Tugas Akhir ANALISA PENGARUH LAS TITIK DAN URUTAN PENGELASAN TERHADAP DISTORSI DAN TEGANGAN SISA PADA PENGELASAN SAMBUNGAN PIPA ELBOW DENGAN METODE ELEMEN HINGGA Disusun Oleh : Metriks Ghozali Wicaksono Dosen Pembimbing : Totok Yulianto S.T., M.T.
JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
Latar Belakang
Penggunaan sambungan las pada pipa banyak Digunakan pada bidang perkapalan dan bangunan offshore. offshore Aplikasi “pengelasan pipa dengan elbow” sangat banyak ditemukan pada sistem perpipaan kapal. Distribusi panas yang tidak merata, menyebabkan timbulnya deformasidan Tegangan Sisa. Deformasi dan tegangan sisa yang terjadi sangat mempengaruhi sifat dan kekuatan dari sambungan las Diperlukan pemodelan pada tahap desain, untuk mengetahui jumlah tack weld dan welding Sequency yang tepat untuk pengelasan pipa dengan elbow
Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh las titik (tack weld) dan urutan pengelasan terhadap distribusi panas yang terjadi pada pengelasan sambungan pipa elbow? Bagaimana betuk distorsi (deformasi) yang terjadi akibat distribusi panas yang tidak merata pada sambungan pipa dengan elbow? Bagaimana tegangan sisa yang terjadi setelah dilakukan pengelasan? BaBagaimana variasi jumlah las titik (tack weld) dan urutan pengelasan yang menghasilkan distorsi (deformasi) terkecil?
Tujuan
Mengetahui pengaruh las titik (tack weld) dan urutan pengelasan terhadap distribusi panas yang terjadi pada pengelasan sambungan pipa elbow. Mengetahui bentuk distorsi (deformasi) yang terjadi akibat distribusi panas yang tidak merata pada sambungan pipa elbow tersebut. Mengetahui g tegangan g g sisa yyang g terjadi j di sekitar hasil p pengelasan. g Mengetahui variasi jumlah las titik dan urutan pengelasan yang menghasilkan distorsi (deformasi) dan tegangan terkecil.
Batasan Masalah
Proses Pengelasan yang digunakan adalah SMAW (Shielding Metal Arc Welding) Spesifikasi Material yang digunakan adalah: • ASTM A106 Grade B Sch 40 untuk material pipa dengan dimensi panjang dan diameter luar adalah 440 mm dan 6.625 inch. • ASTM A234 Grade WPB Sch 40 long radius untuk material elbow. Prosedur pengelasan berdasarkan WPS dari pihak galangan Validasi yang digunakan adalah distribusi thermal (menggunakan thermocouple), dan deformasi (menggunakan dial gauge) yang didapat dari pengelasan pipa dengan elbow.
Manfaat
Manfaat yang diambil dari hasil penelitian ini adalah mengetahui seberapa besar pengaruh jumlah las titik (tack weld) dan variasi urutan pengelasan terhadap distorsi (deformasi) dan tegangan sisa pada sambungan pipa dan elbow, sehingga dapat ditentukan pengelasan terbaik yang menghasilakan di t i dan distorsi d tegangan t sisa i yang terkecil t k il
Tinjauan Pustaka
Thermal Las Proses pengelasan dilakukan dengan cara melakukan pemanasan setempat atau lokal. Distribusi temperatur yang terjadi pada saat proses pemanasan maupun pendinginan tidak merata pada seluruh material. Ketidakmerataan distribusi temperatur inilah yang menjadi penyebab timbulnya deformasi danteganganpada struktur las. Untukmenyelesaikan berbagai persoalan dari deformasi tegangansisahasil pengelasan harus diketahui dahulu bagaimana distribusi dari temperatur yang dihasilkan terhadap material las.
Distribusi Panas
Distribusipanasdipengaruhiolehbeberapafaktor, yaitu: • Sifat konduktifitas ( sifat mampu menghantar panas ) dari material kerja. • Besarnya massa dari logam yang berada di sekeliling daerah las. las • Alur yang tersedia untuk proses konduksi panas. • Teknik pengelasan yang ang dilakukan dilak kan
Deformasi Deformasi disebabkan karena adanya proses pemuaian dan penyusutan yang tidak seragam/sama dari weld metal dan bagian base metal yang terkena pengaruh pe ga u pa panas as se selama a a ssiklus us pe pemanasan a asa da dan pe pendinginan d g a da dari p proses oses pengelasan Deformasi disebabkan karena adanya proses pemuaian dan penyusutan yang tidak seragam/sama dari weld metal dan bagian base metal yang terkena pengaruh panas selama siklus pemanasan dan pendinginan dari proses pengelasan B b Beberapa perubahan b h bentuk b t k / deformasi, d f i antara t l i : lain • Penyusutan melintang tegak lurus terhadap arah pengelasan • Penyusutan memanjang sejajar arah pengelasan
Sket Welding Suquence dan Tack Weld
Metode Elemen Hingga
Konsep dasar metode elemen hingga adalah diskritisasi yaitu pembagian suatu material menjadi elemen-elemen kecil (meshing) sehingga lebih memudahkan Dalam melakukan perhitungan. perhitungan Pembagian material menjadi elemen - elemen kecil dilakukan dengan bantuan software ANSYS.
Flowchart Mulai Studi Literatur
Material Properti es PENGUJIAN Pengelasan Material Spesimen
PEMODELAN Analisa Thermal (Transient)
Uji Pengelasan - Distribusi Termal - Deformasi
Analisa Struktural (Statis)
Data hasil pengujian
Data Hasil Pemodelan Evaluasi dan validasi data Valid
Pemodelan dengan Variasi Las Titik dan Welding Sequence Analisa Hasil dan Pembahasan Penulisan Laporan
Selesai
Invalid
Metodologi Pengujian o Tahap persiapan o Tahap pengukuran deformasi untuk kondisi awal sebelum tack weld o Tahap pengelasan tack weld o Tahap pengukuran perubahan deformasi o o o
Tahap pengukuran deformasi untuk kondisi awal sebelum pengelasan melingkar Tahap pengelasan melingkar dan pengukuran perubahan panas Tahap pengukuran perubahan deformasi
• Simulasi dengan ANSYS o o o o o
PenentuanMaterialProperties PenentuanHeatFlux Pemodelan(Thermal&Struktural). ( ) ValidasiHasil PemodelanUntukSetiapVariasiWeldingSequence.
SpesifikasiMaterial Pipa o ASTM A106 Grade B o Out Side Diameter Out Side Diameter = 6.625 inch. 6.625 inch. o Wall Thickness = 7.11 mm o Length of Pipe Speciment= 440 mm
• Elbow o ASTM A106 Grade B o Out Side Diameter = 6.625 inch. o Wall Thickness = 7.11 mm W ll Thi k 7 11 o Long radius elbow
Parameter Pengelasan Pengelasan tack weld dan layer I Tipe Pengelasan Kecepatan Pengelasan Kuat arus Voltage Efisiensi SMAW Diameter elektroda Diameter elektroda
= SMAW (Shielded Metal Arc Welding) = 1.01 mm/detik = 85 Ampere = 25 volt = 0.7 = 26 = 2.6 mm
Pengelasan layer II Tipe Pengelasan Kecepatan Pengelasan p g Kuat arus Voltage Efisiensi SMAW Diameter elektroda
= SMAW (Shielded Metal Arc Welding) = 1.03 mm/detik / = 115 Ampere = 25 volt = 0.7 = 3.2 mm
Tahap Pengujian
Pemodelan Thermal
Pemodelan Struktur
Pemodelan
Meshing
Pengelasan Layer I
Pengelasan Layer II
Perubahan Suhu Awal Layer II
Perubahan Suhu Akhir Layer II
Validasi Thermal Awal Layer II
Validasi Thermal Akhir Layer II
Validasi Struktur (Tack Weld)
H il D f Hasil Deformasi (Tack 4 Sequence Simetri) i (T k 4 S Si i)
Hasil Tegangan Sisa (Tack 4 Sequence Simetri)
Hasil Tegangan Sisa (Tack 4 Sequence Simetri)
Kesimpulan Dari hasil perbandingan distribusi panas antara percobaan dengan pemodelan terlihat
memiliki kecenderungan bentuk yang sama. Sedangkan hasil perbandingan deformasi yang dihasilkan dari percobaan dan pemodelan terlihat kurang baik. baik Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan kondisi batas antara percobaan dengan pemodelan. Kondisi batas yang diberikan pada pemodelan ANSY yaitu dengan memberikan displacement yang mendekati nol pada ujung luar pipa dan elbow, sedangkan kondisi pada percobaan yaitu tanpa memberikan displacement (kondisi bebas). Dilihat dari hasil validasi model panas dan struktur, dapat disimpulkan bahwa pemodelan panas sudah bisa dikatakan valid, sedangkan pemodelan struktur masih kurang untuk dikatakan valid karena perbedaan kondisi batas. Hasil deformasi terbesar terjadi pada pengelasan tack weld dua dengan urutan pengelasan menerus yaitu sebesar 3.13 mm, sedangkan deformasi terkecil terjadi pada pengelasan tack weld 4 dengan urutan pengelasan simetri yaitu sebesar 2.92 mm. Hasil perbandingan tegangan sisa total (von misses) yang ditunjukkan pada table perbandingan menunjukkan tegangan sisa total terbesar terjadi pada pengelasan tack weld dua dengan urutan pengelasan menerus yaitu sebesar 640.69 MPa, sedangkan total tegangan sisa terkecil terjadi pada pengelasan tack weld empat dengan urutan pengelasan simetri yaitu sebesar 362.06 MPa. Dilihat dari hasil perbandingan deformasi dan tegangan sisa, dapat disimpulkan bahwa pengelasan tack weld empat dengan urutan pengelasan simetri adalah yang paling baik karena menghasilkan deformasi dan tegangan sisa terkecil.
Terima Kasih Atas Perhatiannya
