Teknologi Underwater Welding Wet SMAW

Dipresentasikan Oleh :

Surasno

BALAI BESAR BAHAN DAN BARANG TEKNIKBADAN PENELITIAN DAN PENGEMBAGAN INDUSTRI

DEPARTEMEN PERINDUSTRIAN

Disampaikan dalam Seminar Teknologi Pengelasan Bawah AirBandung 8 Desember 2005

Pendahuluan Indonesia terdiri dari lautan dan daratan memiliki sumber kekayaan alam yang ada dilautan jumlahnya sangat banyak. Umumnya sumber natural carbon hydrate berada di bawah laut. Dari aspek ekonomis sumber daya alam ini harus dimanfaatkan pada situasi sekarang dan yang akan datang Minyak dan gas bumi dikedalaman laut merupakan sumber kekayaan alam jumlahnya sangat melimpah harus diekplorasi dan diolah supaya menjadi bahan yang bermanfaat untuk kepentingan kehidupan umat manusia.

Pendahuluan Lanjutan…Penambangan, pengolahan dan pendistribusian minyak dan gas bumi di dalam laut perlu penanganan yang baik menggunakan peralatan engineering dan teknologi yang memadahi. Seperti suatu sarana bangunan kontruksi lepas pantai flatform dan penyaluran produksi dari flatform ketujuan menggunakan pipa saluran dalam laut harus aman tanpa hambatan.Pada kondisi yang tidak memungkinkan dikerjakan didarat maka solusi kondisi yang sangat terpaksa harus dikerjakan dibawah air yang sangat berbeda dari lingkungan atmosfir. Pekerjaan kontruksi yang terendam di dalam air adalah teknologi under water welding

Kegiatan Teknologi Underwater Welding 1. Pipe line minyak dan gas offshore yang

menghubungkan dari platform ke platform, platform ke tangki penimbun. Dari bagian sambungan pipa yang tidak mungkin dikerjakan diatas bus kapal, maka kontruksi maupun perbaikan di dalam laut.

2. Bagian-bagian platform yang kontak dengan air laut memerlukan cara-cara pengelasan di dalam air ketika pemeliharaan dan perbaikan.

Kegiatan Teknologi Underwater Welding Lanjutan…3. Transportasi antar pulau mengunakan kapal-

kapal laut, tangker bermuatan minyak dan gas sewaktu-waktu mengalami kebocoran keadaan darurat memerlukan perbaikan di dalam air

4. Dermaga (jeti) bagian kontruksi baja yang terendam dalam air ketika mengalami kerusakan memerlukan pemeliharaan dan perbaikan di dalam air.

5. Tangki-tangki penimbun dan system perpipaan di dalam laut sewaktu-waktu mengalami kebocoran keadaan darurat memerlukan perbaikan di dalam air

Secara umum teknologi offshore (lepas pantai) pengelasan dipermukaan air adalah prioritas utama, sedangkan pengelasan di dalam air adalah bagian kecil dan demikian itu bilamana tidak memungkinkan untuk dikerjakan dipermukaan air.

Kegiatan Teknologi Underwater Welding Lanjutan…

Power Sources Underwater Welding

Nyala busur pengelasan dapat dikorelasikan dengan besar atau kecilnya karakteristik sumber tenaga listrik yang dilewatkan pada Elektroda. Under water welding memerlukan unjuk kerja power sources yang sesuai kebutuhan nyala busur. Kegagalan hasil pengelasan dapat terjadi oleh unjuk kerja nyala busur las yang tidak stabil. Pemakaian power source pengelasan merupakan hal yang sangat penting untuk menjamin bahwa proses las dan power sources yang digunakan dalam kondisi baik untuk merekomendasikan tujuan pengelasan.Faktor-faktor pertimbangan dalam memilih desain power source, supply listrik, pengemasan, kemampuan pemeliharaan dan persyaratan keamanan termasuk juga spesifikasi static dan karakteristik hasil daya penggerak

Persyaratan Proses Underwater Welding Pengaruh tekanan pada unjuk kerja dan persyaratan parameter las berkembang sesuai perubahan sifat-sifat nyala busur.Pada proses las nyala busur diperoleh dari suatu sumber listrik yang menghasilkan nyala plasma. Untuk tujuan pengelasan nyala busur harus seragam dan stabil. Struktur bentuk nyala busur harus dikontrol oleh sifat nyala plasma, kondisi lingkungan dan parameter las yang mendukung busur nyala.Sebagai contoh pada tekanan normal yang dinaikan satu atmosphere sifat-sifat pisik dari plasma mengubah kerapatan density dan akan meningkat pada tekanan absulut. Meningkatnya konduktivitas panas menyebabkan membesarnya energy bebas dari bagian luar nyala busur didalam meneruskan sumber tegangan busur.

Proses Underwater Welding SMAW

Proses pengelasan melalui peleburan logam yang dihasilkan oleh panas dari nyala busur antara ujung tip elektroda yang dilapisi pembungkus dan permukaan logam induk yang dilas. Proses las SMAW umumnya digunakan pada kondisi atmosphere, dan selanjutnya pengelasan SMAW digunakan juga pada underwater welding. Merupakan proses yang paling awal pada teknologi pengelasan didalam air. Gambar berikut memperlihatkan perbedaan underwater welding wet dan under water welding dry SMAW.

(a) (b)

Underwater welding wet (a) underwater welding dry (b)

Proses Underwater Welding SMAW Lanjutan…

Proses Underwater Welding SMAW Lanjutan…Teknologi Underwater Welding Wet SMAW (UWW-SMAW) adalah proses las pada logam-logam yang kontak langsung dengan air. Proses ini umumnya memiliki kesamaan proses las didarat, yang menjadi perbedaan pada UWW- SMAW mengalami tekanan di kedalaman air dan lingkungan basah. Dengan sedikit modifikasi peralatan akan memenuhi persyaratan sebagaimana pengelasan di darat. Proses las yang paling awal digunakan didalam air adalah proses SMAW Teknologi UWW-SMAW adalah proses las yang spesifik digunakan untuk pekerjaan ringan pada pemeliharaan, perbaikan dan kontruksi lapangan.

Proses Underwater Welding SMAW Lanjutan…Hal khusus dari proses UWW-SMAW adalah modifikasi dari beberapa bahan tambahan yang diperlukan untuk melindungi nyala busur efektif pada lingkungan basah. Seperti mencegah kebocoran busur nyala melindungi elektroda dari lingkungan air. Lapisan elektroda lebih effective untuk mencegah kebocoran arus dan kedap air pada elektroda.

Keuntungan Underwater Welding Wet SMAW

1. Peralatan relatif sederhana, murah dan portable2. Logam inti, fluk pembungkus dan logam las relatif

terlindungi dari pengaruh oksidasi selama pengelasan3. Perlengkapan gas pelindung atau flux butiran (SAW) tidak

diperlukan4. Proses sedikit sensitif terhadap gerakan gelombang air dari

pada proses GMAW5. Dapat digunakan pada daerah akses yang terbatas6. Proses paling sesuai digunakan pada logam-logam paduan

Keuntungan teknologi UWW-SMAW terhadap pengelasan yang lain adalah:

Keunggulan Underwater Welding Wet SMAW Keunggulan Technology UWW-SMAW dibandingkan dengan Proses lain :1. Diver/welder mampu mengelas pada struktur lokasi yang

sempit. Dengan proses SMAW welder bekerja penuh, bebas bergerak untuk mengelas perbaikan (welding repair) yang biasanya diperlukan waktu cepat dan biaya rendah.

2. Mesin las standar dan perlengkapannya dapat lebih mudah digunakan dan dimobilisasi pada lokasi kerja.

3. Pemakaian lebih banyak pada pemasangan dan perbaikan kontruksi

4. Mengurangi waktu kerja akan menurunkan waktu gangguan operasi pada struktur

Karakteristik Gambaran yang Merugikan 1. Busur yang tidak stabil menghasilkan bentuk manik tidak

rata, inklusi dan porosity2. Fluk pembungkus kurang menyatu selama pengelasan3. Sambungan cepat dingin, mengarah pada HAZ kekerasan

tinggi. Ketangguhan dan kekenyalan rendah pada logam las dan HAZ.

4. Terjadi kandungan hidrogen tinggi pada sambungan las 5. Kandungan oxygen tinggi dalam logam las, oksidasi element

paduan, ketangguhan buruk dan membuat suatu perubahan komposisi kimia pada logam las

6. Gas-gas yang dihasilkan dari pembungkus elektroda dalam air dapat mengganggu kemampuan diver/juru las

7. Laju deposit logam las relatip rendah dibandingkan proses lain.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Karakteristik Proses

Hyperbaric Suatu kecenderungan kenaikan tekanan akan memberikan kenaikan density energi dan penurunan daerah katoda. Maka busur nyala las harus tetap pendek untuk menjaga kestabilan hasil pengelasan, hal ini merupakan kebutuhan dalam menempatkan ujung elektroda yang tepat pada tekanan dynamic sumber tenaga (power source)Peningkatan tekanan pada kedalaman permukaan air parameter las menjadi lebih terbatas untuk mempertahankan busur nyala pengelasan.Peningkatan kedalaman spesifik menaikan tegangan (voltage), menurunkan amper (current) dan secara alami merubah masukan panas (Heat input).Diameter kawat inti yang dikecilkan direkomendasikan untuk merespon penyesuaian relatif pada kesetabilan busur nyala. Kenaikan density energi pada tekanan juga menumbuhkan kedalaman fusion plate yang merupakan kesulitan dalam pengelasan akar las sisi tunggal pada pengelasan system perpipaan.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Aspek Metalurgi dan Sifat

Mekanik Karakteristik proses SMAW pada las produksi adalah tingginya kekerasan dan rendahnya ketangguhan pada HAZ dan tumbuhnya porosity pada logam las, manik las (bead) yang tidak rata akan menaikan konsentrasi tegangan merupakan kekosongan pada bagian-bagian yang dikenai effect tekanan. Demikian itu mudah terjadi bilamana dibandingkan dengan pengelasan yang sama dikerjakan didarat. Pemakaian baja-baja tegangan tinggi. Kenaikan tegangan dari kandungan karbon yang tinggi dapat merupakan masalah kerentanan sambungan las yang berhubungan dengan keretakan oleh hydrogen spesifik pada sambungan las yang dikerjakan didalam air.Penggunaan formula karbon keseimbangan ( Carbon Equivalent ) sebagai petunjuk untuk kekuatan dan kemampuan las pada baja-baja karbon mangan

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)15Nilai CE dinyatakan dalam prosen berat, dalam hal ini untuk mengukur tingkat kekerasan dan tegangan tarik baja yang berhubungan dengan penurunan kekenyalan baja.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Hydrogen Induced Cold Cracking

(HICC) Kerentanan HICC adalah suatu persoalan pada pengelasan baja diatas 350 Mpa. Permasalahan ini dapat dikontrol dengan pemilihan prosedur pengelasan yang tepat Diketahui bahwa prosentase kelembaban secara significant meningkatkan keberadaan hydrogen. Sehingga UWW pada baja tegangan tinggi sangat rentan terhadap kecenderungan HICC khususnya pada struktur HAZ juga pada logam las. Seperti retakan dapat dialami oleh tiga faktor kejadian pada waktu yang bersamaan:

1. Kejadian difusi atomic hydrogen pada logam las cair2. Struktur yang rapuh terbentuk di HAZ dan Logam las3. Sambungan las yang dikenai tegangan tekanan (dari luar atau

tegangan sisa) Maka ditekankan mencegah pertumbuhan retakan oleh pengaruh 3 faktor ini harus dikurangi.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW

Ilustrasi kombinasi dari kondisi persyartan terbentuknya HICC

Air disekitar sambungan las mempercepat pemadatan pada logam las cair dan mempercepat pendinginan pada HAZ sehingga menumbuhkan perubahan struktur mikro pada logam las dan HAZ yang memilki sifat rapuh dan menurunkan sifat mekanis logam las. Nilai keras untuk membantu mengidentifikasi keadaan struktur mikro pada HAZ pada kemunculan martensit.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Logam Las Secara Kimiawi

1. Kandungan karbon dan oksigen meningkat sebanding dengan penurunan kedalaman tertentu dan seterusnya relatif konstan pada peningkatan kedalaman air.

2. Kandungan mangan dan silikon menurun sebanding dengan penurunan kedalaman tertentu dan seterusnya relatif konstan pada peningkatan kedalaman air.

3. Reaksi dekomposisi karbon mengontrol kandungan oksigen turun sampai pada kedalaman 50 meter, dan kandungan oxygen ini mengontrol logam las pada konsetrasi unsur mangan dan silicon pada kedalaman tertentu sampai reaksi oksidasi terjadi.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Dilusi Logam Induk

Selama pengelasan logam cair dari kandungan elektroda dan logam induk secara proposional akan menentukan hasil pengelasan juga ditentukan oleh heat input. Pengaturan dilusi logam ditentukan oleh kecepatan melelehnya elektroda dan penembusan/penetrasi.Dilusi merupakan hasil dari pengendapan logam induk yang meleleh dan pencairan elektroda. Dilusi secara konvensional ditunjukan sebagai presentasi pelelehan logam induk dalam pengelasan dan dapat digunakan untuk memperkirakan tingkat prosentasi dari logam las

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding Wet SMAW

Proses Laju Pendinginan UWW-SMAW Konduktivitas panas tinggi pada air yang berada disekeliling pengelasan akan mempercepat pendinginan. Penomena pendinginan permukaan lebih cepat kehilangan panas di daerah pengelasan di bawah nyala busur. Panas dialirkan ke air disekitarnya dibawa oleh gaya yang memotong sepanjang interface antara air dan peningkatan kolum udara.Sebagai konsekuensi menaiknya laju pendinginan pada UWW-SMAW terak dan gas-gas yang terbentuk dapat terkurung pada pemadatan logam yang meleleh.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Porosity Logam Las

Porosity pada logam las dilaporkan sebagai kerusakan yang paling umum dari semua proses las. Secara spesifik menjadi perhatian utama pada UWW-SMAW. Pembentukan pori-pori hasil reaksi kimia yang memproduksi udara jenuh dari udara terlarut atau udara terjebak. Secara alami kuantitas penyerapan udara pada logam las akibat pengaruh tiga proses yang saling bekaitan dimulai dari inti, pertumbuhan dan penjalaran porus.Telah diamati bahwa peningkatan porositas pada logam las berhubungan dengan peningkatan kedalaman. Dua metoda telah digunakan untuk mengurangi penyerapan udara pada logam las UWW-SMAW.

1. Penambahan komponen/elemen pada logam las cair dengan tujuan mengurangi penyerapan hydrogen.

2. Perubahan parameter las untuk mengurangi pembentukan porus. Pengaruh kecepatan las pada pembentukan porus telah dipelajari oleh sejumlah penyelidik

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW Parameter Pengelasan untuk UWW-SMAW

Penyelidikan saat ini menunjukan adanya hubungan kuat antara kandungan hydrogen logam las dan parameter las yang digunakan. Difusi kandungan hydrogen logam las naik berhubungan dengan meningkatnya tegangan (voltage). Difusi kandungan hydrogen logam las menurun berhubungan dengan meningkatnya arus pengelasan.Pada suatu proses las kebanyakan seluruh energy listrik dikonversikan kedalam panas dan sebagian kecil diradiasikan kesekeliling air. Sebagai contoh untuk pembentukan nyala busur digunakan energi 4kW, welder harus mampu memelihara nyala busur yang akan menghasilkan heat input pada laju 4Kj/s. Didalam praktek bagaimanapun juga welder akan menggerakan elektroda sepanjang sambungan las. Masukan panas sepanjang garis sambungan las akan tergantung pada kecepatan pengelasan.

Pengaruh Tekanan pada Proses Underwater Welding SMAW

Parameter Pengelasan untuk Underwater Welding Wet.

Secara umum dapat dikatakan bahwa semakin tinggi panjang busur nyala akan memberikan tegangan semakin tinggi, manik las lebar dan kemungkinan nyala busur tidak stabil. Sementara semakin rendah tegangan menghasilkan nyala busur pendek, profil manik las tinggi dan kemungkinan cacat pada fusi (lack of fusion) pada kaki las.

Bahan pengisi pada Proses Underwater Welding Wet SMAW

1. Kawat inti adalah jenis baja karbon rendah ukuran diameter 2,6 atau 3,2 mm

2. Bahan pembungkus dari tipe cellulose tidak digunakan kecenderungan menimbulkan tingkat porosity tinggi

3. Bahan pembungkus Basic cukup banyak digunakan dapat meningkatkan kekuatan tetapi kecenderungan membentuk struktur keras dan rapuh

4. Bahan pembungkus rutile banyak digunakan tetapi tegangan tarik rendah pada kondisi normal akan kehilangan unsur silicon dan mangan ketika proses las dikedalaman air, untuk menstabilkan ditambahkan unsur mangan berupa ferro-mangan dan silica oksida dan besi untuk kestabilan komposisi bahan.

Spesifikasi untuk underwater welding

AWS D3.6M:1999 Specification for underwater welding. Klasifikasi :1. Class A Underwater welding untuk beban desain paling tinggi

(Suitable design strees)2. Class B Underwater welding untuk beban desain menengah,

batasan toleransi terhadap ketidak mulusan (less critical applications)

3. Class C Underwater welding untuk persyaratan paling bawah4. Class O Underwater welding untuk persyaratan sesuai

spesifikasi, persyaratan tambahan lingkungan dan kondisi kerja

Studi KasusPerbaikan struktur Platform-offshore underwater wet

welding

Masalah

1. Hasil pemeriksaan pada platform sambungan 3B1 + 36 feet dibawah air rusak berupa retakan, yang disebabkan oleh tumbukan kapal.

2. Kerusakan ini tidak berpengaruh terhadap pergeseran beban platform

3. Tetapi untuk menjaga kerusakan lebih lanjut dilakukan perbaikan dengan cara pengelasan

4. Analisa metalurgi adalah kerusakan oleh beban impact yang terjadi pada brace 3B1 dekat kaki jaket 3E

Studi Kasus

Studi Kasus

Studi KasusTindakan Perbaikan

1. Bagian yang retak dihilangkan sekeliling tube untuk menjamin tidak terjadi gerakan geser dan retakan merambat.

2. Membuat welding procedure perbaikan pada brace baru UWW-SMAW yang memenuhi persyaratan, tanpa retakan akibat hydrogen. Procedure ini memenuhi standar AWS D3.6-99 untuk Groove dan Fillet kelas B

3. Mengelas diaphram bagian dalam untuk menghindari perpindahan air laut

4. Pengelasan Kerangan landai direkomendasikan untuk perbaikan brace

Studi Kasus

Studi Kasus

Studi Kasus

1. Diving technology

2. Copper Diving helmets dari carbon fibre helmets atau compact glass, safety shoes

Peralatan persyaratan Underwater Welding

Peralatan persyaratan Underwater Welding

1deck compression chamber

Deck transfer lock

Diving chamber

Hot water supply for driver

Waterbsupply and sewage

Umbilical cord

Driving chamber trollley

Gas storage tank

winchesUnder-water tool

Diving gear

Under-water television

Supply lock

Diving chamber

Air-conditioning unitcompressor

Helium recovery Control panel

Peralatan persyaratan Underwater Welding

Peralatan persyaratan Underwater Welding

diver

helmet

helmet

shoes

Mask communications

Peralatan persyaratan Underwater Welding

Kesimpulan 1. Underwater welding wet SMAW dirancang untuk kegiatan

perbaikan, pemeliharaan dan kontruksi ringan.2. Underwater welding wet SMAW lebih mudah dilakukan

dibandingkan dengan proses las yang lain, welder lebih cepat bergerak bebas.

3. Pertimbangan porositas oleh udara jenuh dan oxidasi. Retakan oleh HICC. Pada proses las harus disiapkan welding procedure spesifikasi (WPS) dan welding procedure qualification record (WPQR) yang memenuhi standar AWS D3.6:1999 specification for Underwater welding.

4. Pertimbangan pemilihan elektroda berdasarkan pada kandungan silicon dan mangan karena unsur ini cenderung menurun sampai kedalaman 50 meter.