Perlakuan Panas Pasca Pengelasan

Post weld heat treatment (PWHT) adalah proses yang dirancang untuk meringankan dan mendistribusikan kembali tegangan sisa yang dihasilkan selama pengelasan, sekaligus menghasilkan perubahan metalurgi yang meningkatkan kekuatan, keuletan, dan ketangguhan.

PWHT mungkin diamanatkan oleh kode industri untuk beberapa logam yang digunakan dalam peralatan bertekanan; namun, kebutuhannya harus dievaluasi dengan hati-hati terhadap biaya dan potensi efek sampingnya terhadap sifat material.

Tekanan Sisa

Tegangan sisa dapat timbul selama pengelasan karena gradien suhu antara material las dan material induk, dan dapat mencapai tingkat kritis, yang menyebabkan keretakan atau retak korosi tegangan pada komponen dengan dinding tebal. Sebagian besar kode bejana tekan dan perpipaan menetapkan perlakuan panas pascalasan (PWHT) jika pengelasan melebihi ambang batas kekuatan luluh desain tertentu untuk membatasi potensi fraktur getas.

PWHT adalah proses yang dirancang untuk menghilangkan atau mendistribusikan kembali tegangan sisa dan meningkatkan efek tempering, presipitasi, dan penuaan pada logam las, yang pada akhirnya meningkatkan ketangguhan, keuletan, dan ketahanan terhadap retak korosi tegangan. Namun, untuk proses PWHT yang efektif, pemahaman yang lebih baik tentang mekanismenya harus diperoleh.

Untuk mencapai hal ini, analisis elemen hingga (FEA) digunakan untuk mensimulasikan bidang tegangan pada model analisis elastis dan elastis-visko-plastik untuk pengelasan dengan berbagai ketebalan dinding. Pendekatan pemodelan creep yang komprehensif juga digunakan untuk memahami bagaimana regangan plastis dan tegangan balik berkontribusi terhadap pelepasan tegangan sisa.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa PWHT dapat menghasilkan pengurangan tegangan sisa yang memuaskan dan peningkatan properti material pada berbagai macam material las, dengan kekuatan tarik akhir yang mendekati nilai desain setelah perlakuan. Investigasi lebih lanjut harus berfokus pada penciptaan hubungan Waktu-Suhu-Ketebalan yang tepat untuk pengelasan yang lebih tebal yang menjalani PWHT untuk meminimalkan risiko yang terkait dengan fraktur getas dan meningkatkan keandalan pengelasan secara keseluruhan.

Kekerasan

Kekerasan logam merupakan indikator struktur mikro, dan dapat memiliki dampak dramatis pada apakah proses pengelasan atau logam pengisi cocok untuk aplikasi tertentu. Meskipun struktur mikro yang terlalu keras cenderung kurang ulet dan tangguh dibandingkan logam yang lebih lunak, perlakuan panas terkadang diperlukan untuk meningkatkan sifat mekanis atau mengurangi kerentanan terhadap keretakan.

PWHT (Process Warm Heat Treatment) adalah bentuk perlakuan panas yang digunakan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan kekuatan, keuletan, dan ketangguhan las. PWHT juga dapat membantu mencegah keretakan akibat siklus termal atau retak korosi tegangan; kebutuhannya akan tergantung pada jenis/ketebalan/dimensi logam serta parameter pengelasan/persyaratan layanan.

Kode sering kali menetapkan bahwa bahan las atau lasan dengan ketebalan tertentu memerlukan perlakuan panas pascalasan untuk perlindungan. Hal ini disebabkan oleh logam tertentu yang lebih rentan terhadap retak korosi tegangan atau memiliki risiko kegagalan las yang lebih tinggi daripada yang lain, sementara proses pengelasan yang berbeda menghasilkan endapan yang lebih keras daripada yang lain.

Ketangguhan

Pengelasan dapat menghasilkan tegangan sisa yang, jika digabungkan dengan tegangan beban, akan mengurangi ketangguhan material. Proses pemanasan dan pendinginan terkontrol yang dikenal sebagai PWHT dapat membantu meningkatkan sifat mekanik, meringankan tegangan sisa dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan lasan; kebutuhannya tergantung pada beberapa faktor termasuk parameter pengelasan dan persyaratan servis; analisis mekanika patah menggunakan tingkat tegangan yang diasumsikan dan ukuran cacat dapat membantu mengidentifikasi apakah PWHT diperlukan.

Sebuah model yang mudah dibuat untuk menghitung ketangguhan minimum yang diperlukan untuk material dan ketebalan penampang tertentu. Persyaratan ketangguhan retak (K mat) kemudian diestimasi untuk dua probabilitas kegagalan yang berbeda, P f = 0,05 dan P f = 0,5 menggunakan Lampiran J Korelasi Kurva Induk BS 7910 antara ketangguhan retak dan energi Charpy.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, hasil dari analisis kami mengungkapkan bahwa penurunan suhu PWHT yang relatif kecil sekalipun dapat secara signifikan menurunkan estimasi persyaratan minimum untuk matras K. Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh efek PWHT dalam mengurangi batasan ujung retak dan meningkatkan ekstensi retak dengan robekan ulet; selain itu, hasil penelitian menunjukkan bahwa PWHT juga dapat secara dramatis meningkatkan ketangguhan impak sampel yang dilas dengan laser dengan memulihkan mode patah getas aslinya dengan pola sungai yang diamati pada sampel yang tidak diberi perlakuan.

Daktilitas

Daktilitas mengacu pada kapasitas material untuk mengalami deformasi plastis sebelum retak di bawah tekanan, berlawanan dengan deformasi elastis yang berbalik pada saat pelepasan tegangan. Daktilitas merupakan faktor integral saat mendesain komponen karena menunjukkan seberapa besar regangan yang dapat ditahan oleh komponen sebelum mengalami kegagalan; keuletan yang lebih besar menunjukkan kemungkinan yang lebih besar untuk berubah bentuk di bawah beban ekstrem.

Keuletan bahan sangat bergantung pada komposisi kimia, struktur kristal, dan suhu pengujian. Logam cenderung menunjukkan keuletan yang lebih besar karena ikatan logamnya memungkinkan elektron kulit valensi dibagi di antara beberapa atom dan dengan demikian memungkinkan atom-atom logam bergerak melewati satu sama lain dengan mudah sambil tetap menyerap gaya yang akan menyebabkan bahan lain hancur.

Meskipun terkait erat dengan kelenturan, keuletan dan kelenturan tetap merupakan sifat yang berbeda. Keuletan mengacu pada kemampuan logam untuk menahan gaya peregangan tegangan, sedangkan kelenturan mengacu pada seberapa baik logam tersebut menangani tekanan tekan yang disebabkan oleh palu atau penekanan. Kedua sifat tersebut harus dipertimbangkan ketika memilih bahan untuk aplikasi tertentu; bahan dengan keuletan tinggi seperti emas hanya dapat diregangkan hingga putus, sementara bahan dengan keuletan rendah seperti tembaga hanya dapat diregangkan hingga ketebalan yang sangat kecil sebelum patah karena tekanan.