II-1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Pipa Spiral dan Proses Pembuatannya Pipa adalah istilah untuk mendiskripsikan suatu benda silinder yang berlubang dan digunakan untuk memindahkan zat hasil proses kimia seperti cairan, gas, uap, zat padat yang dicairkan maupun serbuk halus. Material yang digunakan sebagai pipa sangat banyak diantaranya adalah: beton cor, gelas, timbal, kuningan (brass), tembaga, plastik, aluminium, besi tuang, baja karbon, dan baja paduan. Pemilihan material pipa akan sangat membingungkan sehingga perlu pemahaman mendalam kegunaan saluran/ sistem pipa itu dibuat, mengingat setiap material memiliki keterbatasan dalam setiap aplikasinya. Material yang paling umum digunakan adalah pipa baja karbon. Material pipa yang digunakan dalam pipeline Bojonegara-Serpong adalah baja karbon dengan spesifikasi API 5L grade X65, PSL 2. [PT Krakatau Heavy Industries, 2009]. API 5L mengatur standar untuk pipa yang digunakan untuk mengalirkan gas, air dan minyak. Didalamnya juga ditetapkan ketentuan untuk 2 level spesifikasi (PSL 1 dan PSL 2). 2 PSL ini dibagi berdasarkan 2 tingkatan standar ketentuan teknis. PSL 2 memiliki ketentuan-ketentuan yang bersifat wajib untuk hal-hal : - carbon equivalent - notch toughness - tegangan tarik maksimum Untuk Grade API 5L membagi antara lain Grade A25, A, B, X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70 dan X80. Untuk PSL 2 pipa bisa disuplai dalam Grade B sampai dengan X80 dengan ukuran diameter luar dari 4½ inchi sampai dengan 80 inchi. [2].
II-2
II-3
Gambar II.1 Skema proses pembuatan pipa spiral. [3] II-4
(a) II-5
(b) II-6
II-7 (c) Gambar II.2 Proses pembuatan pipa spiral 2.2 Submerged Arc Welding (SAW) Las (welding) adalah suatu cara untuk mnyambung benda padat dengan jalan mencairkanya melalui pemanasan. Submerged Arc Welding (SAW) adalah suatu proses pengelasan dengan busur nyala listrik yang menggunakan butir-butir fluks/slag untuk mencegah oksidasi pada hasil lasan. Tekanan ini tidak digunakan, dan logam pengisi diperoleh dari elektroda dan kadang-kadang dari sumber tambahan (batang las, fluks, atau butiran logam).[4]
II-8 Gambar II.3 Proses pengelasan SAW [5] Merupakan proses pengelasan otomatis dimana busur listrik dan logam cair tertutup oleh lapisan serbuk fluks, sedangkan kawat pengisi diumpankan secara kontinyu. Karena panas yang hilang dalam bentuk radiasi sangat kecil maka efisiensi perpindahan panas dari elektroda ke logam las sangat tinggi [6] Gambar 2.4. Skema Las SAW [7] 2.2.1 Peralatan Submerged Arc Welding (SAW) Peralatan terdiri dari mesin las atau sumber daya, pengumpan kawat dan sistem kontrol, obor las untuk pengelasan otomatis atau pistol pengelasan dan perakitan kabel untuk pengelasan semi-otomatis, yang hopper fluks dan
II-9 mekanisme makan, biasanya sistem pemulihan fluks dan sebuah perjalanan mekanisme untuk pengelasan otomatis. 2.2.2 Keuntungan dan Penggunaan. Keunggulan utama dari proses pengelasan busur terendam adalah: a. (Kualitas) tinggi dari logam las. b. sangat tinggi laju deposisi dan kecepatan. c. halus, seragam selesai dengan lasan tidak berhamburan. d. asap sedikit atau tidak ada e. tidak ada flash arc, sehingga kebutuhan minimal untuk pakaian pelindung. f. pemanfaatan tinggi kawat elektroda g. otomatisasi mudah untuk faktor tinggi-operator h. biasanya, tidak ada keterlibatan keterampilan manipulatif. Proses busur rendam secara luas digunakan dalam pelat baja fabrikasi berat. Ini termasuk pengelasan bentuk struktural, lapisan longitudinal pipa diameter lebih besar, pembuatan komponen mesin untuk semua jenis industri berat, dan pembuatan kapal dan tangki untuk tekanan dan menggunakan penyimpanan. Hal ini banyak digunakan dalam industri perkapalan untuk splicing dan subassemblies fabrikasi, dan industri lain di mana baja digunakan dalam medium untuk ketebalan berat. Hal ini juga digunakan untuk permukaan dan bekerja penumpukan, pemeliharaan, dan perbaikan. 2.2.3 Keterbatasan SAW. Keterbatasan utama las busur rendam adalah keterbatasan posisi pengelasan. Keterbatasan lain adalah bahwa hal itu terutama digunakan hanya untuk las ringan dan baja paduan rendah kekuatan tinggi. Masukan yang tinggipanas, lambat-pendingin siklus bisa menjadi masalah ketika pengelasan baja dipadamkan dan marah. Masukan panas pembatasan baja dalam pertanyaan harus benar-benar dipatuhi ketika menggunakan las busur rendam. Hal ini mungkin mengharuskan pembuatan lasan multipass mana lasan sekali lewat akan diterima dalam baja ringan. Dalam beberapa kasus, keuntungan ekonomi dapat dikurangi ke titik di mana fluks pengelasan busur-berintikan atau beberapa proses lain yang harus dipertimbangkan.
II-10 Dalam pengelasan busur terendam semi-otomatis, ketidakmampuan untuk melihat busur dan genangan dapat menjadi kelemahan dalam mencapai akar lasan alur dan benar mengisi atau ukuran. 2.2.4 Prinsip Kerja SAW Proses pengelasan busur terendam (SAW) memanfaatkan panas dari busur antara elektroda terus diumpankan. Busur mencairkan permukaan logam dasar dan ujung elektroda. Logam dari elektroda mencair ditransfer melalui busur ke benda kerja, dan menjadi deposit logam lasan. Pelindung oksidasi diperoleh dari selimut fluks granular, yang diletakkan langsung di atas area pengelasan. Sebagian fluks mencair dan bercampur dengan logam las cair, membantu untuk memurnikan dan memperkuat itu. Fluks yang membentuk terak kaca seperti itu lebih ringan dalam berat daripada disimpan las logam dan mengapung di permukaan sebagai tutup pelindung. Lasan yang tenggelam di bawah ini lapisan fluks dan terak, maka nama pengelasan busur terendam. Flux dan terak biasanya mencakup busur sehingga tidak terlihat. Fluks yang tidak mencair dapat digunakan kembali. Elektroda yang dimasukkan ke dalam busur otomatis dari kumparan. busur ini dipertahankan secara otomatis. Normal metode aplikasi dan kemampuan posisi. Metode yang paling populer adalah metode aplikasi mesin, di mana operator memonitor operasi pengelasan. Kedua dalam popularitas adalah metode otomatis, dimana pengelasan merupakan operasi tombol tekan Proses pengelasan busur terendam adalah proses pengelasan posisi terbatas. Posisi pengelasan terbatas karena kolam besar logam cair dan terak sangat fluida dan akan cenderung kehabisan sendi. Pengelasan dapat dilakukan dalam posisi datar dan fillet posisi horizontal dengan mudah. Dalam prosedur dikontrol khusus, adalah mungkin untuk pengelasan pada posisi horisontal, kadang-kadang disebut pengelasan 1G. Hal ini memerlukan perangkat khusus untuk menahan fluks naik sehingga terak cair dan logam las tidak dapat lolos. Proses SAW ini tidak dapat digunakan dalam posisi vertikal atau overhead.
II-11 2.2.5 Rangkaian Pengelasan dan arus. Pengelasan sirkuit tunggal digunakan untuk elektroda las busur terendam Hal ini memerlukan sistem feeder kawat dan catu daya. Proses las busur terendam menggunakan baik langsung maupun arus bolak kekuasaan pengelasan. Arus searah digunakan untuk aplikasi yang paling yang menggunakan busur tunggal. Kedua arus searah elektroda positif (DCEP) dan elektroda negatif (DCEN) digunakan. Untuk las ac, kekuatan arus konstan selalu digunakan. Ketika sistem beberapa elektroda kawat digunakan dengan baik ac dan dc busur, sistem daya konstan saat ini digunakan. Sistem tegangan konstan, bagaimanapun, dapat diterapkan ketika dua kawat dimasukkan ke busur disediakan oleh sumber daya tunggal. Arus pengelasan untuk las busur rendam dapat bervariasi dari serendah 50 ampere sampai setinggi 2.000 ampere. Kebanyakan pengelasan busur terendam dilakukan dalam kisaran 200-1200 ampere. [7] 2.2.6 Bahan-Bahan Consumable. Bahan yang digunakan dalam pengelasan busur rendam adalah fluks pengelasan dan kawat elektroda. a. Fluks Fluks pengelasan busur rendam busur dan logam las cair dari efek berbahaya oksigen dan nitrogen atmosfer. Fluks berisi deoxidizers dan scavengers yang membantu menghilangkan kotoran dari logam las cair. Fluks juga memiliki fungsi untuk memberikan paduan ke dalam logam las. Sebagai fluks cair ini mendingin ke terak kaca, membentuk penutup yang melindungi permukaan lasan. Bagian fluks yang tidak mencair tidak berubah bentuk dan sifatsifatnya yang tidak terpengaruh, sehingga dapat didaur ulang dan digunakan kembali. Fluks yang tidak meleleh dan membentuk terak meliputi harus dihilangkan dari manik-manik las. Hal ini mudah dilakukan setelah pengelasan sudah dingin. Dalam banyak kasus, terak sebenarnya akan mengupas tanpa memerlukan upaya khusus untuk dihapus. Dalam alur las, terak yang padat mungkin harus dibuang dengan chipping palu.
II-12 b. Kawat elektroda Gambar 2.5. Kawat Elektroda (filler metal) Kawat electrode yang digunakan berbentuk pejal dan digunakan sebagai bahan pengisi las. 2.3 Welding Procedure Specification (WPS) WPS adalah suatu dokumen yang menjelaskan bagaimana proses pengelasan tersebut dilaksanakan. WPS harus berisi informasi yang spesifik antara lain: Proses pengelasan Proses yang spesifik atau kombinasi proses yang digunakan harus teridentifikasi dengan jelas. Penjelasan seperti : manual, semiotomatis, mekanis, atau proses pengelasan otomatis ataupun kombinasinya harus terspesifikasi. Material pipa dan fitting material yang digunakan harus teridentifikasi. API 5L dan material-material yang sesuai dengan spesifikasi ASTM bisa digolongkan, diperbolehkan jika test kualifikasi menggunakan meterial dengan SMYS (specified minimum yeild strength) yang tertinggi didalam group material. Diameter dan tebal range untuk diameter luar dan ketebalan yang digunakan dalam prosedur harus diidentifikasikan dengan jelas. Desain sambungan dalam wps, sketsa sambungan harus ditampilkan sudut bevel, ukuran root face dan root openning atau jarak antar butting member. Shape dan ukuran dari las
II-13 fillet harus jelas. Penggunaan backing strip harus dinyatakan dengan jelas jika ada. Material pengisi dan jumlah beads ukuran dan klasifikasi jumlah logam pengisi dan jumlah minimum serta urutan bead harus jelas Karakteristik listrik jenis arus dan polaritas harus jelas meliputi range voltase dan ampere untuk tiaptiap elektroda, rod dan kabel. Karakteristik nyala api ukuran orifis dalam torch untuk tiap rod atau wire harus jelas Posisi posisi pengelasan harus jelas antara fix (benda kerja bergerak) atau roll (benda kerja diam) Arah pengelasan arah pengelasan harus jelas membedakan antara uphill atau downhill Waktu antara pass waktu maksimum antara penyelesaian root bead dengan mulainya bead berikutnya dan seterusnya. Jenis dan pelepasan clamp jika clamp digunakan, prosedur harus menjelaskan detail jenis clamp, clamp luar atau dalam. Jika clamp digunakan, prosentase pengelasan root bead yang harus diselesaikan sebelum clamp di lepas harus disebutkan. Pembersihan dan atau penggerindaan prosedur harus menjelaskan penggunaan peralatan untuk pembersihan dan atau penggerindaan. Pre dan post heat treatment methode, suhu, metde pengaturan suhu dan range suhu ambient untuk pre dan post heat treatment harus jelas. Shielding gas dan kapasitas aliran komposisi gas pelindung dan range kapasitas aliran harus ditampilkan. Shielding flux jenis flux pelindung harus ditampilkan.
II-14 Kecepatan pengelasan range untuk kecepatan pengelasan dalam inch/ milimeter per menit harus dispesifikasikan untuk setiap pass. [8] 2.4 Variabel Essensial dalam Pengelasan WPS harus berdiri sendiri sebagai suatu prosedur yang baru dan harus diuji ulang jika variabel essensial berubah. Perubahan selain variabel essensial, pengujian ulang tidak diperlukan dengan syarat bahwa wps tersebut direvisi untuk memperlihatkan variabel yang berubah. Variabel essensial terdiri dari : Proses pengelasan Contoh: SMAW ke GTAW atau sebalikya atau proses yang lain adalah variable yang esensial. Material dasar jika material yang akan disambung berbeda group material maka prosedur yang dipakai harus menggunakan prosedur untuk material yang lebih kuat. Dalam API 1104, material terbagi menjadi : - SMYS (Specified minimum yeild strength) kurang atau sama dengan 42 000 psi (290 MPa) - SMYS (Specified minimum yeild strength) lebih besar dari 42 000 psi (290 MPa) tetapi kurang dari 65 000 psi (448 MPa) - SMYS (Specified minimum yeild strength) lebih besar dari 65 000 psi (448 MPa), setiap grade material harus dilakukan test kualifikasi Desain sambungan contohnya perubahan dari V groove menjadi U groove adalah variabel yang essensial. Tetapi perubahan minor dari sudut bevel bukan merupakan variabel yang essensial Posisi contoh : perubahan posisi pengelasan dari posisi fix ke posisi memutar, demikian juga sebaliknya Tebal
II-15 Perubahan range ketebalan merupakan variabel essensial. Untuk pembagian group material berdasarkan tebal: - Nominal pipa dengan tebal kurang dari 0.188 inch ( 4.8 mm) - Nominal pipa dengan tebal antara 0.188 inch (4.8 mm) sampai dengan 0.750 inch (19.1 mm) - Nominal pipa dengan ketebalan lebh dari 0.750 inch (19.1 mm) Logam pengisi perubahan dari satu group logam pengisi ke group yang lain merupakan variabel yang essensial. Untuk material pipa dengan SMYS lebih besar atau sama dengan 65000 psi (448 MPa), perubahan klasifikasi AWS merupakan variabel essensial. Karakteristik listrik perubahan dari DCEP ke DCRP atau dari DC ke AC merupakan variabel essensial, demikian juga sebaliknya Waktu antar pass penambahan waktu maksimum antara penyelesaian root dan bead selanjutnya merupakan variabel yang essensial. Arah pengelasan perubahan arah pengelasan dari uphill ke downhill merupakan variabel yang essensial demikian juga sebaliknya Shielding gas dan kapasitas aliran perubahan dari suatu jenis gas pelindung ke jenis yang lain dan juga perubahan komposisi campuran gas pelindung serta penaikan maupun penurunan kapasitas aliran gas pelindung merupakan variabel essensial Shielding flux jenis terak pelindung oksidasi harus spesifik tidak boleh berubah. Karena dalam terak flux juga terdapat material-material yang dirancang sesuai dengan spesifikasi kekuatan elektroda disamping fungsi utama untuk melindungi hasil lasan dari proses oksidasi Kecepatan pengelasan perubahan range kecepatan pengelasan merupakan variabel essensial. Pre-heat
II-16 pengurangan temperatur pemanasan awal (pre-heat) merupakan variabel essensial. Perlakuan panas setelah pengelasan (Post-weld heat treatment/pwht) Penambahan PWHT atau perubahan range atau angka yang dispesifikasikan dalam prosedur merupakan variabel yang essensial. [8] Dalam ASME Section IX, penggolongan variable-variabel dipisahkan berdasarkan proses pengelasannya. Sebagai contoh untuk proses SAW dilihat dalam tabel QW -254. [9] Tabel II.1 Variabel Esesnsial Pengelasan SAW berdasarkan ASME Sect.IX [9] (a)
(b) II-17