Metalurgi Pengelasan

Indonesian Welding Society (IWS)

Topic :

“Metalurgi Pengelasan”Speaker : Dr. Ir. Abdullah Shahab , M.Sc ( ITS- Surabaya )

Metalurgi Pengelasan Suatu bidang studi yang meliputi:

ú Fundamental metalurgi bahanú Siklus Termal pengelasanú Kaitan antara siklus termal dan parameter pengelasanú Fenomena daerah pengaruh panas (heat affected zone,

HAZ)ú Perubahan sifat mekanis akibat pengelasanú Fenomena khas pada HAZ pengelasan material tertentuú Studi tentang struktur solidifikasi lasanú Cacat-cacat metalurgis

Pengetahuan dasar logamú Pembentukan kristal pada solidifikasi logamú Berbagai struktur kristal logamú Pengertian allotrophyú Pengertian logam paduan

Larutan padat Substitutional Interstitial

ú Pengertian faseú Diagram fase

logam paduan larut sempurnaLogam paduan larut sebagianLogam paduan fase kompleksDiagram Fe-Fe3c

ú Sifat mekanis logam

Perubahan sifat mekanis pada logamSifat mekanis suatu bahan akan berubah akibat :

ú Pemberian paduanLarutan padatPembentukan fase baru

ú Perlakuan panasPerubahan pada butir

BentukUkuran

Perubahan fasejenis , bentuk, ukuran, jumlah, distribusi

ú Perlakuan mekanisPerubahan pada bentuk dan orientasi grain

ú Pemanasan dan pendinginan pada pengelasan

Pengamatan metalographyProses metalography

Persiapan spesimenPengetsaan Pengamatan mikrosokop dan fotografi

Pengamatan metalography mampu menunjukkan:Perubahan bentuk dan ukuran butirPerubahan fase Presipitasi faseStruktur solidifikasi Cacat pengelasan

Mampu las (Weldability)

Kemampuan logam untuk dilas dalam suatu kondisi fabrikasiuntuk menjadi struktur yang layak dan bisa beroperasi secaramemuaskan dalam kondisi yang diinginkan

ò Pengelasan mudah

ò Tidak membutuhkan perlakuan khusus

òMenghasilkan sambungan tahan mekanis maupun

lingkungan

ò Tidak membentuk fase-fase yang berbahaya

Fenomena dalam pengelasan Dalam pengelasan terjadi beberapa fenomena

Peleburan

Solidifikasi

Siklus panas pada derah HAZ

Daerah sambungan las Pemanasan pada proses pengelasan menempatkan bahan pada beberapa daerah:

Daerah mengalami temperatur cair (daerah lasan)

Daerah terjadi perubahan metalurgis (daerah pengaruh panas)

Daerah tidak berubah (logam dasar)

Pembentukan daerah pengaruh panas

Ekstensifitas daerah pengaruh panas pada pengelasan ditentukan oleh:

ò Proses pengelasan

SMAW; LASER

ò Input panas sebagai fungsi parameter pengelasan

Arus; Tegangan ; Kecepatan pengelasan

ò Pekerjaan awal yang dialami

Proses manufakturing: hot atau cold rolled

Proses heat treatment: quenching, annealing, dsb

ò Temperatur pemanasan mula

ò Jenis dan dimensi logam

Pengaruh panas pada HAZPengaruh panas pada pengelasan ditandai dengan:

Perubahan mikrostruktur Pertumbuhan butir Terbentuknya fase-fasePresipitasi pada batas butir Rekristalisasi baja mengalami pekerjaan dinginPerubahan pada hasil precipitation hardening

Fissurasi karena liquasi fase dengan titik cair rendahFissurasi karena hydrogen embritlement

Solidifikasi pada pengelasan ú Solidifikasi berawal dari butir pada fusion line

secara epitaksial

ú Struktur solidifikasi dipengaruhi constitutional

supercooling yang merupakan fungsi :

Material

Proses dan parameter pengelasan

Proses kristalisasi logam

BCC : body centered cubic

Beberapa struktur kristal logam

FCC : face centered cubic

Allotrophy pada besi

Ferrite (besi α) , struktur kristal BCC stabil dibawah temperatur 912oC

Austenite (besi γ) , struktur kristalFCC, stabil antara 912 -1394 oC

Fase-fase dalam baja

Pearlite, terdiri dari ferrite dan cementite

Martensite

Diagram fase dua logam larutsempurna dalam keadaan solid

Diagram fase dua logam larutsebagian dalam keadaan solid

Diagram fase dua logam membentuk beberapa fase

Diagram Fe-Fe3c

Pengamatan metallography

mikroskop

Perubahan bentuk dan ukuran butir

Perubahan bentuk butir

Perubahan ukuran butir

Perubahan fase pada baja

Ferrite, Pearlite Martensite

Presipitasi fase

Presipitasi fase pada batas butir paduan aluminium

Presipitasi fase pada stainless steel

Struktur solidifikasi logam

Cacat-cacat pengelasan

Porositas pada daerah melebur parsial Keretakan pada daerah melebur parsial

Keretakan pada kaki fillet weldPorositas dan pengembangan butir pada HAZ

a b c d e f

Time

Tem

pera

ture

, o F

a

b

c

d

f

e

Siklus termal pada pengelasan

Perbandingan hasil pengelasanoxy-acetylene dan metal inert gas

Pengelasan metal inert gasPengelasan oxy-acetylene

HAZ pada pengelasan logam tebal

Una

ffect

edR

efin

edC

oars

ened

Loga

mla

san

Tran

sitio

n

Zona pada pengelasan baja karbon rendah

Partially refined zone

Unaffected base metal

Refined zone

Deposited weld metal

Coarsened zone

Perubahan fase baja akibat pengelasan

Kecepatan pendinginan HAZ

Ms

Mf

Ferrite , Pearlite

Martensite

Diagram transformasi baja karbon

Kecepatan pendinginan HAZ

Ms

Mf

Diagram transformasi baja paduan

0 5 10 15 20 25Time , sec

2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Tem

pera

ture

, o F Zone sensitis

Wel

d de

cay

Fenomena weld decay pada pengelasan stainless steel

Fenomena weld decay pada pengelasan stainless steel

Korosi intergranular pada HAZMikrostruktur stainless steel Logam dasar

Mikrostruktur stainless steelLogam dasar dan lasan

Rekristalisasi pada HAZ akibat pengelasan logam yang mengalami pekerjaan dingin

Logam dasar Kristalisasi semakin ekstensif pada Daerah HAZ dekat dengan fusion zone

Logam mengalami rekristalisasi sebagian

Logam lasan Logam lasan dipanaskan ulang

Solutionized (at Tsol )

Annealed

Heat to Tsol

Prolonged orOverheating During Age

Age Hardened

Slow cool from Tsol

Re-annealed

α + β Fine Precipitate

α + Coarse β

Overaged

Solution Treated

Rapid cool from Tsol

α + β in Solution

Heat to Aging Temperature

α

α + β

Aging Treatment

Solutionizing Treatment

Proses precipitation hardening

Har

dnes

s

Solutionized Slight Age

As-Welded

AnnealedModerate Age

AgedSlight Overage

Overage

Welded + Post Weld Age

Low Energy Input

High Energy Input

Solutionized

Solutionized

As-Welded

Har

dnes

s

Aged

Aged

Annealed

Welded + Post Weld Age

Har

dnes

sH

ardn

ess

a b c d

a b c d a b c d

a b c d

Perubahan kekerasan akibat pengelasan Material dilas dalam keadaan solutionized

Weld Metal

Heat Affected ZoneUnaffected Base Metal

a b c d

Har

dnes

s

Overaged

Weld + Post weld age

Aged

a b c d

SlightOveraged

As-Welded

Har

dnes

s

Unaffected

Overaged

Solutionized

a b c d

Har

dnes

s

Overaged

a b c d

UnaffectedAnnealed

As-Welded

Har

dnes

s

Overaged

a b c d

Annealed

SlightOveraged

Weld + Post weld age

Low Energy Input

High Energy Input

Weld Metal

Heat Affected ZoneUnaffected Base Metal

a b c d

Perubahan kekerasan akibat pengelasan. Material dilas dalam keadaan heat treated

Fissurasi karena liquasi fase dengan titik cair rendah

Pembekuan epitaksial

equiaxed dendriticgrowth

planargrowth

cellulargrowth

columnar dendriticgrowth

cellular dendriticgrowth

G/RSolidification parameter

Nom

inal

sol

ute

cont

ent

Co

(%)

T Liquidus

T Aktual

Zona Constitutional supercooling

Tem

pera

tur

Jarak dari interface solid-liquid

Constitutional supercooling dan pertumbuhan kristal

Terima Kasih