Post Weld Heat Treatment (PWHT) untuk Baja Karbon

oleh admin88di terkait produkpada Diposting pada

Perlakuan panas pasca-las, atau PWHT, adalah komponen integral dari proses pengelasan, yang berfungsi untuk mengurangi tegangan sisa yang disebabkan oleh pengelasan sambil melunakkan daerah mikrostruktur yang keras atau berpotensi rapuh.

PWHT dapat diselesaikan dalam tungku yang ditenagai oleh listrik, gas alam atau minyak; namun, dalam artikel ini kita akan fokus pada suhu yang harus dicapai untuk mencapai hasil yang optimal dengan PWHT baja karbon.

Termodinamika

Pengelasan adalah salah satu proses manufaktur teknik yang paling luas. Namun, setelah pengelasan, tegangan sisa dapat terbentuk yang menyebabkan kesulitan operasional. Untuk mengurangi ketegangan internal ini, Post Weld Heat Treatment (PWHT) dapat membantu meringankan tegangan sisa dengan melunakkan zona yang mengeras, meningkatkan struktur mikro dan karakteristik kimia, menurunkan kandungan hidrogen di area pengelasan dan mengurangi tegangan sisa; namun suhu yang berlebihan atau tidak tepat atau waktu penahanan berdampak buruk pada sifat mekanik [1].

Baja karbon dan baja paduan rendah memerlukan PWHT untuk mengurangi tegangan sisa, mengontrol kekerasan material, dan meningkatkan kekuatan mekanis. Persyaratan setiap material spesifik untuk suhu PWHT bergantung pada kode penggunaannya; suhu PWHT untuk komposisi kimia atau rentang ketebalan tertentu seperti untuk pipa dan baja kelas bejana tekan dengan kandungan kromium kurang dari 1,5% biasanya memerlukan suhu lebih tinggi dari 1050 derajat Celcius sebagaimana ditentukan oleh persyaratan kode. Misalnya, ketika digunakan untuk pipa dan bejana tekan dengan persyaratan seperti misalnya dengan baja berkadar kromium 1,5% membutuhkan suhu PWHT di atas 1050degC untuk meningkatkan kekuatan mekanis sebagaimana ditetapkan oleh persyaratan kode yang diberlakukan oleh kode yang mengatur bagaimana PWHT akan berfungsi dan memenuhi tujuan-tujuan ini secara efektif.

Namun, kelas struktural umum seperti BS 5400 untuk jembatan, BS 5958 untuk bangunan dan EEMUA 158 untuk struktur lepas pantai memungkinkan batas ketebalan las yang jauh lebih tebal yang terkait dengan kebutuhan energi Charpy yang lebih besar. Perbedaan-perbedaan ini tampaknya terkait dengan faktor-faktor seperti suhu pemanasan awal, kandungan paduan, dan pembentukan martensit - tujuan artikel ini adalah untuk membantu pembaca lebih memahami pengaruh-pengaruh ini saat menentukan suhu PWHT untuk baja Anda.

Struktur mikro

Beberapa material memerlukan Post Weld Heat Treatment (PWHT) untuk mencapai kekuatan dan keuletan yang diinginkan. PWHT melibatkan pemanasan fabrikasi yang dilas antara 580 derajat Celcius dan 620 derajat Celcius selama 1 jam per ketebalan 25 mm untuk mengendurkan tegangan sisa yang tercipta selama pengelasan; hal ini membantu memastikan kekuatan tarik dan benturan Charpy yang memadai serta mengurangi risiko patah.

Mikroskop STEM digunakan untuk memeriksa struktur dislokasi dan perubahan karbonitrida MX pada berbagai waktu PWHT. Spesimen yang dilas menunjukkan kepadatan dislokasi yang sangat kusut di dalam matriks bainitiknya; tidak ada struktur yang teratur seperti jaring dislokasi atau batas subgrain yang dapat dilihat pada tahap ini. Dengan meningkatkan waktu PWHT, kepadatan dislokasi menurun secara substansial; struktur baru yang tertata seperti jaring dislokasi atau batas subgrain menjadi jelas, seperti halnya karbonitrida MX yang kasar yang mengurangi efek penjepitan pada dislokasi; pada akhirnya menyebabkan batas-batas subgrain menjadi terlihat kembali.

Pada waktu PWHT 8 dan 16 jam, morfologi logam las membaik dengan kepadatan dislokasi yang lebih rendah; namun demikian, kepadatan dislokasi tetap jauh lebih tinggi daripada baja yang dipadamkan. Selain itu, endapan pada batas butir dan subbutir telah mengeras secara signifikan akibat pematangan Ostwald dari karbonitrida MX, yang menyebabkan partikel yang lebih besar pada batas butir / subbutir daripada di dalam butir itu sendiri.

Pereda Stres

PWHT pada baja karbon dan karbon-mangan merupakan langkah penting setelah pengelasan untuk meminimalkan fraktur getas. Proses ini meliputi pemanasan area las ke suhu tinggi untuk waktu yang lama, kemudian pendinginan. Pada suhu yang lebih tinggi, distribusi tegangan menjadi lebih seragam, sehingga mengurangi tegangan sisa sementara tempering melunakkan daerah mikrostruktur keras dari material dasar yang dapat menyebabkan retak.

Pengelasan menimbulkan tegangan sisa yang tinggi pada logam, terutama pada pengelasan yang lebih tebal. Jika dikombinasikan dengan tegangan beban servis, tegangan sisa ini dapat mengakibatkan berkurangnya ketangguhan patah dan kerentanan terhadap retak korosi tegangan (SCC). PWHT berfungsi untuk mengurangi tegangan sisa ini dan meningkatkan sifat mekanik sambungan yang dilas.

PWHT membutuhkan struktur yang mengalami suhu tinggi untuk waktu penahanan yang lama, yang dapat menjadi tantangan dan mahal untuk fabrikasi struktur yang lebih besar. Untuk memastikan insulasi dan pemanasan yang tepat di area pengelasan, dengan pembacaan suhu yang akurat dari perekam/pengontrol digital.

PWHT yang tidak tepat dapat mengurangi kekuatan material. Selain itu, laju pendinginan yang tidak efisien selama PWHT dapat mengakibatkan distorsi dan mengurangi kekuatan tarik akhirnya.

Kekuatan

Seperti disebutkan di atas, kekuatan tarik dan luluh baja karbon cenderung menurun dengan meningkatnya suhu; namun, keuletannya (KJc) meningkat karena temper menghasilkan konstituen martensit-austenit yang lebih besar yang meningkatkan ketangguhan impak.

Oleh karena itu, sangat penting bahwa kondisi PWHT tidak hanya disesuaikan dengan sifat baja yang dikirimkan tetapi juga dengan kondisi layanan yang diantisipasi dari komponen yang dilas. Oleh karena itu, produsen baja harus mempertimbangkan hal ini ketika menentukan suhu temper untuk produk pabrik mereka.

Kode dan standar konstruksi (seperti BS 1113 dan ASME VIII) sering kali menetapkan batas bawah untuk ketebalan PWHT. Batas-batas ini ditentukan berdasarkan asumsi bahwa kekuatan tarik dan kekuatan luluh tetap berada dalam parameter yang dapat diterima setelah PWHT dilakukan.

Tentu saja, hal ini tidak selalu memungkinkan dan itulah sebabnya setiap pipa atau bejana yang dirancang untuk layanan hidrogen harus menjalani perlakuan panas pasca-las (PWHT). Suhu dan durasinya harus dipilih dengan cermat untuk menghasilkan perubahan metalurgi yang diinginkan sekaligus memenuhi semua spesifikasi kode/standar/kontrak yang relevan; saran ahli juga harus dicari terkait waktu dan suhu khusus untuk jenis baja karbon.