Perlakuan Panas Pengelasan: Hal-hal Penting Sebelum hingga Sesudah Pengelasan

Pengelasan adalah salah satu metode pemrosesan termal untuk logam. Terutama ketika mengelas baja struktural paduan rendah umum dan pelat tebal dengan kandungan karbon tinggi, logam lokal dipengaruhi oleh siklus termal pengelasan pemanasan dan pendinginan suhu tinggi, menyebabkan berbagai perubahan dalam struktur internal logam, yang secara langsung mempengaruhi sifat mekanik sambungan las.

Selain itu, karena kondisi metalurgi pengelasan dan efek dari laju pemanasan dan pendinginan yang berbeda, struktur lasan dan zona yang terpengaruh panas menjadi tidak rata, yang juga secara tidak langsung dan langsung mempengaruhi sifat mekanik sambungan las. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengubah atau meningkatkan sifat mekanik sambungan las dengan memanaskan, mempertahankan panas, dan mengontrol laju pendinginan secara lokal atau seluruhnya sebelum, selama, dan setelah pengelasan.

 I. Pemanasan awal sebelum pengelasan

 1. 1. Peran pemanasan awal

1) Pemanasan awal merupakan langkah efektif untuk mencegah retakan dingin, retakan panas, dan pembentukan struktur yang mengeras di zona yang terkena panas. Saat mengelas baja karbon tinggi, baja paduan rendah, baja tahan panas, dan komponen baja karbon rendah biasa dengan kekakuan tinggi, laju pendinginan yang cepat pada pengelasan dapat dengan mudah menyebabkan terbentuknya struktur yang mengeras pada pengelasan dan zona yang terpengaruh panas, sehingga menyebabkan retakan. Oleh karena itu, pemanasan awal pengelasan diperlukan. Pemanasan awal dapat mencapai tujuan memperlambat laju pendinginan, yang dapat mencegah terbentuknya retakan pada lasan.

2) Kapan sambungan las dengan pengekangan yang tinggi, pendinginan dan pemanasan yang cepat dapat menyebabkan tegangan penyusutan di area sambungan, yang menyebabkan retakan. Memanaskan terlebih dahulu area sambungan sebelum pengelasan dapat mengurangi tegangan susut dan mencegah terbentuknya retakan.

3) Saat mengelas di daerah yang lebih dingin, untuk mencegah terbentuknya retakan, bahkan baja karbon rendah dengan ketebalan melebihi 20m harus dipanaskan terlebih dahulu.

4) Pemanasan awal juga dapat menghilangkan minyak, kelembapan, dan faktor lain yang memengaruhi kualitas pengelasan, dan dapat mendorong keluarnya hidrogen dalam pengelasan, sehingga memainkan peran yang sesuai dalam mencegah cacat seperti porositas dan juga mencegah terbentuknya retakan.

 Panaskan Suhu

Untuk memanaskan benda kerja dengan benar, yang terutama penting adalah menentukan suhu pemanasan awal yang berbeda menurut bahan logam yang berbeda. Misalnya, untuk baja karbon, suhu pemanasan awal umumnya ditentukan berdasarkan kandungan karbonnya. Jika fraksi massa karbon lebih besar dari 0,2%, suhu pemanasan awal adalah 100 ~ 200 ° C; dengan meningkatnya kandungan karbon, suhu pemanasan awal juga harus meningkat secara proporsional. Bahan lain juga memiliki suhu pemanasan awal yang berbeda, tergantung pada bahannya.

 Temperatur pemanasan awal pengelasan untuk grade baja yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 2-30.

 Tabel 2-30 Temperatur Pemanasan Awal Pengelasan untuk Beberapa Kelas Baja

Metode Pemanasan Awal

Ada banyak metode pemanasan awal: seperti pemanasan nyala api, pemanasan induksi frekuensi daya, pemanasan inframerah jauh, pemanasan tungku, dll. Metode pemanasan awal harus dipilih berdasarkan kisaran pemanasan. Saat ini, pemanas inframerah jauh banyak digunakan, memberikan efek pemanasan yang baik dan rentang pemanasan yang besar.

Umumnya, lebar pemanasan awal di setiap sisi sambungan las harus tidak kurang dari 5 kali ketebalan pelat, dan zona pemanasan yang seragam harus dipertahankan 75 ~ 100mm di kedua sisi kemiringan. Suhu pemanasan awal akhir harus ditentukan melalui pengujian proses.

Isolasi Interlayer

Dalam konstruksi pengelasan, terutama selama pengelasan multi-layer, baja tertentu memerlukan pemeliharaan suhu tertentu selama setiap lapisan pengelasan, yang dikenal sebagai suhu interlayer. Peran suhu interlayer mirip dengan pemanasan awal, mendorong difusi dan keluarnya hidrogen di daerah las dan zona yang terpengaruh panas, dan berperan dalam mencegah keretakan dingin.

Untuk baja karbon, baja paduan rendah, dan baja tahan panas, batas bawah suhu interlayer umumnya adalah suhu pemanasan awal pengelasan, dan batas atas umumnya 350 ~ 400 ° C; untuk baja tahan karat austenitik, suhu interlayer umumnya dikontrol lebih rendah, biasanya kurang dari 250 ° C.

Perlu diperhatikan bahwa suhu pemanasan awal dan interlayer tidak boleh terlalu tinggi, jika tidak maka akan menyebabkan perubahan pada struktur mikro dan sifat beberapa sambungan las baja.

Perlakuan panas pasca-pengelasan

Segera menempatkan lasan yang baru saja dilas ke dalam abu asbes, pasir panas (kapur), atau pendinginan dengan tungku untuk mendinginkan sambungan las secara perlahan, bertujuan untuk mengurangi tekanan internal, meminimalkan deformasi, dan mencegah keretakan. Untuk pengelasan dengan kecenderungan quenching yang tinggi dan kekakuan yang tinggi, pendinginan pasca-las merupakan langkah teknologi yang penting untuk memastikan kualitas pengelasan.

Perawatan pasca-pemanasan, pelepasan hidrogen

"Post-heating" adalah mempertahankan sambungan las pada suhu yang sama atau lebih tinggi dari suhu interlayer selama periode tertentu setelah semua operasi pengelasan selesai. Suhu pemanasan dan durasi "pasca-pemanasan" bergantung pada ketebalan lasan, jenis sambungan, kandungan hidrogen awal pada lasan, dan sensitivitas baja terhadap retak hidrogen.

Umumnya, suhu untuk pasca pemanasan adalah 250~350°C, dan waktu penahanan tergantung pada ketebalan pengelasan, umumnya 1~3 jam. Untuk beberapa bejana berdinding tebal baja paduan rendah berkekuatan tinggi, menggunakan pemanasan ulang pada suhu 300 ~ 350 ° C selama 1 jam dapat sepenuhnya menghindari keretakan yang tertunda dan mengurangi suhu pemanasan awal hingga 50 ° C. Pasca pemanasan dapat mempercepat difusi dan pelepasan hidrogen, oleh karena itu disebut juga "perlakuan pelepasan hidrogen".

Tujuan utama dari pasca-pemanasan adalah untuk mempercepat difusi dan keluarnya hidrogen, menghindari terjadinya keretakan yang tertunda. Jika pemanasan awal, suhu interlayer, dan tindakan lain pada akhirnya tidak dapat menghilangkan retak yang tertunda, maka pemanasan pasca adalah metode yang sederhana, layak, dan efektif. Pasca pemanasan terutama digunakan untuk struktur pengelasan baja paduan rendah berkekuatan tinggi.

Pemanasan pasca las memiliki banyak kesamaan dengan perlakuan panas pasca las, tetapi secara umum, pemanasan pasca las tidak dapat menggantikan perlakuan panas pasca las. Untuk pengelasan yang memerlukan perlakuan panas pasca las dan dapat segera menjalani perlakuan panas pasca las setelah pengelasan, pemanasan pasca dapat dihilangkan. Jika perlakuan panas pasca pengelasan tidak dapat segera dilakukan setelah pengelasan, dan pengelasan harus didehidrogenasi tepat waktu, maka pemanasan pasca tidak dapat dihilangkan.

Sebagai contoh, ada bejana besar bertekanan tinggi yang lolos pemeriksaan deteksi cacat pasca pengelasan, tetapi karena tidak diberi perlakuan panas tepat waktu setelah pengelasan, dan tidak ada perlakuan eliminasi hidrogen yang dilakukan, maka terjadi keretakan yang tertunda selama penyimpanan. Ketika bejana diberi perlakuan panas dan menjalani uji hidrostatik, tekanan uji tidak mencapai tekanan kerja desain, dan bejana mengalami kecelakaan patah getas yang parah, yang mengakibatkan pembongkaran seluruh bejana.

Metode pemanasan, lebar zona pemanasan, dan persyaratan lokasi pengukuran suhu untuk pascapemanasan, sama seperti untuk pemanasan awal. Pemanasan pasca lokal juga harus mempertahankan zona pemanasan yang seragam sebesar 75 ~ 100mm di kedua sisi kemiringan, mirip dengan pemanasan awal. Baja yang dipadamkan dan ditempa harus mencegah panas berlebih lokal di luar suhu temper.

Perlakuan panas pasca-pengelasan

Perlakuan panas adalah proses yang memperbaiki struktur internal benda padat logam melalui pemanasan, penahanan, dan pendinginan, sehingga memperoleh sifat yang diinginkan. Perlakuan panas pasca-las pada sambungan las adalah untuk memperbaiki struktur dan sifat sambungan las atau menghilangkan tegangan sisa. Perlakuan panas pasca-las yang umum meliputi anil pelepas tegangan, normalisasi, normalisasi plus temper, dan pendinginan plus temper (perlakuan temper).

Tujuan utama dari perlakuan panas pasca pengelasan adalah untuk mengurangi tegangan sisa, meningkatkan stabilitas struktural, melunakkan zona yang mengeras, meningkatkan pelepasan hidrogen, meningkatkan ketahanan terhadap korosi tegangan, dan meningkatkan plastisitas, ketangguhan, dan sifat mekanik suhu tinggi pada sambungan. Karena penghilang stres adalah fungsi utama dari perlakuan panas pasca-pengelasan, ini biasanya disebut sebagai perlakuan panas pasca-pengelasan.

Perlakuan panas pasca-pengelasan umumnya hanya diperlukan dalam kondisi khusus untuk produk yang penting. Untuk beberapa produk yang dilas, jika tegangan sisa pasca las tidak signifikan atau jika perlu untuk mempertahankan beberapa tegangan sisa (seperti tegangan sisa pasca las pada pelat yang dibungkus bejana berlapis), perlakuan panas pasca las tidak diperlukan. Jika tidak ada atau hanya sedikit struktur yang mengeras namun tetap mempertahankan plastisitas dan ketangguhan tertentu, yang tidak menimbulkan efek buruk selama operasi, perlakuan panas pasca las juga tidak diperlukan.

Anil penghilang stres

Kisaran suhu pemanasan untuk anil pelepas tegangan sama dengan suhu pemanasan temper suhu tinggi, umumnya memanaskan seluruh atau sebagian lasan hingga 550 ~ 650°C, diikuti dengan penahanan yang cukup dan pendinginan yang lambat. Waktu penahanan untuk baja umum dihitung sebagai 2,5 menit per ketebalan 1mm, tetapi tidak kurang dari 15 menit. Untuk ketebalan lebih dari 50mm, tambahkan 15 menit untuk setiap tambahan 25mm.

 Perlakuan panas secara keseluruhan

Menempatkan lasan dalam tungku pemanas untuk perlakuan panas secara keseluruhan dapat mencapai hasil yang memuaskan. Suhu pengelasan saat masuk dan keluar tungku harus di bawah 300°C. Laju pemanasan dan pendinginan harus terkait dengan ketebalan pelat dan harus memenuhi persyaratan berikut:

Dalam rumus, U adalah laju pendinginan, °C/jam; δ adalah ketebalan pelat, mm.

Untuk bejana berdinding tebal, laju pemanasan dan pendinginan adalah 50 ~ 150 ° C / jam, dan perbedaan suhu maksimum di dalam tungku selama perlakuan panas secara keseluruhan tidak boleh melebihi 50 ° C. Jika pengelasan terlalu panjang dan perlu diberi perlakuan panas dalam dua sesi, bagian pemanasan yang tumpang tindih harus lebih dari 1,5 m.

Perlakuan panas lokal

Untuk wadah dan pipa sederhana yang terlalu panjang untuk perlakuan panas secara keseluruhan tetapi memiliki bentuk yang teratur, perlakuan pemanasan lokal dapat dilakukan. Selama perlakuan pemanasan lokal, pastikan lebar pemanasan yang cukup di kedua sisi lasan. Lebar pemanasan untuk silinder terkait dengan radius silinder dan ketebalan dinding, dan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

Dalam rumus,

• B adalah lebar pemanasan silinder, mm;
• R adalah radius silinder, mm;
• δ adalah ketebalan dinding silinder, mm.

Misalnya, untuk pengelasan silinder dengan diameter 1200mm dan ketebalan dinding 24mm, lebar pemanasan yang berpusat pada pengelasan dihitung dengan menggunakan rumus di atas. Artinya, selama perlakuan panas lokal pada lasan silinder ini, jarak 600m yang berpusat pada lasan harus dipanaskan hingga suhu perlakuan panas yang ditentukan.

Metode umum untuk perlakuan panas lokal termasuk pemanasan api, pemanasan inframerah, dan pemanasan induksi frekuensi industri.

Situasi berikut ini harus mempertimbangkan perlakuan anil pelepas tegangan: logam dasar dengan tingkat kekuatan tinggi, baja paduan rendah yang umum dengan kecenderungan untuk menunda retak; bejana tekan dan struktur las lainnya yang beroperasi dalam kondisi suhu rendah, terutama yang digunakan di bawah suhu transisi getas; komponen yang mengalami beban bolak-balik yang membutuhkan kekuatan fatik; bejana bertekanan besar; struktur yang dilas yang membutuhkan ketahanan terhadap korosi tegangan dan stabilitas dimensi pascapengelasan.

Anil pelepas stres umumnya dilakukan dalam tungku, yang dapat menghilangkan lebih dari 80% tegangan sisa. Anil pelepas stres lokal pada dasarnya dapat mencapai efek yang sama dengan anil pelepas stres secara keseluruhan.

 Perlakuan panas ini tidak melibatkan perubahan dalam struktur kristal.

 2. Normalisasi atau normalisasi plus tempering

Perlakuan panas pasca-las ini umumnya cocok untuk struktur pengelasan electroslag untuk meningkatkan struktur dan kinerja sambungan.

Normalisasi melibatkan pemanasan baja hingga di atas Ac₃ dengan waktu penahanan yang dihitung pada 2 menit per ketebalan 1mm, tetapi tidak kurang dari 30 menit, kemudian didinginkan di udara setelah keluar dari tungku. Karena ini adalah proses rekristalisasi, maka dapat diperoleh struktur butiran yang lebih halus dan meningkatkan sifat mekanis.

Normalisasi plus temper adalah temper setelah normalisasi. Tujuan dari tempering adalah untuk menghilangkan tekanan struktural yang disebabkan selama proses pendinginan normalisasi, yang selanjutnya meningkatkan kinerja komprehensif dari baja atau sambungan las.

 3. Perlakuan pendinginan dan penempaan

Perlakuan panas pasca-las ini cocok untuk baja yang dipadamkan dan ditempa atau struktur las lainnya yang memerlukan perlakuan pendinginan dan penempaan pasca-las. Setelah quenching dan tempering, baja atau sambungan las dapat mencapai kombinasi yang baik antara kekuatan dan ketangguhan dalam sifat mekanik yang komprehensif.

Quenching adalah memanaskan baja hingga mencapai titik kritis Ac₁ atau Ac₃ ditambah 30 ~ 50 ° C, menahannya selama beberapa saat, dan kemudian dengan cepat mendinginkannya dalam air atau minyak untuk mendapatkan struktur kekerasan tinggi.

 Masalah yang harus diperhatikan dalam perlakuan panas pasca pengelasan

Perlakuan solusi melibatkan pemanasan sambungan las hingga 1000 ~ 1050 ° C, memungkinkan karbida yang mengendap pada batas butir selama proses pengelasan untuk melebur kembali ke dalam austenit, kemudian dengan cepat mendinginkan untuk memperbaiki struktur austenit. Perlakuan stabilisasi melibatkan pemanasan sambungan las hingga 850 ~ 900 ° C, tahan selama 2 jam, kemudian pendinginan udara, memungkinkan kromium dalam butiran austenit secara bertahap berdifusi ke batas butir, menghilangkan lapisan yang terkuras kromium pada batas butir, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap korosi antar butir.

Baik perlakuan larutan maupun perlakuan stabilisasi ditujukan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular pada sambungan las baja tahan karat austenitik.

 Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perlakuan panas pasca-pengelasan adalah sebagai berikut.

• Untuk baja paduan rendah yang mengandung sejumlah V, Ti, atau Nb, perlu untuk menghindari penahanan dalam waktu lama pada suhu sekitar 600°C, karena hal ini dapat menyebabkan kerapuhan temper, di mana kekuatan material meningkat sementara plastisitas dan ketangguhan menurun secara signifikan.
• Anil pelepas tegangan pasca-las umumnya harus 30 ~ 60 ° C lebih rendah dari suhu temper bahan dasar.
• Untuk beberapa struktur las baja paduan rendah yang mengandung elemen seperti Cr, Mo, V, Ti, Nb, perawatan harus dilakukan selama anil pelepas tegangan untuk mencegah retak akibat pemanasan ulang.
•  Selama perlakuan panas, harus berhati-hati untuk mencegah deformasi struktural.

Tabel 2-31 hingga 2-34 menunjukkan parameter utama dari beberapa spesifikasi perlakuan panas pasca-las yang umum digunakan.

Tabel 2-31 Laju pemanasan dan pendinginan pasca-pengelasan (di atas 400°C)

Tabel 2-32 Kisaran Ketebalan yang Membutuhkan Anil Pelepas Tegangan Setelah Pengelasan untuk Kelas Baja Tertentu

 Tabel 2-33 Temperatur Anil Pelepas Tegangan Pasca-Las untuk Mutu Baja Terpilih

 Tabel 2-34 Temperatur perlakuan panas pasca-pengelasan baja paduan rendah yang umum

Perlakuan panas pasca-pengelasan pada struktur las yang berbeda harus dilakukan sesuai dengan kondisi teknis pembuatan produk yang relevan.