Tugas Akhir. Studi Corrosion Fatigue Pada Sambungan Las SMAW Baja API 5L Grade X65 Dengan Variasi Waktu Pencelupan Dalam Larutan HCl

Tugas Akhir Studi Corrosion Fatigue Pada Sambungan Las SMAW Baja API 5L Grade X65 Dengan Variasi Waktu Pencelupan Dalam Larutan HCl Oleh : Wishnu Wardhana 4305 100 024 Dosen Pembimbing: Murdjito, M.Sc. Eng Ir. Heri Supomo, M.Sc

Latar Belakang PENDAHULUAN Sering terjadinya korosi pada struktur pipa minyak dan gas yang berada di bawah air laut yang salah satunya adalah korosi fatik. Penelitian Sriyanto (2008) dan Apriyani (2009) Untuk mengetahui ketahanan fatik sambungan las SMAW di lingkungan korosif.

Perumusan Masalah 1) Bagaimana pengaruh pengelasan SMAW terhadap siklus umur lelah baja API 5L Grade X65 di lingkungan kering? 2) Bagaimana perbandingan pengaruh akibat lama waktu pencelupan material las SMAW baja API 5L Grade X65 dalam larutan korosif HCl 10% terhadap siklus umur lelah?

Continue 3) Bagaimana perbandingan pola patahan yang terjadi akibat corrosion fatigue pada sambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 yang dilakukan di lingkungan kering dan lingkungan basah dengan variasi waktu pencelupan spesimen material dalam larutan korosif HCl 10%?

Tujuan 1) Mengetahui pengaruh pengelasan SMAW terhadap siklus umur lelah baja API 5L Grade X65 di lingkungan kering. 2) Menganalisa perbandingan pengaruh akibat lama waktu pencelupan material las SMAW baja API 5L Grade X65 dalam larutan korosif HCl 10% terhadap siklus umur lelah. 3) Mengetahui perbandingan pola patahan yang terjadi akibat corrosion fatigue pada sambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 yang dilakukan di lingkungan kering dan lingkungan basah dengan variasi waktu pencelupan spesimen material dalam larutan korosif HCl 10%.

Manfaat 1) Memberikan pengertian yang lebih dalam tentang korosi khususnya corrosion fatigue. 2) Memberikan informasi seberapa besar pengaruh variasi waktu pencelupan spesimen material pada larutan korosif HCl terhadap siklus umur lelah pada sambungan las SMAW baja API 5L Grade X65 akibat korosi fatigue. 3) Menunjang penelitian-penelitian sebelumnya.

Batasan Masalah 1) Material yang diuji adalah baja tipe API 5L Grade X65 dengan OD=350 mm ketebalan 12 mm dan panjang 150 mm. 2) Pengelasan dilakukan dengan metode SMAW (Shielded Metal Arc Welding). 3) Bentuk lasan adalah butt joint dengan posisi pengelasan datar (flat). 4) Pengelasan dilakukan tanpa adanya pre heating dan post heating. 5) Elektroda yang digunakan adalah jenis AWSE 7016.

Continue 6) Bentuk bevel yang digunakan adalah single V groove.. 7) Pengelasan dilakukan berdasar WPS (Welding Procedure Specification) dan WPQ (Welding Procedure Qualification) 8) Variasi waktu pencelupan spesimen material pada larutan korosif HCl adalah 168 jam, 336 jam, 504 jam, dan 672 jam. 9) HCl 10% setara dengan salinitas 36 o / oo 10) Temperatur ruangan dan temperatur larutan korosif diabaikan. 11) Tekanan akibat perubahan kedalaman diabaikan.

Continue 12) Pengujian lelah digunakan untuk mendapatkan siklus umur lelah. 13) Uji lelah dilakukan pada temperatur kamar (28 0 C) dan mengabaikan fluktuasi temperatur dan kelembaban yang terjadi (pengaruh lingkungan diabaikan) 14) Kecepatan lenturan dianggap konstan pada setiap pengamatan. 15) Kekasaran permukaan untuk setiap spesimen dianggap sama 16) Pengaruh pengerjaan material diabaikan. 17) Parameter-parameter lain yang tidak diamati dianggap konstan. 18) Kondisi mesin las, alat uji dan alat ukur diasumsikan terkalibrasi

METODOLOGI Mulai Studi Literatur Surface Preparation Pembuatan Spesimen Uji Tarik Material Awal A

A Uji Tarik Material Awal Pengelasan bevel single v-groove material pipa API 5L Grade X65 dengan proses las SMAW untuk 4 spesimen material yang sama Pembuatan Spesimen Uji Tarik Material Las Uji Tarik Material Las Pembuatan spesimen dan Uji Fatigue di lingkungan kering B Pembuatan Spesimen & Uji fatigue pada media korosif asam klorida HCl (168 jam, 336 jam, 504 jam, dan 672 jam)

B Pengeplotan diagram grafik SN Lingkungan Kering(672 jam) Pengamatan Makro Pengeplotan diagram grafik SN pencelupan HCl 10% (168 jam, 336 jam, 504 jam, dan 672 jam) Pengamatan Makro Analisa Hasil Pengamatan Kesimpulan Selesai

ANALISA & PEMBAHASAN 1. Uji Tarik Material Awal Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan dasar ASTM A370 tahun 2002 tentang metode standar untuk pengujian tarik material logam Pengujian Tarik dilaksanakan di Laboratorium Konstruksi dan Kekuatan, Jurusan Teknik Perkapalan, FTK ITS dengan menggunakan mesin MFL Systeme

2. Hasil Uji Tarik Material Awal Tabel 1 Hasil Pengujian Tarik Pada Material Awal Tensile Test Result Yield Stress Ultimate Stress No. Code Material (Mpa) (Mpa) 1 1T1 602,39 648,92 2 1T2 602,97 650,32 3 1T3 632,78 677,98 Rata-rata 612,71 659,07 (88,86 Ksi) (95,59 Ksi)

3. Hasil Pengelasan Material : Pipa API 5L Grade X65 Dimensi : (Outside Diameter) : 350 mm (Inside Diameter) Tebal Welder : P. Pardi Kampuh : Single V-groove : 338 mm : 12 mm Dia. Elek : 2,6 mm (1 st pass), 3,2 mm & 4 mm LB 52 Kobe Steel

Tabel 2. Rekaman Set Parameter Pengelasan Untuk Specimen Las Pertama Temperatur Ruangan 29 o C Parameter Pengelasan Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Ampere (A) 75-90 90-115 90-115 115-150 Polaritas DCEP DCEP DCEP DCEP Voltage 21-24 22-25 22-25 23-26 Diameter elektroda 2,6 mm 3,2 mm 3,2 mm 4 mm

Tabel 3. Rekaman Set Parameter Pengelasan Untuk Specimen Las Kedua Temperatur Ruangan 29 o C Parameter Pengelasan Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Ampere (A) 75-90 90-115 90-115 115-150 Polaritas DCEP DCEP DCEP DCEP Voltage 21-24 22-25 22-25 23-26 Diameter elektroda 2,6 mm 3,2 mm 3,2 mm 4 mm

Visualisasi Hasil Pengelasan (a) Gambar 3. Hasil Pengelasan (a) Specimen Las Pertama (b) Specimen Las Kedua (b)

4. Hasil Uji Tarik Material Las Tabel 4. Hasil Pengujian Tarik Pada Material Las Tensile Test Result Code Yield Stress Ultimate Stress No. Material (Mpa) (Mpa) 1 T1 455,57 545,43 2 T2 470,41 567,01 Rata-rata 462,99 556,22 (67,15 Ksi) (80,67 Ksi)

Adapun lokasi patah dari pengujian adalah pada logam induk, seperti pada gambar 4. Gambar 4. Hasil uji tarik material las

5. Analisa Uji Tarik Tabel 5. Kekuatan tarik rata-rata σ ultimate Jenis material σ ult (Mpa) Material awal 659,07 Material las 556,22 Kekuatan tarik material las utk hasil lasan SMAW adalah 556,22 MPa, sedangkan kekuatan tarik minimum dr material awal adalah 531 MPa shg hasil lasan tersebut bs diterima krn angka tsb msh masuk dalam acceptance criteria, yaitu pengujian tarik dpt diterima bila kuat tarik spesimen tdk kurang dr kekuatan tarik minimum yg ditetapkan dr logam dasar. (ASME Sec IX)

6. Pengujian Fatigue 6.1 Hasil uji lelah material di lingkungan kering Tabel 6. Hasil uji lelah material di lingkungan kering No Tingkat tegangan Tegangan σ (ksi) Defleksi D (inch) Kode Specimen Umur Lelah Nf (siklus) Rata-rata Nf Lokasi patahan 1 0,8σu 64,53 1,22 2 0,7σu 56,47 1,07 3 0,5σu 40,34 0,76 1A 76207 76234 1B 75857 1C 76639 (7,62 x 10 4 ) 2A 228173 2B 226840 227499 2C 227484 (2,27 x 10 5 ) 3A 713765 3B 708786 711272 (7,1 x 10 5 ) 3C 711265

6.2 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 168 jam Tabel 7 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 168 jam No Tingkat teg Tegangan σ (ksi) Defleksi D (inch) Kode Specimen Umur Lelah Nf (siklus) Rata-rata Nf Lokasi patahan 4 0,8σu 64,53 1,22 5 0,7σu 56,47 1,07 6 0,5σu 40,34 0,76 4A 22703 21033 4B 19414 4C 20984 (2,1 x 10 4 ) 5A 34860 5B 35985 34897 5C 34118 (3,49 x 10 4 ) 6A 248475 6B 247839 247654 6C 246649 (2,47 x 10 5 )

6.3 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 336 jam Tabel 8 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 336 jam No Tingkat teg Tegangan σ (ksi) Defleksi D (inch) Kode Specimen Umur Lelah Nf (siklus) Rata-rata Nf Lokasi patahan 7 0,8σu 64,53 1,22 7A 7346 7B 7618 7C 7473 7479 (7,47 x 10 3 ) 8 0,7σu 56,47 1,07 8A 15758 8B 16085 8C 15838 15894 (1,59 x 10 4 ) 9 0,5σu 40,34 0,76 9A 98864 9B 100118 9C 99983 99655 (9,9 x 10 4 )

6.4 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 504 jam Tabel 9 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 504 jam No Tingkat teg Tegangan σ (ksi) Defleksi D (inch) Kode Specimen Umur Lelah Nf (siklus) Rata-rata Nf Lokasi patahan 10 0,8σu 64,53 1,22 10A 1183 10B 1076 10C 959 1073 (1,07 x 10 3 ) 11 0,7σu 56,47 1,07 11A 3075 11B 3279 11C 3346 3233 (3,23 x 10 3 ) 12 0,5σu 40,34 0,76 12A 12849 12B 14827 12C 13739 13805 (1,38 x10 4 )

6.5 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 672 jam Tabel 10 Hasil uji lelah material setelah pencelupan pada HCl selama 672 jam No Tingkat teg Tegangan σ (ksi) Defleksi D (inch) Kode Specimen Umur Lelah Nf (siklus) Rata-rata Nf Lokasi patahan 13 0,8σu 64,53 1,22 13A 484 13B 539 13C 507 510 (5,1 x 10 2 ) 14 0,7σu 56,47 1,07 14A 1193 14B 1027 14C 1274 1165 (9,7 x 10 2 ) 15 0,5σu 40,34 0,76 15A 2919 15B 3276 15C 3154 3116 (3,1 x 10 3 )

Tabel 11. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,8σu Kondisi Lingkunga n Waktu (Jam) Tingkat Tegangan Umur Lelah, N (Cycles) Keterangan Kering 672 0,8σu 76234 Spesimen dalam kondisi lingkungan HCl 10% 168 0,8σu 21033 kering diletakkan HCl 10% 336 0,8σu 7479 dalam ruangan HCl 10% 504 0,8σu 1073 terbuka hingga 672 jam, kemudian HCl 10% 672 0,8σu 510 dilakukan uji lelah

Umur Lelah, N (cycles) Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat tegangan 0,8 σu 80000 76234 70000 60000 50000 40000 30000 21033 Lingkungan Kering (672 jam) HCl10% (168 jam) HCl 10% (336 jam) HCl 10% (504 jam) 20000 10000 7479 1073 510 HCl 10% (672 jam) 0 0.8 Tingkat Tegangan (σu) Gambar 5 Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,8σu

Tabel 12. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,7σu Kondisi Lingkunga n Waktu (Jam) Tingkat Teganga n Umur Lelah, N (Cycles) Keterangan Kering 672 0,7σu 335753 Spesimen dalam kondisi lingkungan HCl 10% 168 0,7σu 34897 kering diletakkan HCl 10% 336 0,7σu 15894 dalam ruangan terbuka HCl 10% 504 0,7σu 3233 hingga 672 jam, kemudian dilakukan HCl 10% 672 0,7σu 1165 uji lelah

Umur Lelah, N (cycles) Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat tegangan 0,7 σu 350000 300000 335753 250000 Lingkungan Kering (672 jam) 200000 HCl10% (168 jam) 150000 100000 50000 34897 15894 3233 1165 HCl 10% (336 jam) HCl 10% (504 jam) HCl 10% (672 jam) 0 0.7 Tingkat Tegangan (σu) Gambar 6. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,7σu

Tabel 13. Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,5σu Kondisi Lingkunga n Waktu (Jam) Tingkat Teganga n Umur Lelah, N (Cycles) Keterangan Kering 672 0,5σu 711272 Spesimen dalam HCl 10% 168 0,5σu 247654 kondisi lingkungan kering diletakkan HCl 10% 336 0,5σu 99655 dalam ruangan HCl 10% 504 0,5σu 13805 terbuka hingga 672 HCl 10% 672 0,5σu 3116 jam, kemudian dilakukan uji lelah

Umur Lelah, N (cycles) Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat tegangan 0,5 σu 800000 711272 700000 600000 500000 400000 300000 200000 247654 99655 Lingkungan Kering (672 jam) HCl10% (168 jam) HCl 10% (336 jam) HCl 10% (504 jam) HCl 10% (672 jam) 100000 13805 3116 0 0.5 Tingkat Tegangan (σu) Gambar 7Perbandingan Umur Lelah Pada Tingkat Tegangan 0,5σu

7. Pengeplotan Diagram Grafik S-N 7.1 Kurva S-N Kondisi Lingkungan Kering Tabel 14 Umur Lelah Untuk Kondisi Lingkungan Kering No. Tingkat tegangan Tegangan σ (ksi) Umur Lelah, N (Cycles) 1 0,8σu 64,53 76234 2 0,7σu 56,47 227499 3 0,5σu 40,34 711272 log N = log A m log S log 635038 = 12,164 m log 166,79 5,803 = 12,164 m 2,22 2,22 m = 6,361 m = 2,87 Gambar 8 Kurva S-N Kondisi Lingkungan Kering

7.2 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (168 jam) Tabel 15. Umur Lelah Untuk Kondisi Setelah Pencelupan HCl 10% (168 jam) No. Tingkat tegangan Tegangan σ (ksi) Umur Lelah, N (Cycles) 1 0,8σu 64,53 21033 2 0,7σu 56,47 34897 3 0,5σu 40,34 247654 log N = log A m log S log 226621 = 11,764 m log 166,79 5,355 = 11,764 m 2,22 2,22 m = 6,409 m = 2,88 Gambar 9. Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (168 jam)

7.4 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (504 jam) Tabel 17 Umur Lelah Untuk Kondisi Setelah Pencelupan HCl 10% (504 jam) No. Tingkat tegangan Tegangan σ (ksi) Umur Lelah, N (Cycles) 1 0,8σu 64,53 1073 2 0,7σu 56,47 3233 3 0,5σu 40,34 13805 log N = log A m log S log 12732 = 11,764 m log 166,79 4,1 = 11,764 m 2,22 2,22 m = 7,659 m = 3,45 Gambar 11 Kurva S-N Kondisi Pencelupan HCl 10% (504 jam)

8. Foto Makro Patahan 8.1 Foto Makro Patahan Material Las Pada Kondisi Lingkungan Kering (a) (b) (c) Gambar 13. Foto makro pola patahan pada kondisi lingkungan kering (a) Material las 0,8Su; (b) Material las 0,7Su; (c) Material las 0,5Su

8.2 Foto Makro Patahan Material Las Pada Kondisi Pencelupan HCl 10% Selama 168 Jam (a) (b) (c) Gambar 14. Foto makro pola patahan pada kondisi pencelupan HCl 10% selama 168 jam (a) Material las 0,8Su; (b) Material las 0,7Su; (c) Material las 0,5Su

8.4 Foto Makro Patahan Material Las Pada Kondisi Pencelupan HCl 10% Selama 504 Jam (a) (b) (c) Gambar 16Foto makro pola patahan pada kondisi pencelupan HCl 10% selama 504 jam (a) Material las 0,8Su; (b) Material las 0,7Su; (c) Material las 0,5Su

KESIMPULAN 1. Pengaruh pengelasan SMAW terhadap siklus umur lelah di lingkungan kering menjelaskan bahwa : - Semakin besar tingkat tegangan maka semakin kecil siklus umur lelah dari material yang diuji. - Pada tingkat tegangan 0,7σu dan 0,8σu secara berturut-turut terjadi penurunan siklus umur lelah sebesar 52,8% dan 89,28% dari siklus umur lelah pada tingkat tegangan 0,5σu

2. Perbandingan pengaruh akibat lama waktu pencelupan material ke dlm HCl 10% atau setara dengan salinitas air laut 36 o / oo terhadap siklus umur lelah yaitu: - Semakin lama waktu pencelupan maka semakin pendek siklus umur lelah rata-rata material las. - Semakin lama waktu pencelupan maka kemiringan kurva SN (m) akan semakin besar.

Lanjutan Kesimpulan No. 2 - Untuk tingkat tegangan 0,8σu pada pencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam, 336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadi penurunan siklus umur lelah rata-rata berturut-turut sebesar 72,41%, 90,19%, 98,59% dan 99,33% jika dibandingkan dari siklus umur lelah rata-rata kondisi lingkungan kering dengan tingkat tegangan yang sama (0,8σu)

Untuk tingkat tegangan 0,7σu pada pencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam, 336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadi penurunan siklus umur lelah rata-rata berturut-turut sebesar 89,6%, 95,26%, 99,04% dan 99,96% jika dibandingkan dari siklus umur lelah rata-rata kondisi lingkungan kering dengan tingkat tegangan yang sama (0,7σu).

Lanjutan Kesimpulan No. 2 Untuk tingkat tegangan 0,5σu pada pencelupan dalam HCl 10% selama 168 jam, 336 jam, 504 jam dan 672 jam, terjadi penurunan siklus umur lelah rata-rata berturut-turut sebesar 65,18%, 85,99%, 98,06% dan 99,56% jika dibandingkan dari siklus umur lelah rata-rata kondisi lingkungan kering dengan tingkat tegangan yang sama (0,5σu)

3. Perbandingan pola patahan dari material las di lingkungan kering dan lingkungan basah dengan variasi waktu pencelupan spesimen material dalam larutan HCl 10%, yaitu: - Kondisi pembebanan yang rendah membentuk beachmarks yang lebih banyak, lebih rapat dan halus dibanding pada tingkat pembebanan yang lebih tinggi. - Pengaruh waktu pencelupan dalam HCl 10% yang semakin lama akan membentuk beachmarks yang lebih sedikit, lebih renggang dan lebih kasar.

SEKIAN TERIMA KASIH

Menurut ASME Section IX 2001, Kriteria pengujian tarik dapat diterima bila kuat tarik spesimen tidak kurang dari: 1) Kekuatan tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar, atau 2) Kekuatan tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar yang terlemah, 3) Kekuatan tarik minimum dari logam lasan, bila standar yang digunakan menentukan penggunaan logam lasan dengan kekuatan tarik yang lebih rendah daripada logam dasar pada suhu ruang.

4) Bila specimen putus pada logam dasar diluar lasan atau diluar garis fusi las, tes dinyatakan lulus dengan syarat kekuatan tarik minimum 5% lebih rendah dari kekuatan tarik minimum yang ditetapkan untuk logam dasar.

Surface Preparation Persiapan Material Las Pipa Baja API 5L Grade X65: L OD ID = 150 mm = 350 mm = 338 mm Kampuh: Single V groove - Persiapan Larutan Media Uji Pada penelitian ini, digunakan larutan kimia asam klorida (HCl) konsentrasi 10%. Asam klorida ini nantinya digunakan untuk pencelupan spesimen material - Persiapan Percobaan - Spesimen pipa API 5L Grade X65 - Eletroda las AWS E-7016 dengan diameter 2,6 mm, 3,2 mm dan 4 mm - Persiapan peralatan

Sumber: ASTM A370, 2002 Spesimen Uji Tarik

Spesimen Uji Tarik Material Awal

(a) Gambar 4.2 Pelaksanaan uji tarik (a) Sesaat sebelum spesimen patah (b) Sesaat setelah spesimen patah (b)

Gambar a. Penghalusan alur las Gambar b. Pemasangan Tanggem Las Gambar c. Proses pengelasan posisi 1G

Gambar Spesimen uji tarik material las (dalam mm) Sumber: ASME Sec. IX

Sumber: Apriyani, 2009 Spesimen Uji Fatigue

besarnya panjang lengan spesimen (L) dihitung sebagai berikut: L = S. b. t 2 / 6.P = 80672 X 2 X 0,12 2 / 6 X 50 = 7,74 inch Dimana : S = Tegangan Tarik (lbf/in 2 ) b = 2 in t = Tebal spesimen = 0,12 in P = Load max (lbf) = 3 mm Kedalaman necking adalah 2 mm pada masing-masing sisi weld metal

Gambar a. Spesimen Uji Fatigue Gambar c. Proses Pengujian lelah spesimen Gambar b. Pencelupan Spesimen dalam HCl 10%

Pengujian kelelahan ini dilakukan untuk 5 kondisi spesimen, yaitu: 1. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu di lingkungan kering. 2. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu yang dicelup dalam HCl 10% selama 168 jam. 3. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu yang dicelup dalam HCl 10% selama 336 jam. 4. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu yang dicelup dalam HCl 10% selama 504 jam. 5. Uji lelah pada logam las pada tingkat beban 0,8σu, 0,7σu dan 0,5σu yang dicelup dalam HCl 10% selama 672 jam.

Pengamatan Makro