130132646 Konstruksi Bahan Boiler 123

Konstruksi dan Pengetahuan

Bahan Boiler

Oleh:

Ir. Sugeng Isdwiyanudi, MT.

Pendahuluan

Di dalam pengoperasian ketel uap, terdapat bagian-

bagian yang harus menahan tekanan yang

ditimbulkan oleh uap yang bertekanan. Bagian-bagian

ini harus diamati secara tepat agar dapat menerima

beban tekanan cukup kuat.

Kekuatan bahan harus diperhitungkan sesuai dengan

kondisi operasi yang akan berlangsung, untuk itu

penilaian bahan yang akan digunakan harus benar-

benar diteliti untuk memberikan informasi yang akurat

serta perangkat peralatan pengaman yang menjamin

bahwa ketel uap tersebut bekerja pada kondisi yang

telah diperhitungkan.

Gaya tangensial

Gaya normal

KEKUATAN DAN TEGANGAN

Secara umum, gaya yang bekerja pada batang dibedakan menjadi:

yaitu gaya yang bekerja dengan arah tegak lurus dengan penampang batang

yaitu gaya yang bekerja dengan arah sejajar dengan penampang batang

Gaya yang bekerja merata pada seluruh luas penampang, disebut TEGANGAN (STRESS).

)(mm A penampang; Luas

(Newton) F Gaya;)(N/mm Tegangan;

2

2

Gaya normal Tegangan utama;

Gaya tangensial Tegangan geser;

Gaya Normal

1. Tegangan Tarik

F F

A

F t

Tegangan yang terjadi pada batang adalah tegangan tarik; t (N/mm

2)

F = gaya; Newton (N) A = Luas penampang; mm2

Luas penampang lingkaran; A = r2 ; r = jari-jari (mm)

Luas penampang segi empat; A = p l

2. Tegangan Tekan

F F

A

F c

Tegangan yang terjadi pada batang adalah tegangan tekan; c (N/mm

2)




3. Tegangan Bengkok

Tegangan yang terjadi pada batang adalah tegangan bengkok; b (N/mm

2)

Mb = momen bengkok; N mm Wb = momen tahanan bengkok; mm

3

b

bb

W

M

d

F

L1 L2

L3

A B C

RA RB

3b d

32

W

h

b

2b h b

6

1W

Gaya Tangensial

1. Tegangan Geser

F

Tegangan yang terjadi pada batang adalah tegangan geser; s (N/mm

2)




A

F s

2. Tegangan Puntir

Tegangan yang terjadi pada batang adalah tegangan puntir; p (N/mm2)

Mp = momen puntir; N mm Wp = momen tahanan puntir; mm

3

d

n, F A B

h

b

22p b h

6

1h b

6

1W

p

p

pW

M

3p d

16

W

Tegangan Kombinasi

t,2t,1eq

1. Antara Gaya Tarik dan Gaya Tarik

bteq

2. Antara Gaya Tarik dan Gaya Bengkok

cbeqcteq atau

3. Antara Gaya Tarik/Gaya Bengkok dan Gaya Tekan

4. Antara Gaya Normal dan Gaya Tangensial

i. Tegangan normal kombinasi; eq

ii. Tegangan geser kombinasi; eq

2

2

eq2

2

2

2

eq2

Catatan: diganti dengan t, atau b, atau c diganti dengan s atau p

5. Antara Gaya Geser dan Gaya Geser

cos s,2s,12

s,2

2

s,1eq

6. Antara Gaya Geser dan Gaya Puntir

cos ps2

p

2

seq

Dalam perancangan bahwa:

Tegangan (yang terjadi) Kekuatan ijin

v bahan

= kekuatan utama ijin; N/mm2

bahan = kekuatan normal bahan; N/mm2

v = faktor keamanan, tergantung kondisi beban

v

x 0,5

vbahanbahan

= kekuatan geser ijin; N/mm2

bahan = kekuatan geser bahan; N/mm2

Setiap bahan (material) mempunyai kekuatan bahan yang tergantung dari jenis bahan (diperoleh dari tabel referensi).

Faktor keamanan tergantung kondisi beban (ringan, menengah, kejut), umur komponen, dsb. (diperoleh dari tabel referensi).

Tegangan pada dinding ketel uap tegangan kearah memanjang dari

dinding (tegangan longitudinal); l

tegangan kearah keliling (tegangan tangensial); t

tegangan radial yang diakibatkan oleh tekanan dalam; r

l

r t

Tegangan kearah memanjang dari dalam

badan tabung (tegangan longitudinal); l

F = 0 l 2 r1 t p r2 = 0

p = tekanan kerja; N/mm2

r1 = radius dalam tabung; mm

t = tebal tabung; mm

l = p r1

2 t =

p d1

4 t

Asumsi gaya tekanan

ditahan merata sepanjang

tabung, maka:

v

bahan

Tegangan sejajar radius tabung (tegangan

radial); r

p

r

Untuk dinding yang tipis (D1/t > 20), tegangan

radial kecil, sehingga dianggap nol.

Tegangan kearah keliling (tegangan

tangensial); t

p = tekanan kerja; N/mm2

r1 = radius dalam tabung; mm

t = tebal tabung; mm

t t

F = 0 t 2 t L p 2 r1 L = 0

t = p r1

t =

p d1

2 t

t

v

bahan

Diameter dalam tabung (d1) Tebal plat (t)

< 900 mm

900 < 1.350 mm

1.350 < 1.800 m

> 1.800 m

6 mm

7,5 mm

9 mm

12 mm

Tekanan rendah: p < 20 bar Tekanan sedang: 20 bar < p < 50 bar Tekanan tinggi: 50 bar < p < 200 bar Tekanan sangat tinggi: p > 200 bar

Tekanan kerja boiler diklasifikasi sbb.:

1 bar = 1 atm = 1 kg/cm2 = 10-4 kg/mm2

= 105 N/m2 = 0,1 N/mm2 = 105 Pa

= 14,7 psi

Pemilihan Bahan

Untuk Ketel Uap

Kemampuan Memiliki sifat yang

istimewa sesuai dengan

penggunaannya

Ukuran dan bentuk Memiliki keuntungan

dengan kekuatan yang

sesuai

Efisien dan ekonomis Dapat mempersingkat

teknik pembuatan

Yang perlu diperhatikan Bahan

Untuk Ketel Uap

Kekuatan Pengolahan Penyambungan (Pengelasan,

Pengelingan)

Unsur yang penting dari jenis

material

Kualitas Teknik pembuatan, susunan kimiawi, struktur

mikro, sifat mekanik

Bentuk Plat lembaran, material cetakan, pipa, batang

Ukuran Panjang, diameter, ketebalan

Karakteristik material

Komposisi kimiawi Teknik pembuatan, susunan kimiawi, struktur

mikro, sifat mekanik

Struktur mikro Plat lembaran, material cetakan, pipa, batang

Sifat: mekanik, fisik, dan kimiawi

Beberapa Jenis Standar

AISI : American Iron and Steel Institute

SAE : Society Automotive Engineers

ISO : International Organization for Standardization

JIS : Japan International Standard

ASME : American Society of Mechanical Engineer

ASTM : American Society for Testing Materials

API : American Petroleum Institute

DIN : Deutsches Institut fur Normung

SNI : Standar Nasional Indonesia

Bahan untuk plat Boiler harus baik karena

disamping harus menahan tekanan yang tinggi

juga harus tahan pada suhu yang tinggi, serta

mudah dikerjakan (dibentuk).

Umumnya

menggunakan baja

karbon rendah atau

baja paduan rendah.

Baja karbon

Baja Karbon Rendah : 0,1 s.d 0,25 % C

Baja Karbon Menengah : 0,25 s.d 0,55 % C

Baja Karbon Tinggi : 0,55 s.d 1,0 % C

Baja Karbon Sangat Tinggi : 1,25 s.d 2,0 % C

Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah, memiliki karbon antara 0,10 s.d 0,25 % C dan mengandung manganese s.d 1,5 %

Secara umum bentuk produk berupa pelat hasil pengerolan dingin kondisi annealling. Klasifikasi baja

ini termasuk dalam AISI 1016 , 1018, 1019.

Penggunaan pelat karbon rendah ini bervariasi mulai

dari produk stamping, forging,

tabung dan pelat untuk boiler.

Baja Karbon Menengah

Baja karbon menengah, memiliki karbon antara 0,3 s.d 0,6 % C dan kandungan manganese 0,60 s.d

1,65 %. Baja ini dapat ditingkatkan kekuatannya

melalui proses heat treatment (quenching,

tempering).

Klasifikasi baja ini termasuk dalam AISI 1030, 1040, dan

1050.

Penggunaan baja karbon menengah bervariasi mulai dari

poros, kopling, gear.

Baja Karbon Tinggi

Baja Karbon Tinggi memiliki karbon anatara 0,6 s.d 1,0 % C dan juga manganese antara 0,3 s.d

0,90 %,

Klasifikasi baja ini termasuk AISI 1060, 1080, 1095.

Penggunaan jenis baja karbon tinggi bervariasi mulai dari pegas,

dan kawat kekuatan tinggi.

Baja Karbon Paduan Rendah

Ketahanan korosi rendah oksidanya tidak

protektif (FeO, Fe2O3 ,Fe3O4)

Ketahanan korosi akan meningkat dengan

adanya pembentuk lapisan pasif (Cr2O3, Al2O3)

Semakin besar kandungan unsur pemadu

seperti: 2-3 % Cu, Cr, Ni ketahanan korosi

akan semakin baik.

Untuk lingkungan yang agresif digunakan

jumlah pemadu yang lebih besar.

Penambahan Cu > 0,3 % memperbaiki

ketahanan dan menaikkan potensial baja

Fosfor < 0,1 % & Cu akan memperbaiki

ketahanan terhadap korosi

Cr, memperbaiki ketahanan korosi dengan

menaikkan potensial baja

Ni dan Si dalam jumlah kecil akan

memperbaiki ketahanan terhadap korosi.

Bahan Pipa

Water tube boilers :

- Generating tube

- Super heater tube

- Economizer tube

- Circulator tube

- Furnace wall tubes

Fire tube boiler

- Boiler flues

- Super heater

- Feed water heater

Seamless Low Carbon Steel

for Boiler Tube

Stainless Steel Pipe for

Boiler

Baja Tahan Karat

Baja tahan karat atau lebih dikenal dengan Stainless

Steel adalah senyawa besi yang mengandung

setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses

korosi (pengkaratan logam).

Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya

lapisan film oksida Kromium, dimana lapisan oksida

ini menghalangi proses oksidasi besi (Fero).

Klasifikasi Baja Tahan Karat

1. 12-14% Kromium (Cr); sifat mekanik bajanya sangat

tergantung dari kandungan unsur karbon (C).

2. Baja dengan pengerasan lanjut, 10-12% Kromium (Cr),

0.12% Karbon (C) dengan sedikit tambahan unsur-unsur

Mo, V, Nb, Ni dengan kekuatan tekanan mencapai 927

MPa dipergunakan untuk bilah turbin gas.

3. Baja Kromium tinggi, 17%Cr, 2,5% Ni. Memiliki

ketahanan korosi yang sangat tinggi. Dipergunakan untuk

poros pompa, katup dan fitting yang bekerja pada tekanan

dan temperatur tinggi tetapi tidak cocok untuk kondisi

asam.

Besi Cor (Cast Iron)

Besi cor secara umum disebut dengan logam paduan dengan kandungan karbon 2,1 %.

Dalam keadaan lainnya besi cor mengandung % karbon antara 3,0 dan 4,5 % dan terdapat

unsur-unsur lainnya.

Suhu cair besi cor ini sekitar 1.150 s.d 1.300oC lebih rendah dari baja.

Sementite yang terbentuk dalam besi cor terurai dalam bentuk ferrite dan grafit dengan reaksi,

sbb: Fe3 C 3 Fe ( ) + C (grafit)

Besi cor kelabu memiliki unsur karbon antara 2,5 s.d

4,0 % dan Si antara 1,0 s.d 3,0 %. Grafitnya

berbentuk seperti benang, dengan matrik ferit atau

perlit dan tergantung pendinginannya.

Besi cor ini banyak digunakan karena

sifat mekaniknya mampu mesin yang

baik, ketahanan terhadap aus, mampu

menahan getaran.

1. Besi Cor Kelabu

(Gray Cast Iron)

Besi cor nodular memiliki grafit bulat atau spheroidal grafit, hasil dari penambahan magnesium atau cerium

sebelum dilakukan casting.

Sifat mekanik (kekuatan dan keuletannya) cukup baik.

Struktur mikro besi cor nodular terdiri grafit bulat dengan

matrik ferit dan grafit bulat

dengan matrik perlit, hal ini

tergantung dari laju

pendinginannya.

2. Besi Cor Nodular

(Ductile Cast Iron)

Besi cor putih memiliki kandungan Si > 1,0 % dan dengan laju pendinginan cepat, dengan

matrik Fe3C (sementit) atau sangat keras.

Besi cor putih memiliki kekuatan tekan dan ketahanan

aus yang tinggi, tapi juga

bersifat getas.

3. Besi Cor Putih

Besi cor putih memiliki bentuk grafit yang tidak teratur.

Kadang-kadang disebut besi cor tempering, karena diperoleh dari proses tempering pada suhu 800 -

900oC dengan waktu yang sangat lama.

Dilihat dari struktur mikronya, bentuk grafit menyerupai bunga rose, oleh

sebab itu disebut juga besi cor

bergrafit rossete dengan matrik ferit

atau perlit yang tergantung laju

pendinginannya.

4. Besi Cor Mampu Tempa

(Malleable Cast Iron)

Tabel Kekuatan Tarik Bahan DIN, Deutsches Institut fur Nurmong

Material Kekuatan Tarik (N/mm2)

Baja (St) 50 500

Baja (St) 70 500 s.d 700

Baja (St) 90 700 s.d 900

Baja paduan 25 Cr Mo 4 700 s.d 900

Baja paduan 42 Cr Mo 4 900 s.d 1100

Stainless steel X 22 Cr Ni 17 800 s.d 1000

Stainless steel X 5 Cr Ni 18 500 s.d 700

Baja cor GS 40 500

Tabel Kekuatan Tarik Bahan JIS, Japanese International Standards

Material Kekuatan Tarik (N/mm2)

Baja karbon JIS G 4051

- S30C 480 s.d 550

- S35C 520 s.d 580

- S45C 550 s.d 620

Baja karbon JIS G 3108

- SGD A 350 s.d 650

- SGD B 460 s.d 770

Baja khrom

- SCr3 90

- SCr4 95

- Scr5 100

Tabel Kekuatan Tarik Bahan SAE, Society Automotive Engineers ASTM, American Society for Testing Materials

Material Kekuatan Tarik (MPa)

SAE G2500 173

SAE G4000 276

ASTM A536 (60-40-18) 414

ASTM A536 (100-70-03) 690

ASTM A536 (32510) 345

Copper Nickel 372

Tin bronze 310

Aluminum bronze 586

1 MPa = 10 N/mm2

Tabel Faktor Keamanan

Material Kondisi pembebanan

Statis Berulang Berganti Kejut

Metal rapuh 4 6 10 15

Metal yang lunak 5 6 9 15

Baja kenyal 3 5 8 13

Baja cor 3 5 8 15

Timah 6 8 12 18

Tabel Faktor Keamanan

Material

Kondisi pembebanan

Steady load Live load Shock load

Cast iron 5 to 6 8 to 12 16 to 20

Wrought iron 4 7 10 to 15

Steel 4 8 12 to 16

Soft material and alloy 6 9 15

Leather 9 12 15

Timber 7 10 to 15 20

l v

bahan p d1

4 t v

bahan

Menghitung tebal plat; t

Memilih bahan plat; bahan

Memeriksa kemampuan bahan

p d1

4 t v

bahan

Contoh: 1. Menentukan tebal plat; t

Tekanan; p = 2 N/mm2 20 bar

Diameter dalam; d1 = 1,500 mm

Faktor keamanan; v = 8 Live load; v = 8 (dari tabel)

Bahan yang digunakan = Baja karbon JIS G 3108, SGD B

Kekuatan tarik bahan; bahan = 770 N/mm2 (dari tabel)

Tebal plat; t 7.8 mm

Jadi, tebal plat yang digunakan adalah 8 mm

t p d1 v

4 bahan

Contoh 1:

Diketahui:

- Tekanan kerja; p = 2 N/mm2 20 bar

- Diameter dalam dinding; d1 = 1.500 mm

- Bahan yang digunakan = Baja karbon JIS G 3108, SGD B

- Kondisi pembebanan = Live load

Ditanya: tebal dinding plat; t = ?

Jawab:

Dari tabel diperoleh:

- Kekuatan bahan JIS G 3108, SGD B; bahan = 770 N/mm2

- Faktor keamanan live load; v = 8

maka,

Jadi, tebal dinding plat yang digunakan adalah 8 mm

Contoh: 2. Menentukan/memilih bahan




Tebal; t = 9 mm

Kekuatan bahan; bahan 666.7 N/mm2

jadi, bahan yang digunakan adalah Baja Karbon JIS G 3108, SGD B,

kekuatan tarik 460 s.d 770 N/mm2

bahan p d1 v

4 t

Contoh 2:

Diketahui:




Ditanya: Bahan dinding plat; bahan = ?

Jawab:



maka, Jadi, bahan dinding plat

yang digunakan adalah

Baja Karbon JIS G

3108, SGD B

Contoh: 3. Memeriksa kemampuan bahan



Tebal; t = 9 mm

Bahan yang digunakan = Baja karbon JIS G 3108, SGD B

Kekuatan tarik bahan; bahan = 770 N/mm2 (dari tabel)


Pemeriksaan kemampuan bahan:

96.25 83.33

Jadi, bahan yang digunakan/dipilih (Baja Karbon JIS G 3108, SGD B)

memenuhi syarat pemakaian.

bahan p d1

4 t

v

Contoh 3: Diketahui:



- Tebal plat; t = 9 mm

- Bahan yang digunakan = Baja karbon JIS G 3108, SGD B


Ditanya: kemampuan bahan yang digunakan = ?

Jawab:


- Kekuatan bahan JIS G 3108, SGD B; bahan = 770 N/mm2


maka,

Jadi, bahan yang digunakan (Baja karbon JIS G 3108,

SGD B) memenuhi syarat pemakaian.

Latihan: 1. Ketel uap dirancang dengan tekanan kerja 2,5

N/mm2 (25 bar). Diameter dalam dindingnya 2 m.

Hitung tebal plat dinding ketel uap yang

digunakan, bila bahan yang digunakan ASTM

A536 (100-70-03) dengan kondisi beban live load.

2. Ketel uap dirancang dengan tekanan kerja 2 bar.

Diameter dalam dindingnya berdiameter 1.000

mm dan tebalnya 7,5 mm. Rancang bahan

dinding ketel uap yang digunakan, bila kondisi

beban live load.

Latihan: 3. Ketel uap dirancang dengan tekanan kerja 30 bar.

Diameter dalam dindingnya 2.500 mm dan

tebalnya 12 mm. Bahan dinding ketel uap adalah

DIN St 90 dengan kondisi beban live load. Apakah

kondisi tersebut memenuhi syarat pemakaian.

Rumusan lain: Tebal Plat Minimum

t = tebal plat minimum; mm

p = tekanan pemakaian tertinggi; kg/cm2

Di = diameter dalam badan atau dome; mm

= kekuatan tarik material; kg/mm2

= rasio tegangan tarik yang diijinkan terhadap kekuatan tarik

yaitu 1/4

= efisiensi minimum pada kondisi sambungan memanjang atau

ada lubang bersambungan

k = nilai yang ditetapkan mengikuti temperatur uap

= konstanta allowance korosi 1 mm untuk p < 28 kg/cm2

2,5 mm untuk p > 28 kg/cm2

1. Standar diameter dalam; Di

Tabel Nilai k untuk jenis baja

Temperatur; oC < 480 510 535 565 590 > 620

Nilai k Territe steel

0,4 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7

Austenit

steel

0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,7

Tebal Plat Minimum

t = tebal plat minimum; mm


Do = diameter luar badan atau dome; mm



yaitu 1/4



k = nilai yang ditetapkan mempertimbangkan creep rupture pada

temperatur tinggi k = 0,4

= konstanta 1 mm untuk p < 28 kg/cm2


2. Standar diameter luar; Do

Cocok untuk

temperatur < 480 oC dan diameter

luar < 60 mm

Tebal Plat Minimum

3. Bila ketebalan plat > jari-jari dalam dan

temperatur uap < 374 oC

t = tebal plat (pipa) minimum; mm

R = badan ketel uap atau jari-jari dalam; mm

Z = konstanta dihitung dengan rumus:




yaitu 1/4



k = nilai yang ditetapkan tergantung temperatur uap (tabel)

Proses Pengerolan (Rolling) yaitu proses pembuatan benda kerja (logam)

dengan cara memberikan gaya luar sampai terjadi

deformasi (perubahan bentuk) plastik.

Pembuatan dinding boiler dilakukan dengan

proses pengerolan (rolling) pengerjaan panas

Pengerjaan panas (hot working)

yaitu proses pembentukan logam yang dilakukan

pada daerah temperatur rekristalisasi logam yang

diproses.

Temperatur rekristalisasi

yaitu temperatur pada saat terjadinya inti butir

baru, sekitar 0,4 s.d 0,5 dari temperatur cair dalam

derajat Kelvin.

Dalam proses deformasi pada temperatur

rekristalisasi terjadi peristiwa pelunakan yang terus

menerus, sehingga deformasi yang diberikan

kepada benda kerja dapat relatif besar.

Proses pengerolan menggunakan dua buah rol dengan

diameter yang sama, dan logam yang akan dibentuk

diberi gaya tekan dari luar, dan jenis proses

pengerolan yang lain.

Tebal Plat Penutup (End Plate)

1. End plate bentuk piring atau setengah

bola, tidak mempunyai lubang yang

memerlukan penguat

t = tebal minimum plat penutup; mm


R = jari-jari sisi dalam pada bagian pusat plat; mm



yaitu 1/4





W = koefisien yang berkaitan dengan bentuk

Bentuk setengah bola; W = 1

Bila bentuknya lengkung, dihitung dengan rumus:

r = jari-jari dalam sudut bulatan plat penutup bentuk piring; mm

2. End plate bentuk setengah elip, tidak

mempunyai lubang yang memerlukan

penguat

t = tebal minimum plat penutup; mm


D = diameter panjang pada sisi dalam plat penutup elip; mm



yaitu 1/4





V = koefisien yang berkaitan dengan bentuk elip, dihitung

dengan rumus:

h = diameter pendek (breadh) pada sisi dalam plat penutup; mm

Untuk kebutuhan pipa boiler, dapat dilakukan

perancangan (perhitungan tegangan dan kekuatan, dan

pemilihan bahan) seperti pada kebutuhan dinding plat.

Sifat mekanik

Kekuatan (strength): ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak suatu bahan

Kekuatan luluh (yield strength): kekuatan bahan terhadap deformasi awal

Kekuatan tarik (tensile strength): kekuatan maksimun yang dapat menerima beban.

Keuletan (ductility): berhubungan dengan besar regangan sebelum patah

Kekerasan (hardness): ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaannya

Ketangguhan (toughness): jumlah energi yang

mampu diserap bahan sampai terjadi patah

Mulur (creep): deformasi (perubahan bentuk)

permanen dari material pada beban konstan, dengan

temperatur operasi di atas 0,4 Tm (Tm = temperatur

melting).

Kelelahan (fatique): ketahanan bahan terhadap

pembebanan dinamik.

Patahan (failure)

Untuk mengetahui sifat mekanik bahan,

dilakukan dengan pengujian bahan (Destructive

Test).

Gaya tangensial

Gaya normal

TEGANGAN (STRESS) Secara umum, gaya yang bekerja pada batang dibedakan menjadi:

yaitu gaya yang bekerja dengan arah tegak lurus dengan penampang batang

yaitu gaya yang bekerja dengan arah sejajar dengan penampang batang

Gaya yang bekerja merata pada seluruh luas penampang, disebut TEGANGAN (STRESS).

)(mm A penampang; Luas

(N) F Gaya;)(N/mm Tegangan;

2

2

Apabila logam dengan panjang awal Lo ditarik menjadi panjang akhir Lt, maka benda tersebut mengalami tegangan tarik dan regangan.

REGANGAN (STRAIN)

Regangan teknik; adalah perbandingan antara

pertambahan panjang terhadap panjang awal.

L = pertambahan panjang; mm

L = Lt Lo Lt = panjang akhir; mm

Lo = panjang awal; mm oL

L

Regangan teknik mengasumsikan bahwa diameter tidak

mengalami perubahan bentuk.

Pengujian Kekuatan Tarik

Grafik ideal tegangan sebagai fungsi regangan suatu

logam dapat digambarkan sebagai berikut:

Tegangan;

Regangan; o

E

Y2 P

B

P = proporsional E = elastisitas Y1 = yield (luluh) atas Y2 = yield (luluh) bawah U = ultimate (maksimum) B = break (patah)

Y1

U

Tegangan;

Regangan; o

E

Y2 P

B Y1

U - Dari titik O ke P

(proporsional)

tegangan sebanding

dengan regangan.

tetapi bila beban dilepas maka logam kembali ke bentuk

semula (deformasi elastik).

- Dari P sampai E

(elastistas) tegangan

tidak sebanding lagi

dengan regangan,

- Dari titik P sampai E masih bersifat elastik dan E adalah

batas elastik.

- Maka dari titik O sampai E (daerah elastik) berlakulah

hukum Hooke.

Hukum Hooke yaitu:

= E

= tegangan; N/mm2 E = modulus elastisitas bahan; N/mm2, diperoleh dari

tabel referensi tergantung dari jenis bahan

= regangan

Tegangan;

Regangan; o

E

Y2 P

B Y1

U

maka penampang logam mulai tampak mengecil dan

memanjang (terjadi perubahan bentuk atau deformasi

plastik).

- Bila beban mencapai

titik E dan diteruskan

pemberian beban

sampai patah (logam

mengalami luluh dan

kekuatan maksimum

terlebih dahulu),

- Pada kondisi tersebut tidak berlaku hukum Hooke.

Keuletan (ductility) Keuletan: derajat deformasi plastis hingga

terjadinya patah

100% x L

L

o

100% x A

)A- (AAR

o

ot

Keuletan dinyatakan dengan

Presentasi elongasi,

Presentasi reduksi area

Uji Kekerasan (Hardness Test)

ROCKWELL VICKERS

BRINELL

Ketangguhan (Toughness)

Teg

angan

Regangan A

B

B

C C

Perbedaan antara kurva tegangan dan regangan hasil uji tarik

untuk material yang getas dan ulet

ABC : ketangguhan material getas (brittle)

ABC : ketangguhan material ulet (ductile)

Logam Kekuatan luluh

(MPa)

Kekuatan

tarik (MPa)

Keuletan %

Elongasi

Au - 130 45

Al 28 69 45

Cu 69 200 45

Fe 130 262 45

Ni 138 480 40

Ti 240 330 30

Mo 565 655 35

Uji Mulur (Creep Test)

Uji Kelelahan (Fatique Test)

a) Highly ductile fracture in which the

specimen necks down to a point

b) Moderately ductile fracture after some

necking

c) Brittle fracture without any plastic

deformation

Sambungan Paku Keling

p

F

p-d d

F

F

p

Tegangan yang terjadi adalah Tegangan tarik; t (N/mm

2)

t d)-(p

F

A

F t

F = gaya; N p = jarak antara sumbu; mm d = diameter paku keling; mm t = tebal plat; mm 1 = efisiensi

t Syarat perancangan

1. Kerusakan pada penampang plat

p

F

p-d d

F = gaya; N d = diameter paku keling; mm n = jumlah paku keling

Syarat perancangan

2. Kerusakan pada paku keling

Tegangan yang terjadi adalah Tegangan geser; s (N/mm

2)

keling paku, s

2s

d n

F

A

F

4

F

F

p

Catatan:

Standar p sambungan paku keling:

Lap joint rivet 1 deret; p = 2,6 d + 8

Lap joint rivet 2 deret; p = 2,6 d + 18

Butt joint 2 deret; p = 3,5 d + 18

Diameter d paku keling:

Lap joint; d = t 4 mm

Butt joint 2 deret; d = t - 6 mm

Sambungan Pengelasan

Butt joint weld

Lap joint weld

Tabel Kekuatan Tarik Bahan Elektroda JIS; Japan Industrial Standards

Klasifikasi Kekuatan Tarik (N/mm2)

D4301 D4340 430

D5000, D5001, D5003 500

D5016, D5026, D5300 530

D5316, D5326 530

D5816, D5826 580

Tabel Kekuatan Tarik Bahan Elektroda AWS; American Welding Standards dan ASTM; American Society for Testing Materials

Klasifikasi Kekuatan Tarik (N/mm2)

E6010 436

E6011 436

E6012 471

E6013 471

E6020 436

E6027 436

E7014 E7028 492

Tabel Faktor Keamanan Sambungan Las

Tipe sambungan Faktor keamanan

Reinforced butt joint weld 1,2

Toe to transverse fillet weld 1,5

End of parallel fillet weld 2,7

T-butt joint with sharp corner 2,0

Perhitungan kekuatan Butt Joint Weld

Tegangan yang terjadi pada sambungan las adalah Tegangan tarik; t (N/mm

2)

t

F

tL

F

A

F t

F = gaya; N L = panjang las; mm t = tebal las efektif; mm

v

elektroda t,tt Syarat perancangan

Contoh:

The outside or inside of the tank shell disambung secara butt joint dengan tebal 5 mm (tebal las efektif), menerima gaya sebesar 50 kN. Pengelasan SMAW dengan elektroda JIS D5300. Rencanakan panjang las.

t = 5 mm

F = 50 kN

Penyelesaian:

Tegangan yang terjadi adalah tegangan tarik

Dari tabel referensi, diperoleh:

- t, elektroda = 530 N/mm2

- v = 1,2

Panjang las minimum

mm 22,6530 x 5

1,2 x 50.000

t

vFL

v

tL

F

v

elektroda t,

elektroda t,

elektroda t,

t

Perhitungan kekuatan Lap Joint Weld

Tegangan yang terjadi pada sambungan las adalah Tegangan tarik; t (N/mm

2)

F = gaya; N L = panjang las; mm a = tebal las efektif; mm t = tebal las; mm

F

t 22

1a

t

t

a

L

double

transverse

fillet weld

Lt 22

1 2

F

L a 2

F

AA

F

21

t

Contoh:

In shell manholes and nozzles disambung secara double transverse fillet weld, menerima gaya sebesar 60 kN. Pengelasan SMAW dengan elektroda AWS E6012. Panjang las 80 mm. Rencanakan tebal las.

Penyelesaian:

Tegangan yang terjadi adalah tegangan tarik



- v = 1,5

F = 60 kN

L = 80 mm

double

transverse

fillet weld

Tebal las minimum

mm 1,7471 x 80 x 2

1,5 x 60.000

L 2

vFt

v

Lt 22

1 2

F

AAv

A A

F

v

elektroda t,

elektroda t,

21

elektroda t,

21

elektroda t,

t

Tegangan yang terjadi pada sambungan las adalah Tegangan geser; s (N/mm

2)

F

L

parallel

fillet weld

Lt 22

1 2

F

L a 2

F

AA

F

21

s

Contoh:

Sambungan plat logam dengan parallel fillet weld, menerima gaya sebesar 60 kN. Pengelasan SMAW dengan elektroda AWS E6012. Panjang las 80 mm. Rencanakan tebal las.

Penyelesaian:

Tegangan yang terjadi adalah tegangan geser



- v = 2,7

F = 60 kN

L = 80

mm

parallel

fillet weld

Tebal las minimum

mm 6,1

471 x 80 x 22

1

2,7 x 60.000

L 22

1

vFt

v

0,5

Lt 22

1 2

F

0,5v

Lt 22

1 2

F

AAv A A

F

v

elektroda t,

elektroda t,

elektroda t,elektroda s,

elektroda s,

21

elektroda s,

21

elektroda s,

s

PROSES PENGELASAN SMAW (Shield Metal Arc Welding)

Proses pengelasan SMAW yaitu proses pengelasan

menggunakan bahan tambah elekroda yang terbuat dari kawat

logam yang terbungkus fluks. Busur listrik terbentuk di antara

logam induk dan ujung elektroda.

Panas dari busur listrik

mengakibatkan logam induk dan

ujung elektroda mencair, kemudian

membeku bersama terjadi ikatan

metalurgi.

Fluks terbuat dari bahan-bahan tertentu dengan

perbandingan tertentu pula, yang dapat digolongkan

dalam bahan sebagai fungsi fluks pada pengelasan.

Fungsi dan bahan fluks antara lain:

Sebagai pemantap busur listrik, dan contoh bahan yang digunakan kalsium karbonat; CaCO3

Dapat melindungi logam cair terhadap udara sekitar, dan contoh bahan yang digunakan natrium silikat;

NaSiO3 Sebagai penambah unsur paduan, contoh bahan yang

digunakan mangan dioksida; MnO2 Sebagai unsur pengikat, contoh kalium silikat;

K2SiO3

Proses pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas

Welding) atau GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

yaitu proses pengelasan menggunakan bahan tambah

elekroda (tidak ikut mencair) yang terbuat dari

tungsten dan gas pelindung.

PROSES PENGELASAN GTAW (TIG)

Karena elektroda

tidak ikut mencair

dapat disebut juga

elektroda tidak

terumpan.

Proses pengelasan MIG (Metal Inert Gas

Welding) atau GMAW (Gas Metal Arc Welding)

yaitu proses pengelasan menggunakan logam

pengisi kawat las besi dan berfungsi juga sebagai

bahan tambah elektroda yang diumpankan terus

menerus serta gas pelindung.

PROSES PENGELASAN GMAW (MIG)

Gas sebagai pelindung

busur listrik yang

digunakan adalah gas

Argon, gas Helium

Hasil Uji Radiography Test

Scattered porosity Cluster porosity Root pass aligned porosity

Transverse crack Inter pass slag inclusions Elongated slag lines

Lack of penetration Longitudinal root crack Longitudinal crack

130132646 Konstruksi Bahan Boiler 123

Documents