MAKALAHPEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

“RETAKAN KOROSI TEGANGAN PADA PENGELASAN BAJA KARBON”

OLEH:

MARTINUS NOPI (08 52 14 047)

UNIVERSITAS SANATA DHARMAFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

TEKNIK MESIN2010

PENDAHULUAN

Baja karbon A285 telah digunakan pada konstruksi tangki penyimpanan nuklir tingkat tinggi. Plat baja ini disambung dengan proses GMAW. Disini ditemukan bahwa pengelasan ini mudah terkena IGSCC (Intergranular Stress Corrosion Cracking) pada daerah sambungan las. Penyebab dari retakan ini adalah karena adanya retakan korosi tegangan dalam bentuk nitrat yang disebabkan oleh tegangan sisa karena pengelasan pada plat lebar sepanjang konstruksi. SCC terjadi di dekat lasan pada beberapa tangki penyimpanan yang mengandung bahan kimia korosif. Fenomena ini diselidiki dengan eksperimen untuk memperoleh informasi tentang bentuk retakan pada plat yang dilas.

Pada eksperimen ini digunakan dua plat yang dilas dengan dimensi 30.5 cm x 30.5 cm sesuai dengan prosedur fabrikasi tangki baja karbon yang digunakan di tahun 1950-an. Pojok plat di mana akan didesak selama pengelasan untuk simulasi lebar plat pengelasan pada konstruksi tangki. Retak awal dihasilkan melintang dan sejajar dengan lasan yang digunakan (EDM). Spesimen uji ini dicampur pada larutan 5M Sodium Nitrat (NaNO3) pada suhu sekitar 900C sampai 10 minggu. Inspeksi berkala harus dilakukan. Penelitian ini menemukan bahwa pada logam lasan terjadi retakan selam 2 minggu dan stress relieved plat tertinggal utuh. Dengan pengujian ini dapat diketahui bahwa SCC dapat terjadi pada non-stress relieved tangki A285 dan prosedur pembebasan tegangan diimplementasikan untuk konstruksi tangki selanjutnya. Analisis finite elemen thermo-mechanical untuk 3 dimensi dilakukan untuk menetukan tegangan sisa dengan menggunakan kalkulasi sejarah temperature dari analisa perpindahan panas untuk mensimulasikan proses GMAW. Jejak bebas retakan kemudian digunakan untuk model finit elemen dan distribusi balik tegangan sisa digunkan untuk kalkulasi factor intensitas tegangan ujung retakan (k) selama retakan dari awal retakan. Dengan menggabungkannya dengan data eksperimen untuk KISCC (factor intensitas tegangan termasuk disini tidak dapat terjadi SCC. Teori panjang IGSCC dapat diprediksi dan dibandingkan untuk pengukuran eksperimental. Pada gambaran dari banyak variabel tak tentu. Selama proses pengelasan, persamaan antara hasil tes dan prediksi numerik sangat masuk akal. Analisisnya juga mengindikasikan bahwa hubungan dari sumber retak mempengaruhi hasil tegangan sisa dan bahkan panjang retak akhir.

DEFINISI KOROSI

1. Pengertian Korosi

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu

logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang

tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang

paling lazim adalah perkaratan besi.

Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara)

mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia

karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku

sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) <--> Fe2+(aq) + 2e

Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak

sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.

O2(g) + 4H+(aq) + 4e <--> 2H2O(l)

atau

O2(g) + 2H2O(l) + 4e <--> 4OH-(aq)

Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang

kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, , yaitu karat besi. Mengenai bagian mana

dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode,

bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.

Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi

secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa

korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih

mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida,

setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk

pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan

lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan

terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau

tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi

beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari

oksida.

2. Faktor-faktor yang Menyebabkan Korosi Besi

Korosi besi memerlukan oksigen dan air.

3.Pengaruh Logam Lain terhadap Korosi Besi

Dari kehidupan sehari-hari kita ketahui bahwa besi yang dilapisi dengan zink “tahan

karat”, sedangkan besi yang kontak dengan tembaga berkarat lebih cepat.

4.Cara-cara Pencegahan Korosi Besi

Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal ini

terjadi karena beberapa hal, diantaranya:

Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar,

Pengolahan relatif mudah dan murah, dan

Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi

Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak

kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan

besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan

karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

Cara-cara pencegahan korosi besi, yaitu :

1. Pengecetan. Jembatan, pagar dan railing biasanya dicat.

Cat menghindarkan kontak dengan udara dan air. Cat yang mengandung timbel dan zink

(seng) akan lebih baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.

2. Pelumuran dengan Oli atau Gemuk. Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan

mesin. Oli dan gemuk mencegah kontak dengan air.

3. Pembalutan dengan Plastik.

Berbagai macam barang, misalnya rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastik.

Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.

4. Tin Plating (pelapisan dengan timah).

Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan dilakukan

secara elektrolisis, yang disebut tin plating. Timah tergolong logam yang tahan karat. Akan

tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila

lapisan timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat

korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah (Eº Fe =

-0,44 volt; Eº Sn = -0,44 volt). Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan

membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai anode. Dengan demikian, timah

mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang diharapkan, sehingga kaleng-kaleng

bekas cepat hancur.

5. Galvanisasi (pelapisan dengan zink).

Pipa besi, tiang telpon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink. Berbeda dengan timah,

zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena

suatu mekanisme yang disebut perlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih

positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia

dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami

oksidasi. Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.

6. Chromium Plating (pelapisan dengan kromium).

Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang

mengkilap, misalnya untuk bumper mobil. Chromium plating juga dilakukan dengan

elektrolisis. Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan

kromium itu ada yang rusak.

7. Sacrificial Protection (pengorbanan anode). Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif

(berarti lebih mudah berkarat) daripada besi. Jika logam magnesium itu akan berkarat tetapi

besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam dalam tanah atau

badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.

5. Korosi Aluminium

Aluminium, zink, dan juga kromium, merupakan logam yang lebih aktif daripada

besi. Jika demikian, mengapa logam-logam ini lebih awet? Sebenarnya, aluminium berkarat

dengan cepat membentuk oksida aluminium (Al2O3). Akan tetapi, perkaratan segera terhenti

setelah lapisan tipis oksida terbentuk. Lapisan itu melekat kuat pada permukaan logam,

sehingga melindungi logam di bawahnya terhadap perkaratan berlanjut.

Lapisan oksida pada permukaan aluminium dapat dibuat lebih tebal melalui elektrolisis,

proses yang disebut anodizing. Aluminium yang telah mengalami anodizing digunakan untuk

membuat panci dan berbagai perkakas dapur, bingkai, kerangka bangunan (panel dinding),

serta kusen pintu dan jendela. Lapisan oksida aluminium lebih mudah dicat dan member

warna yang lebih terang.

METODE PENELITIAN

Baja karbon ASTM A285 Grade B adalah material utama pada konstruksi tangki penyimpanan sampah radioaktif tingkat tinggi di tahun 1950-an. Berdasarkan komposisinya, A285 Grade C, vendor Heat R934 dipilih sebagai spesimen laboratorium pada penelitian ini. Komposisi kimia dalam berat persen (wt.%) sebagai berikut: C–0.075, Mn–0.531, P–0.008, S–0.022, Si–0.202, Cu–0.259, Ni–0.098, Cr–0.083, Mo–0.021, Sn–0.028, Al–0.002, Nb–0.001, V–0.000. Properti mekanik dari informasi vendor adalah: tensile strength–407 MPa (59 ksi), yield strength–303 MPa (44 ksi), elongation–28% for gage length 20.3 cm (8 in.). Setiap spesimen uji dibuat dengan penggabungan plat baja karbon A285 (gb.1) dengan prosedur GMAW yang telah digunakan sejak tahun 1950-an untuk konstruksi penyimpanan sisa radioaktif tingkat tinggi.

°Tebal dari plat adalah 15.88 mm (0.625 in) dan identik untuk tangki penyimpanan. Untuk mensimulasikan pengelasan aktual dari plat lebar pada tangki penyimpanan, sudut dari plat akan didesak selama pengelasan. Salah satu plat spesimen dikenai panas dengan standar perlakuan panas untuk pembebasan tegangan dan sisanya untuk logam lasan. Untuk menggunakan plat tes secara maksimum, 9 sumber retak dibuat dengan EDM. Gambar 2 memperlihatkan sumber retakan: V1, V2 dan V3 adalah retakan vertical melintang lasan melalui tebal dari plat; V4 dan V5 adalah bagian yang melalui retak vertical; P1, P2, P3, dan P4 adalah bagian yang melalui retakan sejajar. Panjang sumber retakan adalah 12.7 mm (0.5 in) dan kedalaman 25% dari tebal plat untuk bagian yang melalui retakan.

Spesimen plat dicampur pada larutan 5M NaNO3 pada suhu 900C. Larutan ini disiapkan dengan penggabungan bertingkat dan distilasi air, dimana diketahui penyebab SCC dan telah digunakan sebagai pengganti untuk sampah radioaktif tingkat tinggi pada pembangunan control kimia pada tangki untuk perlindungan korosi.Pengamatan periodik dilakukan berkala dan tes non-destructive ultrasonik (UT) dan magnetic particle (MT) dilakukan pada akhir tes. Tanpa pembebanan dari luar, menunjukkan bahwa retakan terjadi pada logam lasan pada awal 2 minggu pada larutan, sementara pembebasan tegangan plat tidak terlihat beberapa saat dari retakan pada 10 minggu. Dapat disimpulkan bahwa pengelasan baja karbon A285 rentan terkena SCC selama tidak dilakukan pembebasan tegangan.Gambar 3 adalah hasil tes partikel magnetik dari plat lasan. Retakan melalui tebal (V1, V2 dan V3) terlihat pemanjangan retakan yang signifikan dan panjang retakan akhir pada kedua sisi dari plat telah dilabelkan. Tes ultrasonik mengkonfirmasikan bahwa retakan hanya terjadi di retakan vertical dan sebagian permukaan profil retakan melalui tebal dapat terlihat pada gambar 4.

Catatan bahwa panjang retakan akhir adalah signifikan berbeda untuk V1, V2 dan V3 (jarak dari 4-15 cm). Finit elemen analisis digambarkan selebihnya pada makalah menghasilkan bagian-bagian penjelasannya. Selanjutnya, eksperimen ini memberikan gambaran yang lebih jelas bahwa:1. SCC dapat terjadi karena tegangan sisa pengelasan.2. Prosedur pembebasan tegangan secara efektif menggerakkan tegangan sisa dan mempengaruhi SCC pada pengelasan plat.

Finite Elemen AnalysisAnalisis finit elemen 3 dimensi dikembangkan untuk menggambarkan hasil eksperimen dari panjang akhir SCC. Ukuran dari spesimen plat 30.48 cm x 30.48 cm x 1.59 cm (panjang x lebar x tebal). Karena simetri, maka hanya salah satubagian plat yang digunakan sbg model (kecuali analisis dari retakan parallel P2 didiskusikan selanjutnya). Model finit elemen pada gambar 5 mengandung 6780 eight-node pembatas dengan 8723 node. Jarring-jaring ini digunakan pada analisis pada perpindahan panas dan analisis tegangan

Analisis perpindahan panas untuk mensimulasikan GMAW dilakukan dengan WelsSim, yaitu program finit elemen pengelasan 3 dimensi yang dikembangkan oleh Chao. Detail dari mesh pada area V-groove ditunjukkan pada gambar 6, dimana 6 parser teridentifikasi.

Kalkulasi dari catatan suhu dari simulasi pengelasan penuh adalah masukan untuk program finit elemen ABAQUS untuk menghitung tegangan sisa lasan dari prosedur thermo-mechanic. Daerah tegangan sisa adalah distribusi balik setelah daerah bebas sumber retak didahului sampai model finit elemen. Retakan ini dimungkinkan tumbuh pada self-similar-maner dengan kreasi baru sejak permulaan. Senagai hasilnya, factor intensitas tegangan sebagai fungsi dari panjang retakan dapat ditetapkan. Pembandingan dengan K ISCC (35.2 MPa√m atau 30 ksi√in) dimana telah ditentukan sebelumnya [5], prediksi panjang SCC dapat diperoleh.

Analisis Perpindahan Panas untuk Simulasi PengelasanPada proses GMAW, sumber panas diperoleh dengan lelehan busur lasan logam pada

daerah lasan. Kemudian proses dari penyerapan panas dan difusi panas di dalam plat. Persamaannya:

Dimana: ρ = densitas bahancp = panas spesifikT = temperaturet = waktuv = kecepatan lasx = jarak lasank = koefisien konduktivitasq = panas masukanSumber panas internal digunakan pada analisis thermal. Densitas masukan panas diasumsikan konstan pada arah tebal (arah z pada gambar 5). Pada daerah tegaklurus dari arah tebal (xy pada gambar 5), sumber panas diasumsikan dari distribusi Gaussian. Tipe sumber panas ini telah banyak digunakan oleh para penemu untuk mendapatkan distribusi yang actual dari

sumber panas selama pengelasan. Persamaan untuk densitas panas masukan, (watt per unit volume), adalah:

Dimana: maks = nilai puncak pada pusat sumber panasc = konstantar = jarak dari pusat busurUntuk distribusi Gaussian dari flux panas, 95% area dari lingkaran dengan radius rarc.

Integral persamaan (2) terhadap volume didapatkan panas total input, q:

Dimana d adalah tebal plat.

Untuk proses GMAW, , dimana U, I dan η adalah tegangan, arus dan efisiensi busur. Saat ini, parameter pengelasan digunakan dalam pabrikasi spesimen tes dan pada analisis:Current (I):90~105 A Voltage (U): 18~21 V Welding speed: 0.15 cm/s

Welding Efficiency: 67% Weld pass: 6 Weld arc radius: 0.4 cm Nilai rara-rata dari arus (I) dan tegangan (U) digunakan dalam perhitungan. Dimana I=97.5 A dan V=19.5 V. Maka total panas masukan, q = 1274 w/pass.Pada permukaan plat, total heat loss (qloss) melalui kombinasi dari konveksi thermal (qconv) dan radiasi (qrad) dapat diperoleh persamaan:

Dimana: A = luas permukaanT = temperatureTsur = temperature lingkunganh* = koefisien thermal konveksih* diperoleh dari persamaan sebagai berikut:

Dimana: h* = koefisien thermal konveksi (15 W/m2K)ε = emisivitas radiasiσ = konstanta Stefan Boltzman (5.67 x 10-8 W/m2K4)Pada permukaan baja lunak, ε = 0.3 ; T = 1000 K dan T sur =200C (293 K) dengan substitusi nilai ini pada persamaan, h* diperoleh hingga 39 W/m2K

Thermal PropertiesPada analisis ini, thermal properties untuk kedua logam dasar (baja karbon A285) dan

untuk logam filler (E6010) diasumsikan menjadi identik, seprti di plat kolektif pada gambar 7.

Ketika temperature mencapai titik lebur (1532oC), weld pool terbentuk. Untuk model konveksi thermal tinggi pada weld pool, koefisien konduktiviti diset untuk 5 watt lebih tinggi daripada suhu leleh. Selanjutnya, panas laten dari logam adalah 247 kJ/kg. Program WeldSim menggunakan elemen dummy pada celah lasan sebelum nyala sampai pada logam lasan. Thermal properties material untuk elemen dummy, seperti densitas dan konduktivitas thermal, diset pada 5% dari nilai property logam filler.

Analisis Tegangan Sisa Pada PengelasanCatatan temepratur dihitung dari simulasi pengelasan dengan WeldSim [2-4]

merupakan masukan pada ABAQUS untuk analisis tegangan thermal. Untuk selanjutnya model finit elemen digunakan WeldSim (gb.5) diadaptasi ke ABAQUS. Kemudan elemen dummy digunakan sebelum nyala pengelasan sampai. Ini ditujukan dengan mengaplikasikan elemen bergerak dan elemen reaktif digambarkan pada ABAQUS. Teknik ini telah dipelajari dan digunakan pada beberapa model untuk simulasi daerah deposit material pada celah lasan. Ketika catatan temperature ini diaplikasikan pada analisis thermo-mekanik untuk mendapatkan kondisi plat. Keadaan tegangan setimbang akhir adalah tegangan sisa pengelasan.

Mechanical PropertiesSesuai dengan pengerjaan las pada material yang sama, property meknik kedua loam

dasar (baja karbon A285) dan filler ;as (E6010) diasumsikan identik, kecuali yield stress. Pada dasarnya, yield stress material filler lebih tinggi dari logam dasar. Kemudian yield stress filler diset sampai 1.48 kali dari logam dasar. Temperature tergantung dari properti mekanik disajikan pada gambar 8-10.

PEMBAHASAN

Gambar 2 menunjukkan sumber retakan pada spesimen uji plat untuk tes SCC pada lingkungan kimia agresif (5M NaNO3 900C). pertumbuhan retak hanya terjadi dalam kasus retak vertical melalui tebal (V1,V2 dan V3) melintang lasan. Interaksi antara tegangan sisa lasan dan sumber retakan diinvestigasi dalam bagian ini.Finit elemen mesh pada gambar 5 terlihat khususnya pada lokasi sumber retakan untuk analisis. Inisiasi tegangan untuk mesh terlihat dengan pemetaan yang didapat melalui kalkulasi tegangan sisa dari ABAQUS mesh-to-mesh, gambar pemetaan [1], retakan kemudian didahului dengan model finit elemen dengan kreasi baru, permukaan traction-free. Alogaritma ABAQUS akan menyetimbangkan tegantan tak seimbang pada model baru karena perubahan batas.

Through-thickness Vertical CracksMesh dekat lokasi retakan terlihat pada gambar 11. dengan pemetaan pada gambar

11a (retakan pendek) ke gambar 11b (retakan panjang) dan kemudian menunjukkan kalkulasi tgangan kesetimbangan, simulasi pertumbuhan retak dapt diperkirakan. Hasil dari redistribusi tegangan balik digunakan untuk menghitung factor intensitas tegangan pada retakan tipe node sepanjang retakan muka. Kalkulasi factor intensitas tegangan untuk V1,V2 dan V3 sepanjang retakan melalui tebal dari plat kebanyakan lebih besar dari factor intensitas tegangan SCC (KISCC=a35 MPa√m). indikasi dari retakan ini merupakan tendensi untuk tumbuh terlihat pada gambar 3.

Part-Through CracksTidak ada SCC untuk sumber retakan part-through terjadi pada program eksperimen

didisribusikan dengan mudah pada paper ini. Kemudian, retakan dimodelkan dengan metode finit elemen untuk mencari through-thickness retakan vertical. Faktor intensitas tegangan

karena tegangan sisa lasan dapat dihitung. Kasus terkini, retakan parallel P2 diseleksi untuk analisis (gb.12). karena asimetri maka keseluruhan plat harus dimodelkan. Kemudian distribusi tegangan sisa lasan diperoleh lebih mudah dengan simetri mesh dipetakan kedua sisi lasan pada model P2. tegangan sisa asli didistribusi balik setelah P2 dikreasikan pada model. Karena aliran finit elemen mesh terdiri dari elemen pembatas, retakan muka semisirkuler tertutup dengan batas rektanguler finit elemen pada mesh. Faktor intensitas tegangan dikalkulasikan pada nodal poin sepanjang finit elemen retakan muka. Ini dapat terlihat bahwa maksimum faktor inensitas tegangan 17 MPa√m, dimana KISCC 35 MPa√m. hal ini sesuai dengan observasi eksperimen dimana tak ada pertumbuhan retak relah terdeteksi untuk sumber retakan ini.

Efek Dari Rentetan Perbanyakan Sumber RetakanSuatu percobaan dilakukan untuk menginvestigasi penyebab dari perbedaan panjang

retakan akhir V1,V2 dan V3, dimana dilokasikan pada daerah tegangan sisa yang relative seragam pada material homogen lain. Logika untuk mesin ini adalah:Case 1: Fabrication Sequence - V2, V3, V1 Case 2: Fabrication Sequence - V3, V2, V1 Case 3: Fabrication Sequence - V1, V2, V3 Gambaran dari sumber retakan didapat dengan melihat arah pengelasan yang diindikasikan seperti gambar 13.

Tiap-tiap kasus sehubungan dengan perbanyakan retakan dimodelkan dengan kegunaan ABAQUS [1] sebagai fungsi pemetaan. Inisiasi tegangan untuk kalkulasi dengan tegangan sisa lasan. Faktor intensitas tegangan dari tiga retakan dapat dihitung dan diplot gambar 14-16. Sehubungan dengan awal retakan pada plat dengan nilai faktor intensitas tegangan untuk mendapatkan tegangan sisa. Sensitivitas perbanyakan sumber retakan tidak menjadi prioritas dalam tes ini. Kemudian hubungan perbanyakan actual tidak diperhatikan.

Perambatan Retak pada Retakan Vertikal (V2)Dari analisis hubungan perambatan retak, terlihat pada gambar 14-16 bahwa faktor

intensitas tegangan dari sumber retakan Va2, tidak tergantung pada proses perbanyakan. Kemudian dipilih untuk analisis retakan.Sesuai dengan prosedur ABAQUS [1] dideskripsikan tahap awal, retakan through-thickness melintang lasan dikreasikan pada plat dengan tegangan sisa lasan. Panjang retakan meningkat pada retakanmuka, hasilnya distribusi balik kontinyu dari tegangan sisa. Faktor intensitas tegangan pada retakan ujung node dihitung sebagai fungsi dari pertumbuhan retakan. Komponen tegangan terbesar ditemukan sebagi tegangan longitudinal ( xx) (terlihat system koordinat kartesian, gb.5). Komponen tegangan dengan mode I memulai tegangan untuk

retakan V2. komponen tegangann lainnya sekitar 10% xx. Kemudian perpanjangan retakan tergantung mode I dan faktor intensitas tegangan dhitung dengan K1.Gambar 17 menunjukkan komponen tegangan sisa ( xx) untuk Mode I perpanjangan retak V2. distribusi tegangan karena pertumbuhan retakan (untuk panjang retakan 1.2 dan 6.8 cm) dapat dibandingkan dengan lasan, retakan bebas plat (a=0). Konsentrasi dekat retakan awal terlihat jelas.Kalkulasi Mode I, faktor intensitas tegangan sebagai fungsi dari perpanjangan retakan diperlihatkan pada gambar 18.

Nilai Kdikalkulasikan pada ujung retakan dilokasi tengah ketebalan dari model finit elemen. Daerah tegangan sisa akan mempengaruhi sumber retakan (V2) dari inisiasi panjang 1.27 cm (0.5 in) sampai sekitar 7.8 cm (3.1 in). ketika KISCC 35 MPa√m (32 ksi√in) ditentukan dari tes lingkungan larutan 5M NaNO3 pada suhu 1000C. pada gambaran, beberapa variabel tak tentu selama tes, prediksi panjang retakan sesuai dengan hasil tes, dimana indikasi panjang retakan akhir untuk V2 sekitar 5.9 cm (2.3 in) terlihat pada gambar 3.

Solusi Atasi Stress Corrosion Cracking

Aluminium adalah material yang banyak sekali digunakan untuk konstruksi, mulai dari sepeda, otomotif, kapal laut hingga pesawat udara. Keunggulan material aluminium adalah berat jenisnya yang ringan dan kekuatannya yang dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. Kekuatan aluminium biasanya ditingkatkan dengan cara paduan (alloying) dan memberi perlakuan panas (heat treatment).

Kebanyakan material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme penguatan bahan logam yang disebut precipitation hardening. Dalam precipitation hardening harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahapan, yaitu solid solution treatment : memanaskan hingga diatas garis solvus untuk mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, quenching : didingan dengan cepat untuk mempertahankan struktur mikro fasa padat homogen agar tidak terjadi difusi, dan aging : dipanaskan dengan temperatur tidak terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak pendek membentuk precipitate.

Paduan aluminium kekuatan tinggi seperti Al-7075, 7050, dan 2024 yang banyak dipakai pada struktur pesawat terbang memiliki kekurangan dan keterbatasan, khususnya pada kombinasi kekuatan dan tahanan retaknya. Al-7075 memiliki tahan yang buruk terhadap korosi jenis exfoliation dan stress-corrosion-cracking (SCC), khususnya jika mengalami perlakuan panas T6. SCC adalah retak merambat yang terjadi pada lingkungan korosif karena adanya tegangan. Pada Al-7075, tahanan terhadap SCC dapat ditingkatkan melalui overaging misalnya dengan memberi perlakuan panas T73. Perlakuan panas T73 merupakan perlakuan panas dengan two stage aging, yaitu pada temperatur konstan 121°C dan konstan 171°C. Namun, pemberian perlakuan panas T73 dapat menurunkan kekuatan hingga 10-15 % dari kekuatan maksimum yang dapat dicapai melalui perlakuan panas T6.

Solusi untuk meningkatkan tahanan SCC dan tahanan retak (fracture toughness) dengan tetap mempertahankan kekuatan dari perlakuan panas T6 adalah dengan menerapkan Retrogression dan reaging (RRA). RRA adalah suatu cara baru perlakuan panas (heat treatment) yang diterapkan pada paduan aluminium yang mengalamiprecipitation hardening . RRA ini dapat dilakukan pada paduan aluminium kekuatan tinggi seri 7xxx (dengan bahan paduan Al-Mg-Zn-Cu ). Melalui RRA maka akan didapatkan paduan aluminium dengan kekuatan pada perlakuan panas T6 dan tahanan SCC sebagaimana perlakuan panas T73.

Retrogression and Reaging dapat dilakukan dengan tahap-tahap berikut :

1. Solution heat treatmment pada suhu 470°C2. Quenching pada temperatur ruang3. Artificial aging selama 24 jam pada temperatur 120°C

4. Retrogression, yaitu pemanasan singkat (sekitar 40 menit) pada temperatu tinggi (200-280 °C)

5. Quenching , kemudian Re-aging seperti pada T6, yaitu dengan temperatur 120°C selama 24 jam

Langkah 1 s.d. 3 adalah tahapan pada perlakuan panas T6.

Prosedur diatas menunjukkan bahwa material yang dihasilkan memiliki sifat kekutan tarik dan tahanan retak material sama dengan hasil perlakuan panas T6 namun dengan tahanan stress-corrosion-cracking yang meningkat.

Namun demikian, RRA tidak hanya meningkatkan kekuatan material, tetapi konduktivitas elektrik material juga meningkat seiring bertambahnya waktu retrogression. Hasil eksprerimen menunjukkan konduktivitas elektrik meningkat secara proporsional terhadap tahanan SCC ketika dilakukan aging seperti pada perlakuan panas T6.

RRA heat treatment saat ini dipakai dalam pengembangan beberapa paduan aluminium, antara lain adalah seri 7150 dan 7055. Kedua paduan ini memiliki banyak aplikasi pada struktur pesawat udara. Contohnya adalah struktur upper wing Boeing-777 yang dibuat dari lempengan aluminium 7055-T7751 dan ekstrusi T77511.

KESIMPULAN

Spesimen SCC disiapkan sesuai dengan spesifikasi material (baja karbon A285 Grade C) dan prosedur pengelasan (GMAW) untuk tangki penyimpanan sampah radioaktif tingkat tinggi yang dibangun pada tahun 1950-an. Variasi sumber retakan diperbanyak plat untuk pengetesan untuk memperjelas awal cacat pada area pengelasan dari tangki penyimpanan. Spesimen tes yang dimasukkan ke dalam larutan kimia agresif yang diketahui sebagai pelopor SCC nitrat. Penelitian menunjukkan bahwa SCC terjadi pada non-stress relieved, sebagai spesimen tes pengelasan. Panjang retakan diukur dan dikonfirmasikan oleh UT dan MT, dan dibandingkan dengan prediksi teoritis dari serangkaian analisis finit elemen 3 dimensi yang termasuk simulasi pengelasan, penentuan tegangan sisa dan analisis pertumbuhan retak. Prediksi panjang retak didasarkan pada KISCC, ditentukan pada awal tes pada kondisi penglihatan yang sama untuk baja karbon A285. Kesamaan antara prediksi dan pengukuran panjang retak dipertimbangkan pada alam yang tidak menentu selama pemilihan material, persiapan material, kondisi pengetesan, kofigurasi retak yang actual, dan parameter proses pengelasan dari GMAW. Penelitian secara eksperimen diperkuat oleh keefektifan pembebasan tegangan dan pengertian yang mendalam yang disajikan mengenai SCC pada baja karbon di lingkungan yang korosif. Beberapa prosedur dilakukan untuk melengkapi pemodelan pengelasan dan pertumbuhan retak. Bermacam-macam simulasi dari perbanyakan sumber retak memperlihatkan kejelasan persiapan spesimen mempengaruhi penafsiran data-data hasil pengujian. Prediksi yang akurat dapat ditingkatkan dengan perancangan yang matang tentang eksperimen dan spesimen. Dokumentasi yang lengkap mengenai pengelasan dan perbanyakan spesimen mungkin penting dalam memecahkan persoalan pertentangan antara data hasil uji dan prediksi. Model finit elemen dengan penyaringan mesh, terutama pada wilayah retakan dan di dekat spesimen permukaan bebas, akan lebih meningkatkan keakuratan prediksi.

DAFTAR PUSTAKA

Chao, Y.J., Zhu, X.K., Qi, X., 2000, “WeldSim—A WELDing SIMulation Code for the Determination of Transient and Residual Temperature, Stress, and Distortion,” Advances in computational Engineering and Science, Vol II, Editor: Atluri, S.N. and Brust, F.W., pp. 1206-1211.

http://id.wikipedia.org/wiki/Korosi :(en) http://www.potentiostat.com/(en) http://www.corrosion-doctors.org/(en) http://www.lenn-biz.com/cgi-bin/index.pl?node=metalurgi(id) http://www.chem-is-try.org/(id) http://www.murdani.webs.com/

http://rifai124.student.umm.ac.id/files/2010/02/BAB-4-SIFAT-MATERIAL.pdf

http://www.onkian.com/2009/12/stress-corrosion-cracking-pada-pengelasan-baja-karbon.html