beroperasi aktif di seluruh Indonesia pada 2013 adalah 104,118 juta unit, Populasi jumlah kendaraan terbanyak adalah sepeda motor dengan jumlah 84,732 juta unit di seluruh Indonesia, Jumlah terbesar kedua adalah mobil penumpang dengan 11,48 juta unit, Populasi mobil barang (truk, pikap, dan lainnya) adalah 5,615 juta unit dan populasi mobil penumpang adalah 2,286 juta unit[2]. Produk konstruksi dirancang untuk melakukan fungsi atau tugas tertentu dalam memenuhi kebutuhan pengguna. Seorang pengguna produk konstruksi memiliki harapan bahwa produk tersebut dapat memenuhi kebutuhannya. Pengguna juga berharap produk tersebut berfungsi tanpa ada kerusakan dalam jangka waktu tertentu atau memiliki keandalan (reliabilitas). Keandalan suatu produk rakitan atau mesin missal pada pembangkit listrik, pabrik industri kimia, industri migas, mesin transportasi, dan sebagainya memiliki komponen-komponen yang kompleks. Komponen kompleks tersebut sangat sangat tergantung pada keandalan komponen jangka waktu tertentu menjadi satu keandalan mesin atau industri tersebut. Keandalan yang diperoleh berbanding lurus dengan tingkat kualitas komponen atau produk. Kualitas komponen maupun produk bergantung pada banyak faktor seperti desain, jenis bahan mentah yang digunakan, dan teknik pembuatannya. Kualitas terkait dengan keberadaan cacat dan ketidak sempurnaan di dalam suatu komponen atau produk yang dapat mengurangi kinerja. Usaha mendapatkan informasi tentang cacat penting dilakukan untuk mencapai tingkat kualitas komponen atau produk yang meningkat atau dapat diterima. Usaha tersebut dilakukan melalui suatu pengamatan SENTRA 2016 IV - 1

2 untuk mendeteksi, mengevaluasi, dan meminimalkan cacat tersebut. Peningkatan kualitas komponen atau produk dapat meningkatkan keandalan dan keamanan mesin, peralatan, bahkan pabrik, sehingga membawa keuntungan ekonomi. Oleh karena itu diperlakukan suatu metode untuk mengetahui adanya cacat dalam suatu produk atau komponen konstruksi tanpa mempengaruhi kinerja komponen tersebut. Metode untuk menginspeksi hasil pengelasan salah satunya adalah dengan uji Non Destructive Test (NDT). NDT adalah teknik analisis yang digunakan dalam ilmu pengetahuan dan industri untuk mengevaluasi sifat dari komponen, material atau sistem tanpa menyebabkan kerusakan, karena NDT tidak mengubah komponen yang diperiksa, metode ini merupakan teknik yang dapat menghemat uang dan waktu dalam evaluasi produk, pemecahan masalah, dan penelitian. Yang termasuk uji NDT adalah uji ultrasonik, magnetik-partikel, penetran cair, radiografi, dan pengujian eddy[6]. Ultrasonik Testing (UT) merupakan pengujian yang menggunakan frekuensi suara untuk mendeteksi cacat pad benda padat. Hal ini didasari kenyataan bahwa benda padat merupakan penghantar gelombang suara yang baik. Perinsip pengujian ini diakukan dengan memantulkan gelombang suara ultrasonik ke suatu benda kemudian pantulan gelombang dari benda tersebut akan ditangkap oleh probe. Perbedaan kedalaman permukaan merupakan indikasi adanya cacat pada benda[3]. Hasil yang diharapkan pada penelitian ini adalah menentukan acceptance criteria pada hasil pengelasan SMAW dengan menggunakan Non Destructive Test Ultrasonic Testing (NDT UT) berdasarkan standar American Society and Mechanical Engineering (ASME). 2. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan material dari plat baja karbon dengan ukuran 30 cm x 20 cm x 1,2 cm lalu dibevel pada sisi panjangnya sebesar 30 0, kemudian dilas posisi 3G SMAW. Mesin las yang digunakan merk maxstar 200 dengan parameter pengelasan berupa elektroda rooting LB 52U diameter 2,6 mm sedangkan filler menggunakan elektroda LB 5218 diameter 3,2 mm dengan arus 80 Amper dan tegangan 380 volt[7]. Pengujian komposisi menggunakan alat uji spektrometer dengan mesin uji type ARL 3460 Optical Emission Spectrometer dengan ukuran spesimen 50 mm x 25 mm x 10 mm. Pengujian kekerasan base material dengan alat uji innovatest tipe verzus 700AS metode vickers dengan pembebanan 20 Kgf dan waktu indentasi 10 detik. Berdasarkan ASTM E-384 menetapkan sudut indentor intan sebesar 136 (gambar 1). Gambar 1. Uji Kekerasan Vickers[4] Penentuan nilai kekerasan vickers dengan menggunakan persamaan: Kalibrasi alat uji kekerasan: IV - 2 SENTRA 2016 = (1) a. Nyalakan mesin uji keras b. Off kan tombol kalibrasi c. Buka menu, kemudian pilih scale dan pilih vickers

3 d. Pilih beban yang akan digunakan, dalam hal ini penguji menggunakan beban 20 kg. e. Pilih dwel time, dalam hal ini penulis menggunakan dwel time sebesar 10 detik f. Jika membutuhkan konversi ke satuan lain maka pilih jenis satuan yang diinginkan, jika tidak maka cukup ceklis bagian vickers saja g. Pada miskroskop akan muncul dua buah garis, himpitkan dua garis tersebut, kemudian tekan ok h. Proses kalibrasi sudah selesai, lakukan pengujian kekerasan material dengan menekankan indentor pada permukaan material i. Tentukan nilai d1 dan d2, tunggu untuk dwel time, catat nilai kekerasan yang muncul pada layar Non Destructive Test Ultrasonic Testing Uji ultrasonik ini dilakukan di lab mesin Politeknik Negeri Indramayu dengan menggunakan alat ultrasonik Karl Deutch Echograph Pengujian ini dilakukan pada tiga spesimen, dimana spesimen berbentuk pipa dengan diameter 250 mm, ketebalan 10 mm dan panjang 400 mm. Metode yang digunakan dalam Penentuan dimensi cacat dilakukan dengan teknik 6dB drop. Teknik ini dilakukan dengan cara Posisi probe di pinggir cacat dapat ditentukan yakni apabila 50% gelombang diteruskan sedangkan 50% lagi dipantulkan kembali ke probe. Maka dari itu probe dapat dikatakan tepat berada pada posisi pinggiran cacat. Dengan menggeser probe diseluruh permukaan benda uji, maka batas pinggiran dari cacat tersebut akan dapat ditentukan sehingga diperoleh dimensinya. Dalam metode ini juga dilakukan penambahan 6 db dari gain kalibrasi sebelumnya. Terjadi penambahan 6 db dikarenakan untuk mendeteksi cacat harusnya dicari pulsa yang berada pada posisi 50% amplitudonya. Saat posisi pulsa awal 100% berubah menjadi 50% terjadi pengurangan db sebesar 6 db. Oleh karena itu didapatkan amplitudo maksimum untuk menentukan pinggiran cacat. Untuk mendeteksi batas akhir dari pinggir panjang cacat maka probe harus digerakan kembali hingga menemukan pulsa dalam posisi yang sama yaitu 50% 6. Pengujian ultrasonik menggunakan probe dengan frekuensi 4 MHz dengan kuplan oli serta dengan menggunakan teknik 6dB drop dengan kecepatan rambat gelombang pada baja sebesar 2267 m/s 10. ASME standard ini dalam mendeteksi discontinuity yang nilainya lebih besar dari 20% tingkat referensi pada scan A maka akan di selidiki lebih lanjut, sedangkan untuk cacat yang nilainya kurang dari 20% maka tidak akan di selidiki lebih lanjut. Dalam hal ini operator dapat menentukan bentuk, identitas dan lokasi dari semua ketidak sempurnaan (cacat) tersebut dan menilainya dalam hal standar penerimaan yang diberikan dalam hal: a. Indikasi yang ditandai sebagai crak, lack of fusion atau incomplete penetration maka material dinyatakan reject tanpa memperhatikan panjang cacat. b. Discontinuity diluar ketentuan diatas pada (a) maka tidak bisa diterima jika indikasi melebihi amplitudo referensi dan panjangnya melebihi ketentuan dibawah ini : - ¼ inci (6 mm) for t up ¾ inci ( 19 mm) - 1/3 t from ¾ inci to 21/2 ( 19 mm to 57 mm) - ¾ Inci (19 mm) untuk t lebih 2 ¼ Inci ( 57 mm ) Dimana t adalah ketebalan dari lasan. Untuk pengelasan dua buah material yang memiliki ketebalan berbeda pada hasil lasannya maka t adalah ketebalan paling kecil dari kedua material tersebut 8. Menurut Rafael Martinez, dkk., menjelaskan tentang metodologi untuk kualifikasi dan demontrasi teknik uji ultrasonik untuk menentukan hasil sambungan las pada bejana tekan. Bejana tekan ini terbuat dari plat baja tempa yang disambung las dengan bentuk dan ukuran yang telah disesuaikan. Proses inspeksi dilakukan hanya dari satu bagian saja yaitu bagian luar dari sambungan las 11. Kalibrasi jarak menggunakan Probe Lurus a. Pesawat Ultrasonik : Karl Deutch Type Echograph 1090 b. Probe : Normal Tunggal size 10 frekuensi 4 Mhz c. Kabel Probe : Mono Cable d. Kuplan : Grease e. Blok Kalibrasi : V1 dan V2 f. Nyalakan pesawat UT, hubungkan probe ke pesawat melalui kabel yang sesuai tombol fungsi probe normal yang digunakan g. Masuk Menu, pilih Two Point Kalibration h. Pada path pertama input nilai 25 mm dan path ke dua input nilai 50 mm i. Pilih load probe, pilih straight dan pilih S10W4C SENTRA 2016 IV - 3

4 j. Pilih next, maka akan muncul layar utama dan meminta untuk menentukan seting path 1 dan path 2 k. Tentukan range layar 100 mm l. Letakan probe tersebut pada ketebalan 25 dai V1 dan atur gain hingga amplitudo indikasi pertama 100%. Atur tombol range hingga pada layar muncul 4 buah indikasi. Jumlah indikasi = Range /t. Jumah indikasi = 100/25 = 4 buah m. Cek kebenaran kalibrasi dengan meletakan probe pada tebal/lebar 100 mm dari V1, amati indikasi yang muncul pada layar. Pemeriksaan titik indeks dengan probe sudut 1. Obyek : memeriksa titik dan sudut dari probe sudut 2. Peralatan : - pesawat ultrasonik : Merk Karl Deutch Type Digital Echograph probe : sudut 70 o - kabel probe : Mono Cable - kuplan : grease - blok Kalibrasi : V1 dan V2 3. Prosedur pemeriksaan titik indeks - Nyalakan pesawat ultrasonik, hubungkan probe 70o ke pesawat ultrasonik - Load probe yang akan digunakan, dalam hal ini penulis menggunakn probe 70 o - Masuk menu, pilih Two Point Calibration, kemudian inputkan 25 mm pada path 1 dan inputkan 100 mm pada path 2 - Klik load akan muncul layar utama dan meminta untuk seting path 1 dan path 2 - Untuk seting path 1 dan path 2 gunakan blok V2 dengan sudut 25o - Cari amplitudo tertinggi - Letakan probe pada sudut 100o dan pada celah 30 mm, apabila belum muncul tekan penggeser pulsa dan gain. - Geser probe maju mundur untuk mendapatkan nilai amplitudo tertinggi - Beri tanda pada skala diprobe yang berimpit dengan pusat lengkungan ( sudut dari celah 30mm) 4. Setelah melakukan setting titik indeks maka didapatkan nilai titik indeks terletak pada jarak 11 mm. Kalibrasi Probe Sudut 1. Masuk menu,masuk jenis probe dan pilih Angle 2. Kembali ke menu, pilih sudut yang akan digunakan. Dalam hal ini penguji menggunakan jenis sudut 70 o 3. Kembali ke menu awal, pilih Material Thickness, tentukan ketebalan sesuai tebal material yang akan diuji. 4. Kembali ke menu utama, pilih Two Point Calibration, pada path 1 input nilai 25 mm dan path 2 input 100 mm, selanjutnya pilih next. 5. Untuk menentukan path 1 dan path 2 gunakan blok V2 dan arahkan probe pada sudut 25 o. 6. Cari nilai amplitudo tertinggi, kemudian pulsa pertama ditentukan sebagai path 1 dan pulsa ke dua sebagai path 2 7. Cek hasil kalibrasi dengan meletakan probe pada radius 100 mm dan celah 30 mm jika indikasi muncul pada skala 10 maka kalibrasi sudah benar. 3. Hasil Penelitian dan Pembahasan Uji Komposisi IV - 4 SENTRA 2016 Gambar 2. Spesimen Uji komposisi

5 Proses pengujian komposisi dilakukan untuk mengetahui unsur unsur yang ada dalam material uji (gambar 2). Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Pengujian Material Politeknik Negeri Bandung pada tanggal 26 juli 2017, dengan menggun-akan alat uji jenis ARL 3460 Optical Emission Spectrometer metode FELAST. Adapun untuk data hasil pengujian akan di jabarkan dalam tabel berikut Tabel 1. Komposisi base material No Unsur Nilai (%) 1 Carbon ( C ) Silicon ( Si ) Sulfur ( S ) Phosphorus ( P ) Manganese ( Mn ) Nickel ( Ni ) Chromium ( Cr ) Molybdenum ( Mo ) Vanadium ( V ) Copper (Cu) Wolfram/Tungstan ( W ) Titanium ( Ti ) Tin (Sn ) Alumunium ( Al ) Ferrodium ( Fe ) Dari hasil pengujian seperti pada tabel 1, dapat diketahui bahwa unsur utama yang terdapat dalam material tersebut adalah Besi (Fe) yaitu sebesar persen dan dengan kandungan karbon sebesar persen. Dengan ini baja yang mengandung karbon kurang dari 0.25 persen maka tergolong kedalam baja karbon rendah[5]. Uji Kekerasan Material yang digunakan untuk spesimen adalah baja karbon rendah, dengan ukuran panjang 40 mm x lebar 30 mm dengan beban sebesar 20 kilogram dan waktu indentasi 10 detik, sebanyak tiga buah dan diuji dengan alat uji keras vikckers merk Innovatest tipe verzus 700AS metode Vickers dengan hasil sebagai berikut: SENTRA 2016 IV - 5

6 255 HVN (kg/mm^2) test 1 Test 2 Test Jumlah pengujian VHN (Kg/mm^2) Spesimen Gambar 3. Nilai kekerasan base material Berdasarkan gambar 3 diatas, menunjukkan nilai kekerasan rata-rata dari tiga sampel yang diuji adalah 230 VHN dengan nilai kekerasan minimum 221 VHN dan kekerasan maksimum 247 VHN. Uji NDT Ultrasonik Setelah melakukan proses kalibrasi probe normal dan probe sudut maka proses selanjutnya yaitu proses pengujian material. Dalam hal penulis melakukan pengujian pada 5 material dengan panjang 315 mm dan lebar 400 mm, dimana setiap material dilakukan scaning pada kedua sisi kanan dan kiri. Dikarenakan material yang digunakan adalah pipa/tube maka harus menggunakan DAC Curve. Mengacu pada standar ASME (Mandatory Appendix 12 Ultrasonic Examination Of Weld (UT)) bahwa hanya cacat yang lebih besar dari 20% yang akan di catat. Dalam proses pengujian, yang harus diperhatikan adalah proses scaning, lakukan dengan hati-hati dan teliti agar semua cacat dalam material bisa terdeteksi. Untuk hasil pengujian akan dijabarkan dalam table berikut IV - 6 SENTRA 2016

7 Tabel 2. Uji NDT UT Spesimen 1 Pada pengujian pertama pada spesimen 1 didapatkan enam buah discontinuity, dimana lokasi cacat tersebar sepanjang lasan. Secara umum lokasi cacat terletak pada bagian root lasan yaitu berkisar pada kedalaman antara 8.7 mm sampai dengan 9.6 mm. Panjang cacat terpendek adalah 5 mm dan panjang cacat terpanjang adalah 14 mm. Mengacu pada Mandatory Appendix 12 Ultrasonic Examination Of Weld (UT) maka discontinuity yang diterima (accepted) ada dua buah yaitu terle tak pada jarak, 93 mm, 102 mm, sedangkan yang rejected ada 4 yaitu terletak pada jarak 52 mm, 123 mm, 150 mm dan 205 mm. Pada pengujian kedua pada spesimen 2 surface 2 didapatkan lima buah discontinuity (cacat), dimana lokasi cacat tersebar sepanjang lasan. Secara umum lokasi cacat terletak pada bagian root lasan yaitu berkisar pada kedalaman antara 8.8 mm sampai dengan 9.7 mm. Panjang cacat terpendek adalah 3 mm dan panjang cacat terpanjang adalah 6 mm. Mengacu pada Mandatory Appendix 12 Ultrasonic Examination Of Weld (UT) maka semua indikasi cacat yang diterima (accepted). Berdasarkan tabel 4 diatas, pengujian ketiga pada spesimen 3 didapatkan lima buah discontinuity (cacat), dimana lokasi cacat tersebar sepanjang lasan. Secara umum lokasi cacat terletak pada bagian root lasan yaitu berkisar pada kedalaman antara 8.9 mm sampai dengan 9.8 mm. Panjang cacat terpendek adalah 5 mm dan panjang cacat terpanjang adalah 7 mm. Mengacu pada Mandatory Appendix 12 Ultrasonic Examination Of Weld (UT) maka cacat yang diterima (accepted ) ada 4 buah yaitu terletak pada jarak 52 mm, 66 mm, 97 mm dan 278 mm. sedangkan yang rejected ada 1 yaitu terletak pada jarak 62 mm. SENTRA 2016 IV - 7

8 Tabel 3. Uji NDT UT Spesimen 2 Tabel 4. Uji NDT UT Spesimen 3 4. Kesimpulan Setelah dilakukan proses penelitian, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan diantaranya adalah: 1. Material yang digunakan merupakan baja karbon rendah dengan kandungan % Fe dan 0.212%C. 2. Kekerasan rata-rata base material adalah 230 VHN 3. Dari hasil pengujian tiga material, didapatkan hasil: - Spesimen 1 terdapat 6 buah discontinuity yang 2 diantaranya accepted yaitu pada jarak 93 mm dan 102 mm sehingga yang lainnya harus direjected. - Spesimen 2, terdapat 5 buah discontinuity akan tetapi masih dalam batas acceptance criteria sehingga dinyatakan accepted. - Spesimen 3 terdapat 5 indikasi discontinuity dan hanya 1 yang diluar acceptance criteria yaitu pada jarak 62 mm sehingga rejected. 4. Spesimen yang dinyatakan rejected dapat diperbaiki dengan cara di gouging dan dilas ulang. IV - 8 SENTRA 2016

9 Referensi [1] Badan Pusat Statistik Statistik Indonesia. Diakses pada tanggal 10 Agustus 2017 [2] Badan Pusat Statistik Jumlah kendaraan bermotor. Diakses pada tanggal 10 Agustus 2017 [3] Raj, T. Jayakumar, and M. Thavasimuthu, Practical Non-destructive Testing, Second Edition: Woodhead Publishing, [4] Mechanical Testing and Evaluation Volume 8 of the ASM Handbook Committee, [5] Wiryosumarto dan Okumura. Teknologi pengelasan logam Jakartab : Pradnya Paramita, [6] Anonim, "Modul Pelatihan NDT Level I dan II", Balai Besar bahan dan Barang Teknik (B4T), [7] T. Endramawan, Emin H., Felix D., Yuliana P., Aplikasi Non Destructive Test Penetrant Testing (Ndt-Pt) Untuk Analisis Hasil Pengelasan Smaw 3g Butt Joint. Jurnal Teknologi Terapan, Volume 3, Nomor 2 [8] ASME Boiler and Pressure Vessel Committee, " ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Division I", New York (2013). [9] Anonimus. Instruction Manual ECHOGRAPH German, Karl Deutch, [10] A.Sifa, T. Endramawan, and Badruzzaman. Identification of the Quality Spot Welding used Non Destructive Test-Ultrasonic Testing: (Effect of Welding Time). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 180, Number 1 [11] Rafael Martínez, et.al., Ultrasonic inspections in the fabrication of the ITER vacuum vessel sectors, Fusion Engineering and Design 88 (2013) SENTRA 2016 IV - 9