ANALISIS KEGAGALAN SAMBUNGAN BAUT

Daftar isi Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007

Rekayasa

ANALISIS KEGAGALAN

Perangkat

ISSN 1693-3346

Nuklir

SAMBUNGAN BAUT

Sanda dan Suryanto Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional

ABSTRAK ANALISIS

KEGAGALAN

SAMBUNGAN

BAUT PAD A BEJANA

PROSES.

Sambungan baut kelihatan sangat sederhana, namun memiliki fungsi yang sangat penting, sambungan

baut yang berfungsi dengan baik akan menghindari

mesin dari kebocoran,

keausan, selip, pecah (rupture). Banyak penyebab terjadi kegagalan sambungan baut. Jenis permasalahannya

berbeda-beda,

misalnya konstruksi sambungan baut pada bejana proses,

turbin uap, atau ketel uap dan lain-lain. Kegagalan tersebut akibat panas dan tekanan tinggi yang menyebabkan

kegagalan fatal pada bejana proses atau turbin itu sendiri, namun alat

tersebut dapat menghindarinya, tersebut.

Berdasarkan

karena ada

pengamatan

faktor-faktor

yang telah dilakukan,

redundan yang dimiliki alat penyebab

kegagalan

dapat

diakibatkan oleh adanya kesalahan pad a saat disain, saat perakitan dan saat operasi. Dan penyebab kegagalan

lain dapat juga terjadi karena kesalahan,

korosi. Hasil pengamatan bukan

menunjukkan,

saja dari besamya

diakibatkan

tekanan

Creep, getas, palstik dan

bahwa faktor kegagalan sambungan baut terjadi

yang terjadi

didalam

bejana

proses, tetapi juga

oleh adanya kesalahan teknis, diantaranya adalah pecah akibat beban statis,

getas dan kelelahan bahan. Selain itu kegagalan bisa disebabkan oleh pengencangan yang berlebihan, sehingga baut mengalami pengecilan.

Kata kunci : kegagalan, baut, bejana proses, kelelahan, getas, produk dan rakitan.

ABSTRACT THE FAILURE VESSEL. The lenghtening

ANALYSIS

OF BOLT LENGHTENING

OF

PROCESS

failure analysis of bolt lenghtening of process vessel was carried out. Bolt

look very simple, however It has very important function, bolt lengthening

which working properly may avoid engine from leakages, wear down, slip, and rupture. Many cause failing of bolt lenghtening, kind of problem very different, such as lenghtening bolt construction

of Prosses Vessel, Steam Turbine, Steam Vessel, 177

These are caused by

ISSN 1693-3346

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

high pressure and heat. Redundant factors of machine can avoid fatal failure of Prosses Vessel or Turbine.

Base on the observation,

failure may be caused by design error,

assembly error or operation error. Based on materials failure may be caused by rupture, fatigue, creep, plastic and corrosion. Observation

result show heat failure factor at bolt

lengthening is not only high pressure in the vessel but also technical error such as rupture, fatigue and creep. In addition, the failure can be caused by excessive strengtened so that bolt lengthening necking.

Keywords:

failure, bolt, process vessel, fatigue, fracture, product and assembly.

PENDAHULUAN Baut dan mur merupakan bersifat

pengikat

dua komponen

atau lebih yang ikatannya

semi permanen dan digunakan secara (uas oleh masyarakat.

untuk mengikat suatu konstruksi

Baut bisa digunakan

bangunan baja dengan rigiditas yang tinggi, menutup

suatu perrnukaan· nozle, dan menutup

permukaan

atas dari suatu £lens sebuah bejana

proses. Oalam aplikasinya, mur biasa digunakan untuk komponen dinamis contohnya mur roda .mobil, sedangkan

untuk ulir dalam (pengganti

mur) bukan mur,

biasa digunakan

pada komponen statis dan konstruksi yang presisi, seperti pada bejana proses. Baut dan mur yang mengikat mengakibatkan

ban yak mengalami

perubahan

kondisi fisik, yang

terjadinya suatu kegagalan dari suatu alat. Pemilihan baut juga merupakan

faktor yang penting karenanya

suatu konstruksi

untuk menghindari

terjadinya

kegagalan

sambungan

baut. Oleh

untuk menjamin suatu konstruksi agar aman ketika beroperasi maka kondisi

baut dan mur harus terjamin

kekuatannya.

Untuk itu perlu dilakukan

suatu analisis

sambungan baut dan mur dengan model pendekatan tedistribusi

merata. Hasil analisis ini diharapkan bisa dijadikan sebagai pedoman untuk

aplikasi baut pada suatu konstruksi, khususnya bejana proses.

178

ISSN 1693-3346

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

METODOLOGI Walaupun baut dan mur dapat menerima beban tarik, tegangan putus geser dan tegangan normal yang timbul karena gaya diatas tidak diperbolehkan

melampaui tegangan

putus geser dan tegangan normal yang diijinkan. Apabila pada sebuah baut bekerja gaya tarik F, maka dalam baut itu (gambar I) akan timbul gaya tarik yang dapat menyebabkan patah atau putus pada penampang A, luas penampang baut dalam mur dengan garis tengah d I dan tinggi hI atau pada penampang B, luas tungkai dalam mur dengan garis tengah d dan tinggi hI. Jika ulir mur bergeser dari posisinya, maka tegangan tarik[l]

yang terjadi

pad a penampang A, yaitu

F (J' = I

A

.............................................................. (I)

Yerata

Dimana : crt = Tegangan

tarik (kg/cm2)

F = Gaya tarik pada baut (kg) A rerata

= luas penampang rata-rata baut

A reratadapat

(cm2)

ditentukan dengan menggunakan persamaan[l] sebagai berikut : ..........................................................

d

c dl

F

Gambar I. Gaya Tarik F yang terjadi pad a Baut

179

(2)

ISSN 1693-3346


Untuk.mendapat

gaya pengencangan

Fa pada suatu sambungan baut dan mur akan

timbul momen puntir Mw, momen gesek Ms. Momen gesek yang ditimbulkan dari gesekan antara bidang tumpu kepala baut atau mur dan bagian konstruksi

yang akan disambung,

adalah MS[I] sebagai berikut : Ms = Fa.fs.rs

...................................................................

(3)

Dimana : fs = koefisien gesek rs = Iengan tuas rata-rata gaya gesek (mm), ditentukan dengan persamaan berikut 101:

r s

Ds +dg =--4

..................................................................

(4)

dimana : Os = garis tengah luar bidang tumpu mur (mm) dg=garis tengah lubang baut (mm) Dari persamaan-persamaan

diatas diperoleh momen pengencang Ma[I]Sebagai berikut : .............................. (5)

dimana: p = sudut gesek,

0

f= koefisien gesek antara mur dan baut Untuk melepaskan

mur, diperlukan

momen pelepasan

Mi [l]dengan persamaan

sebagai

berikut : .................................. Sedangkan

untuk

perhitungan

penampang

memanjang

berdinding tipis dengan tekanan internal p, garis tengah internal timbul tegangan tarik (J (_

p.d-

25

(]"t

d

(6)

bejana

dan tebal dinding

aksial dengan persamaan [l]sebagai berikut :

..................................................................................

180

proses

(7)

yang f5,

akan

ISSN 1693-3346


Untuk tegangan tarik penampang melintang

a1----_p.d

.......................................

46

Jika

(It

=

(J(

radial hanya separuhnya, yaitu : ...........................................

(8)

maka tebal dinding bejana proses dapat dihitung sebagai berikut :

0:1

6 = p .d + c

(9)

2.al dimana : c = konstanta tambahan untuk antisipasi korosi dan toleransi tebal dinding, mm. Dengan memilih

0:1 rendah

harus diperhitungkan

kenaikan tegangan yang mungkin

timbul karena perubahan tekanan air, perubahan bentuk karena adanya selisih temperatur, beban be rat dan toleransi (biasanya 15%) untuk tebal dinding,

sehingga tegangan yang

terjadi dapat lebih 20% dari (It, juga kekurangan penguatan akibat (pada baja terjadi diatas 150°C keatas). Sedangkan kekuatan

cp

juga harus diperhitungkan.

kenaikan temperatur

pad a bejana yang dilas, presentase

Apabila besar gaya yang bekerja pada bejana

diketahui, maka tebal dinding bejana dapat segera dihitung. Pada umumnya tegangan tarik yang diijinkan

at pada dinding pipa tergantung pada batas regangan Re pada temperatur

kerja di dalam bejana, dengan batasan yang digunakan [l]adalah Re

= 1,6 ... 2,5

.......................................................................

( I 0)

2413)

jenis

at Normalisasi digunakan

Jerman

(DIN

memberikan

pertimbangan

baja yang

antara temperatur 150°C hingga 550°C dalam bentuk Tabel I[I], yaitu :

Tabel 1. Kekuatan Tarik Jenis Baja -200 70 90 260 170 120 110 150 550 500 450 400 300 280 240 50 220 190 60 210 100 130 170

dasar

BATAS RAYAP REGANG 230 300 290 260 TARIK

N/mm2 350KEKUATAN - 550 450 450 550 N/mm2 N/mm2 pacta pada °C °C

150

18 I

ISSN 1693-3346


Sehingga persamaan tebal dinding bejana !IJditentukan menjadi sebagai berikut : .........................................................

( 11)

dimana : d : garis tengah luar pipa, mm
0-1 ~

R.

1,6

sampai pada temperatur 350°C diambil

untuk temperatur 400°C - 525°C diambil batas rayap bahan

pada temperatur kerja bejana/pipa. Adapun untuk menentukan baut flens, harus ditentukan jumlah dan diameter baut flens. Jumlah baut

i yang

140 mm, paling tinggi diperkenankan.

dipilih, menentukan

jarak antara garis sumbu, biasanya 120 -

180 mm!1J . Makin kuat flens, makin besar jarak bagi yang

Flens yang lebih tipis memerlukan jarak bagi yang lebih kecil. Sedangkan

gaya yang terjadi pad a baut diperoleh dari persamaan!IJ, sebagai berikut: ............................................................ dimana : b : Iebar paking, mm F : gaya yang bekerja pada baut, N

D : garis tengah baut flens, mm P : tekanan internal, N/mm2

182

( 12)


ISSN 1693-3346

HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan

pengamatan yang telah dilakukan pada sambungan baut M lOx 1,50[3]

sebanyak 12 buah dari bahan SS 304, yang digunakan untuk mengikat flens sebuah bejana proses dari bahan SS 304. Sebagaimana yang terlihat pad a Gambar 2. dibawah. m

~I

I

1"

I!

~., ..

II

iJ- I

~

~

~19'

I

1~~5a..

211

Gambar 2. Baut Flens pada Bejana Proses Bejana proses perhitungan mempunyai data sebagai berikut : Bejana mempunyai diameter 250 mm dengan ketebalan dinding 5 mm, uap dan tekanan yang akan bekerja didalam bejana maksimal pada temperatur 400°C dan 12 bar. Dari data diatas diperoleh hasil perhitungan

untuk bejana proses dan baut flens

bejana sebagai berikut : - Tegangan tarik yang terjadi di dalam bejana sebesar at = 30 N/mm2 - Tebal dinding bejana proses yang seharusnya 8 = 3 mm - Tegangan tarik puntir atw = 3072,90 N/mm2 - Tegangan pengencangan

aa = 122,47 N/mm2

- Tegangan tarik yang diijinkan a-, = 154 N/mm2

183

Treatment Poor Finish RatioFits of Parts Galling Improper Preload dfness Shape

ISSN 1693-3346


B ila syarat pengencangan

(allowable

Ga

diantaranya karena

sambungan

kegagalan

dan

Ga =

harus

122,47 N/mm2

sambungan

adalah pecah/patah

vibrasi

yang

< Tegangan tarik yang diijinkan

memenuhi syarat tegangan, yaitu Sedangkan

stress)

kebocoran

dipenuhi 0-"

adalah

berarti harga diatas telah

< 0-, = 154 N/mm2.

baut dipengaruhi

juga

oleh beberapa

sambungan.

Berdasarkan

besar kegagalan

Tabel

1, model

Tabel I. Model Kegagalan Sambungan Baut[2] * * FRACTURE

184

..

**

kegagalan

yang terjadi disebabkan

fatique failure. *

hal,

akibat be ban statik, kegagalan akibat kelelahan, kendur

baut, maka kemungkinan

******Surfaces * * axis ofbolt Joint of Condition relative Heat Direction LOOSENING VIBRA FATIGUE LEAKAGE JOINT FAILURE nONto vibration Excursions Load ofand axis Magnetude PRIMARY CAUSE (FACTORS) Tool Marksin Condition Temperatur ofCvcling Gaskets Damping Joint

Tegangan

*

adanya


ISSN 1693-3346

KESIMPULAN Dari hasil dan pembahasan

diatas dapat ditarik beberapa

kesimpulan

sebagai

berikut :

1. Baut £lens bejana proses sebanyak 12 buah dengan ukuran M lOx 1,50 dan panjang bodi baut 30 mm memiliki kemampuan untuk menahan tekanan dari dalam sebesar

122,47 N/mm2. 2. Faktor kegagalan sambungan baut bisa terjadi bukan saja dari besarnya tekanan yang terjadi

didalam bejana proses, tetapi juga bisa diakibatkan

oleh adanya

kesalahan teknis, diantaranya adalah pecah akibat beban statik, kegagalan dalam pengoperasian

akibat kelelahan bahan, juga bisa diakibatkan

oleh pengencangan

yang berlebihan, sehingga baut mengalami pengecilan leher baut (necked out)

DAFT AR PUST AKA 1. Jac. Stolk dan C. Kros, "ELEMEN MESIN, ELEMEN KONSTRUKSI DARI BANGUNANMESIN", Erlangga, Jakarta, 1984. 2. ASIA PACIFIC INSTITUTE FOR MANAGEMENT DEVELOPMENT, Jakarta, December, 1993.

3. Hermann Jutz and Eduard Scharkus, "WESTERMANN TABLE FOR THE METAL TRADE",

Mohinder Singh Sejwal for Wiley Eastern Limited, India, 1961.

LEMBAR TANYA-JAWAB PERT ANY AAN : Dari A. ChamsudilYundi

I. Mengapa juduI tidak sesuai dengan isi ? 2. Analisis sambungan metodenya berdasarkan apa?

JA WABAN

1. Judul ini sudah sangat cocok dengan isi, contohnya di dalamnya dibahas tentang kegagalan sambugan baut yaitu kegagalan bukan saja akibat dari besarnya tekanan di dalam bejana, tapi dapat disebabkan oleh kesalahan teknis dan pengencangan baut yang dilakukan secara berlebihan. 2. Analisis berdasarkan model pendekatan terdistribusi merata, maksudnya beban (tekanan) yang bekerja terjadi pad a seluruh penampang baut yang mengikat £lens.

185

ANALISIS KEGAGALAN SAMBUNGAN BAUT

Recommend Documents