## OPTIMALISASI PENGGUNAAN hEAT INPUT PADA PENGELASAN PIPA SPIRAL UNTUK MENINGKATKAN KEKUATAN SAMBUNGAN

## NUR SUBEKI
1 1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang Universitas Muhammadiyah Malang
E-mail: nursubeki@umm.ac.id. nursubeki@gmail.com

## ABSTRAK
Submerged Arc Welding adalah proses las yang digunakan untuk pembuatan pipa, untuk pipa spiral misalnya dilas. Teknik ini dapat dioperasikan secara otomatis dan memiliki keandalan yang tinggi dalam aplikasi pengelasan banyak berbagai. Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan logam las adalah masukan panas, arus, komposisi kimia pengisi dan fluks, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan. Tujuan dari thes ini adalah untuk Sanusi mikro mengandung acicular ferit yang memberikan kekuatan tinggi dan kekerasan rendah dari busur rendam dilas pipes.Material digunakan dalam penelitian ini adalah API 5L X-52 dilas spiral pipa baja, Pengelasan dilakukan dengan menggunakan tegangan 35 volt, pengelasan kecepatan 13,67 mm/s sedangkan input panas divariasikan, yaitu 2.059 kJ/mm, 2.123 kJ/mm, 2.187 kJ/mm, 2.252 kJ/mm dan 2.316 kJ/mm. Serangkaian uji sifat mekanik dilakukan termasuk kekerasan dan uji tarik. Hasilnya menunjukkan bahwa peningkatan masukan panas las membuat meningkatkan kekuatan tarik tetapi penurunan angka kekerasan.

## Kata kunci: SAW, pipa spiral, masukan panas, kekuatan tarik dan angka kekerasan

## ABSTRACT
Submerged Arc Welding is a welding process used for fabrication of pipes, for example spiral welded pipes. The technique can be operated automatically and has a high reliability in many various welding aplication. Some factor affecting the strength of weld metals are Heat Input, current, chemical composition of filler and flux, welding speed and cooling rate. The purpose of this thes is is to obtaine microstructure containing acicular ferrite which give high strength and low hardness of the submerged arc welded pipes.Material used in this experiment was API 5L X-52 spiral welded steel pipes, Welding was carried out using voltage of 35 volt, welding speed of 13,67 mm/s whereas Heat Input was varied, namely 2,059 kJ/mm, 2,123 kJ/mm, 2,187 kJ/mm, 2,252 kJ/mm and 2,316 kJ/mm. A series of mechanical properties test were carried out including hardness and tensile test. The result show that, an increase in weld Heat Input make increased the tensile strength but the hardness number decrease.

## Key words: SAW, spiral pipes, Heat Input, tensile strength and hardness number

## PENDAHULUAN
Proses  penyambungan  logam  dengan  sistem pengelasan semakin banyak digunakan, baik dipakai pada  konstrusi  bangunan,  perpipaan  maupun konstruksi mesin. Hal ini disebabkan oleh banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh dari sambungan las. luasnya penggunaan proses penyambungan dengan pengelasan dipakai secara luas disebabkan oleh biaya murah, pelaksanaan relatif lebih cepat, lebih ringan, dan bentuk konstruksi lebih variatif (Cary, 1989). Salah satu teknik pengelasan yang banyak dipakai untuk penyambungan pada konstruksi baja adalah submerged ard welding (SAW). Pada pengelasan dengan las SAW, logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampang, fluks dan logam pengisi yang berupa kawat pejal diumpankan
secara terus menerus,sehingga pengelasan dapat dilakukan secara otomatis, oleh karena itu memberi kenyamanan dalam pengoperasiannya dan memiliki keandalan yang tinggi.
Indonesia  merupakan  salah  satu  negara penghasil  minyak  dan  gas  bumi  terbesar  di dunia, di antaranya tersebar di wilayah: Sumatra, Natuna, Jawa, Kalimantan, Sulawesi, Papua dan dilepas pantai Indonesia. Sebagai konsekuensinya, kebutuhan  akan  pipa  transmisi  sebagai  sarana untuk  menghubungkan  sumber  dan  pengguna energi tersebut semakin meningkat, sehingga hal ini  merupakan  peluang  bisnis  khususnya  untuk industri baja dan industri yang memproduksi pipa. Spesifikasi  yang  harus  dipenuhi  oleh  baja  yang digunakan untuk pipa gas dan minyak di antaranya
adalah baja tersebut harus mempunyai kekuatan tarik yang tinggi yaitu sekitar 500 MPa. Baja HSLA (high strength low alloy steel) yang diproduksi dengan menggunakan  (Thermomechanical  Controlled Processing-TMCP) biasanya memenuhi persyaratan di atas dan digunakan sebagai bahan pipa gas dan minyak.
Di beberapa negara Eropa, pipa untuk gas dan minyak biasanya diproduksi dengan sambungan las spiral (spiral welded pipes) dan las yang digunakan berupa las SAW (Fatahamubina, 2003), karena proses pengelasanya dapat dilakukan secara otomatis dan memiliki keandalan yang tinggi. Untuk memenuhi persyaratan  perpipaan,  sambungan  las  harus mempunyai  kekuatan  dan  kekerasan  mendekati logam induknya. Untuk itu dalam pengelasan harus diperhatikan faktor-faktor seperti komposisi kimia filler dan fluks, heat input, kecepatan las dan laju pendinginan. Masalah yang muncul adalah masih seringnya terdapat cacat-cacat pada pengelasan, sehingga harus dilakukan perbaikan pengelasan dengan  las  SMAW  (Shield  Meld  Acd  Welding). Penggunaan  heat  input  sangat  mempengaruhi kekuatan dan kekerasan hasil pengelasan (Suharno, 2004). Penggunaan heat input selama ini di PT KHI Pipes Industries adalah 2,123 kJ/mm, namun dengan menggunakan heat input tersebut ternyata masih banyak cacat seperti terungkap di atas, untuk itu dalam penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kekuatan  dan  menurunkan  kekerasan  pipa sambungan las dengan peningkatan heat input.

## METODE

## Bahan
Bahan penelitian ini   :  Plat Baja API 5L X52
Spesifikasi pipa :  Tebal: 12 mm, Ø luar: 711,2 mm Spesifikasi bahan –  Tegangan luluh min  :  52.000 Psi (365 MPa)
–  Tegangan tarik min : 66.000 Psi (463 MPa) Tegangan tarik min  :  66.000 Psi (463 MPa)
–  Komposisi kimia
:
Tabel 1. Standar komposisi kimia logam induk (wt%) API 5L X-52 Line Pipe
C Mn P S Al Nb Si Nb V 0,08 0,9 0,02 0,01 0,04 0,03 0,05 0,03 0,134 Pengelasan Proses Pengelasan  :  SAW Jenis elektrode :  AWS A5.17-80:EM 12 K Ø 3,2 mm K Ø 3,2 mm Jenis fluk :  OK Flux 10.71. (by ESAB) Tabel 2. Komposisi kimia elektrode las (wt%) C Mn Si P
S Cr Ni Mo Cu Al 0,11 1,09 0,29 0,009 0,011 0,03 0,02 0,01 0,12 0,00

## Cara Pengelasan
Pelat yang berbentuk koil dirol tekuk membentuk pipa spiral dilakukan pengelasan dimulai bagian dalam kemudian pada jarak 1,5 meter dilakukan pengelasan  pada  bagian  luar  pipa  dengan  las SAW seperti terlihat pada Gambar 1. Dari model pengelasan spiral kontinyu yang divariasi adalah pengelasan luar pipa. Prosedur pengelasan adalah menurut standard AWS A5.17. Pengelasan dilakukan dengan 5 jenis variasi heat input yang berbeda-beda. Pengelasan dilakukan di PT. KHI Pipe Industries Cilegon Banten.
a) b) Coil pelat Rolls Pengelasa n dalam Pengelasan luar
Gambar 1. a).  Proses  pengelasan  pipa  spiral  (TWI, 1998), b) Skema pengelasan pipa spiral
Untuk memenuhi pengelasan pipa yang baik, maka  harus  memperhatikan  ukuran  dan  posisi
Tabel 3. Komposisi kimia fluks (wt%)
AL 2 O 3 SiO 3 MgO CaO MnO ZrO 2 TiO Na 2 O K 2 O Fe F S P 22-26 18-22 15-19 11-15 6-10 4-7 2-5 1-3 1 1-3 8 < 0,03 < 0,03
alur yang akan disambung, hal ini bisa dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Potongan alur pengelasan

## Pengujian Kekerasan dan Kekuatan Tarik
Pada penelitian ini dipergunakan metode Vickers karena bekas penekanannya kecil, pengukurannnya teliti, dan range ukurnya besar. Angka kekerasan Vickers  dapat  ditentukan  dengan  persamaan berikut:
VHN = 2 2 sin 2 d F θ = 1,8544 2 d F ............................ (1)
Prinsip dasar pengujian tarik adalah sebagai berikut: benda uji dipasang dalam arah aksial dari arah gaya tarik yang bekerja. Setelah beban tarik bekerja pada benda uji tersebut, maka benda uji akan mengalami perpanjangan sebanding dengan penambahan beban tarik. Beban tarik akan menurun setelah mencapai nilai maksimum di mana benda uji mengalami perpatahan. Penentuan regangan ditentukan dengan untuk mengetahui seberapa besa elastisitas dari sambungan pipa. Perhitungan dalam pengujian tarik dan regangan sebagai berikut:
σ =
0 A
F .......................................................................... (2)
e = 0 0 L L
L i − × 100%................................................... (3)
Spesimen uji tarik dibuat dengan menggunakan standar STP 601: untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan pada daerah las.
Gambar 3. Spesimen  uji  tarik  tranversal  silindris (Standar STP 601)

## HASIL DAN PEMBAHASAN Komposisi Kimia Pengelasan
Dari hasil komposisi kimia dapat dihitung harga C Equivalent yang dibutuhkan untuk pengelasan pipa (Purwaningrum, 2005) adalah:
CE     =  C + 25 Si + 16 Cu Mn + + 20 Cr + 60 Ni + 40 Mo + 15 V ...(4)
=  0,091 + 0 + 16 ) 129 , 0 715 , 0 ( + + 0 + 60 024 , 0 + 40 007 , 0 + 15 134 , 0 =   0,153
Dari  hasil  perhitungan  CE  di  atas  dapat diketahui bahwa bahan Baja Api 5L X -52 mempunyai sifat mampu las yang baik karena bernilai < 0,4. Baja karbon yang memiliki CE rendah memiliki kemampuan pengelasan yang baik. Semakin rendah harga CE semakin rendah pula kepekaan terhadap retak dingin pada sambungan las dan HAZ.

## Pengamatan Foto Makro
Foto makro dimaksukkan untuk mengetahui bentuk dan batas antara daerah las, HAZ, logam induk, las bagian luar dan las bagian dalam. Pada pengelasan  pipa  faktor  kekuatan  terdapat  pada pengelasan  bagian  luar,  dari  gambar  4  terlihat bahwa daerah las luar lebih besar dari pada yang dalam. Daerah ini juga sangat penting, dikarenakan daerah  yang  memiliki  pertemuan  antara  dua
Tabel 4. Komposisi kimia logam induk (wt%)
C Mn P S
Mo Ni Al Co Cu Nb Sn Ti V W 0,091 0,715 0,027 0,002 0,007 0,024 0,034 0,001 0,129 0,012 0,012 0,079 0,134 0,003 Tabel 5. Komposisi kimia elektrode las (wt%) C Mn Si P S Cr Ni Mo Cu Al 0,11 1,09 0,29 0,009 0,011 0,03 0,02 0,01 0,12 0,00
pengelasan  yaitu  bagian  dalam  dan  pengelasan bagian luar, di mana daerah tersebut merupakan pusat dari sambungan pengelasan pipa, sehingga bisa dikatakan sebagai pusat dari kekuatan pengelasan dan ketangguhan pipa. Di pihak lain di daerah HAZ adalah daerah yang sangat penting, di mana daerah yang mempertemukan daerah logam las dan logam induk,  maka  kekuatan  sambungan  juga  sangat ditentukan oleh daerah ini (Bhadeshia, 1991).
Logam induk Las bagian luar HAZ Las bagian dalam
Gambar 4. Foto makro las

## Pengujian Kekerasan
Dari pengujian kekerasan dengan metode Vickers Micro Hardness dengan menggunakan beban 500 gf, beban tersebut dipilih untuk mendapatkan bekas indentasi yang kecil sehingga mendapatkan jarak yang rapat, sehingga tiap perubahan akan dapat diukur nilai kekerasannya.

## Hubungan Het Input dengan Kekerasan
240 260 280 300 320 340 2,059 kJ/mm
2,123 kJ/mm 2,187 kJ/mm 2,252 kJ/mm
2,316 kJ/mm Heat Input (kJ/mm) Nilai Kekerasan (HVN) Gambar 5. Grafik kekerasa vs heat input
Las bagian luar HAZ
Las bagian dalam
Dari Gambar 5 di atas diperoleh hasil kekerasan rata-rata  pada  hasil  las  dengan  menggunakan heat input 2.059 Joule/mm mempunyai kekerasan paling tinggi, kemudian diikuti dengan pengelasan dengan  heat  input  2.123  Joule/mm,  2.187  Joule, 2.252 Joule/mm dan 2.316 Joule/mm, sehingga bisa dibuat  rata-rata  dengan  peningkatan  masukan maka menurunkan kekerasan pengelasan. Keadaan ini  sangat  baik  karena  didaerah  pengelasan banyak didominasi struktur ferrit terutama ferrit acicular yang mampu meningkatkan ketangguhan sambungan las (Suharno, 2004).

## Pengujian Kekerasan
0 50 100 150 200 250 300 350 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Jarak (mm) Nilai Kekerasan (HVN) 2,059 kJ/mm 2,123 kJ/mm 2,187 kJ/mm 2,252 kJ/mm 2,316 kJ/mm

## Gambar 6. Grafik  kekerasan  vs  jarak  dari  pusat pengelasan
Pengukuran kekerasan terdistribusi mulai dari pusat pengelasan ke arah tepi mendekati daerah HAZ  kasar  dimaksudkan  untuk  mengetahui penyebaran nilai kekerasan yang ada pada logam las. Kekerasan yang terjadi dengan arah mulai dari pusat pengelasan dan ke arah daerah HAZ dibuat dengan jarak pengukuran 0-750 µm, jarak tersebut bisa dilihat pada Gambar 6. Jarak pengujian sangat penting karena bisa mengetahui tingkat kekerasan sambungan pada titik tertentu, hal ini terbukti hasil dari pengujian pada penelitian ini menunjukkan bahwa nilai kekerasan sedikit mengalami penurunan dari pusat logam las.

## Tabel 6. Komposisi kimia fluks (wt%)
AL 2 O 3 SiO 3 MgO CaO MnO ZrO 2 TiO Na 2 O K 2 O Fe F S P 2-26 18-22 15-19 11-15 6-10 4-7 2-5 1-3 1 1-3 8 <0,03 <0,03 Tabel 7. Komposisi kimia logam las (wt%) C Si Mn P S Mo Ni Al Co Cu Nb Sn Ti V W 0,093 0,041 0,967 0,027 0,005 0,007 0,03 0,021 0,001 0,251 0,012 0,016 0,079 0,136 0,012

## Uji Tarik
Pengujian  tarik  secara  tranversal  silindris ini dimaksudkan untuk menunjukkan kekuatan tarik pada daerah pengelasan pada arah tranversal yang dibuat dengan standart STP 601. Pengujian ini  dimaksudkan  untuk  mengetahui  perubahan penambahan heat input pada proses pengelasan, dan juga dapat digunakan untuk mengetahui kekuatan di daerah las (Purwaningrum, 2005), karena titik perpatahan terjadi di daerah las.
Dari Tabel 8 di bawah menunjukkan nilai dari pengujian tarik di antaranya beban maksimum, tegangan maksimum, tegangan luluh, perpanjangan dan  regangan  yang  ditimbulkan  dari  pengujian tarik. Dari hasil pengujian terlihat bahwa tegangan tarik terdistribusi meningkat yang disebabkan oleh peningkatan heat input, namun khusus untuk heat input 2,123 dan 2,187 kJ/mm memiliki kekuatan tarik  sama.  Hal  ini  kemungkinan  disebabkan karena  distribusi  panas  pada  HAZ  relatif  sama sehingga tidak merubah nilai kekuatan tarik. Pada Pada penggunaan 2.252 dan 2.316 Joule/mm memiliki nilai kekuatan tarik yang meningkat. Dilihat dari tegangan tarik pada daerah luluh, nilainya sedikit agak berbeda di mana justru tegangan luluh pada heat  input  2.123  Joule/mm  nilainya  lebih  tinggi jika dibandingkan dengan penggunaan heat input yang lain, yaitu terjadi penurunan mulai dari heat input 2.316 Joule, 2.187 Joule/mm dan paling kecil 2.252 Joule/mm. Dari semua penggunaan kuat arus mendapatkan kekuatan tarik yang distandartkan Iscor  yaitu  minimal  ultimate  strenght  455  MPa dan tegangan luluh minimal 358 MPa, sehingga pengelasan ini baik untuk digunakan pada pipa minyak dan gas.
Dilihat pada nilai perpanjangan dan regangan yang terjadi nilai terkecil pada heat input 2,059 kilo Joule/mm kemudian 2,252 kilo Joule/mm sedang nilai yang lain relatif sama yaitu 26,33, nilai ini menunjukkan  bahwa  daerah  pengaruh  panas mempengaruhi  sedikit  sekali  besar  batas  butir sehinga memiliki regangan yang relatif sama.
Pada  Gambar  7  ditunjukkan  perbandingan tegangan tarik maksimum dan tegangan tarik luluh pada setiap peningkatan kuat arus pengelasan.

## SIMPULAN
Peningkatan heat input pada proses pengelasan sangat penting, karena dapat meningkat kekuatan sambungan. Dari hasil penelitian ini ditunjukkan bahwa penggunaan heat input dari 2,059 kilo Joule/ mm sampai 2,316 kilo Joule/mm, meningkatkan jumlah  persentase  ferit  acicular  sehingga meningkatkan kekuatan sambungan las, dengan nilai tertinggi 545,06 Mpa. Untuk regangan relatif sama sehingga elastisistas dari sambungan las seimbang. Penggunaan heat input sangat menentukan nilai kekerasan dari sebuah sambungan hasil pengelasan, di  mana  penggunaan  masukan  panas  dapat menurunkan nilai kekerasan logam akibat proses pengelasan. Hasil penelitian ini menunjukkan untuk penggunaan masukan panas tertinggi yaitu 2,316 kJ/ mm memiliki nilai kekerasan yang terendah. Untuk mengetahui nilai kekerasan dari pusat pengelasan sampai daerah HAZ dilakukan pengujian dengan jarak pengukuran 0- 750 µm, dari posisi pengujian kekerasan didapat bahwa sambungan las memiliki nilai  kekerasan  yang  menurun  dengan  jarak menjauhi pusat pengelasan.
Tabel 8. Nilai rata-rata kekuatan tarik tranversal logam las Nilai rata-rata kekuatan tarik tranversal logam las
Spesimen
P max (KN) σ max (Mpa) P yield (KN)
σ yield (Mpa)
ΔL (mm) e (%) 2,059 kJ/mm 2,123 kJ/mm 2,187 kJ/mm 2,252 kJ/mm 2,316 kJ/mm 14,74 14,91 14,90 15,15 15,40 521,59 527,72 527,37 535,98 545,06 12,89 13,10 12,97 12,89 13,07 456,24 463,45 458,84 456 462,49 4,67 5,23 5,3 4,9 5,27 23,33 26,17 26,50 24,50 26,33

## Uji tarik silindris tranversal
100 200 300 400 500 600 700 2,059 kJ/mm 2,123 kJ/mm 2,187 kJ/mm 2,252 kJ/mm 2,316 kJ/mm Heat Input (kJ/mm) Tegangan (MPa) Tegangan max Tegangan yield
Gambar 7. Grafik kekuatan tarik tranversal silindris

## DAFTAR PUSTAKA
Bhadeshia, H. K. D. H., dan Svensson, L., 1991. Modelling the Evolution of Microstucture in Steel Weld Metal, IIW DOC II-A-846-1991
Cary, H. B., 1994. Modern Welding Technology, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
Fatahamubina, A., 2003. Analisa Terhadap Penurunan Nilai Ketangguhan Pada Proses Pengelasan SAW pada Pipa Baja API 5L X-65, Temu Ilmiah, ITB, Hal 1–22.
Purwaningrum, Y., Ilman, M. N, dan Jamasri., 2005.
Pengaruh Basicity Index Fluks Terhadap Struktur Mikro, Ketangguhan dan Laju Rambatan Retak Fatik Sambungan Las Busur Terendam Baja Paduan Rendah (HSLA), Tesis, UGM, Yokyakarta.
Suharno, Ilman, M. N., dan Jamasri., 2004. Pengaruh Masukan Panas pada Pengelasan Busur Terendam Terhadap Ketangguhan dan Suhu Transisi Baja SM 490, Prosiding, ISBN: 979-98888-0-8, pp. hal. 36–42.