ANALISIS PENGGUNAAN LAS TIG PADA ALAT FUEL PILING UNTUK PENGELASAN PIN BAHAN BAKAR TIPE PWR

Alat fuel piling (FP) yang terpasang di laboratorium Instalasi Elemen Bakar
Eksperimental (IEBE) berfungsi sebagai pengering dan pemasukan pellet kedalam
kelongsong bahan bakar jenis Cirene, kemudian proses dilanjutkan ke alat las
magnetic force welding, Dalam pengembangan pengelasan kelongsong bahan bakar
jenis PWR, alat tersebut dapat dikembangkan untuk pengelasan kelongsong bahan
bakar jenis PWR dengan cara menambah alat Tunsten Inert Gas (TIG) dan modifikasi
welding chamber yang tersedia. Alat fuel piling yang ada dilengkapi dengan sistim
pemanas, sistim pravakum dan vakum, pengisian gas helium, dan pemegang dan
pemutar tutup dan kelongsong, serta ruang las (welding chamber), seperti Gambar 1
dan Gambar 3 pada lampiran dan alat las TIG yang tersedia adalah mesin las yang
dapat digunakan untuk berbagai tipe elemen bakar dengan arus dan waktu yang dapat
divariasikan dalam satu putaran kelongsong, dan hal ini sangat menentukan dalam
pengelasan kelongsong yang tipis dan berdiameter kecil.
Tinjauan dari beberapa keunggulan las TIG adalah mesin las yang dapat
digunakan untuk berbagai tipe elemen bakar dengan arus dan waktu yang digunakan
dapat divariasikan dalam satu putaran kelongsong, dan hal ini sangat menentukan
dalam pengelasan kelongsong yang tipis dan berdiameter kecil. Dengan keberadaan
alat Fuel Piling (FP), terlihat bahwa alat ini direncanakan untuk dihubungkan dengan
mesin las karena interface-nya telah tersedia, yaitu ruang las dan pendukungnya.
Kemudian di Instalasi Radiometalurgi (IRM) tersedia alat las TIG yang portable, yang
dihubungkan ke hotcell untuk mengelas pin bahan bakar yang telah dicuplik untuk uji
pasca iradiasi. Dilihat dari penggunaannya, alat ini untuk sementara belum digunakansampai ada uji pasca iradiasi untuk elemen bahan bakar nuklir berbentuk kelongsong
(PWR, BWR atau PHWR).
Dengan ketersediaan alat FP dan las TIG, perlu diefektifkan penggunaan kedua alat
serta untuk mempersingkat proses dan waktu, maka perlu dilakukan analisis
peningkatan kinerja FP dengan memasang alat las TIG dari IRM yang tersedia.
Sehingga dengan demikian dapat diharapkan kedua alat tersebut dapat disatukan
untuk penelitian teknologi pengelasan pin bahan bakar tipe PWR, guna mendukung
program dalam rangka produksi bahan bakar nuklir tipe PWR di Indonesia.
Permasalahan yang ada adalah belum tersedianya sistim pengkabelan yang
dapat digunakan di IRM dan di IEBE serta welding chamber yang tersedia harus
dilengkapi dengan masuknya elektroda mesin las, dan posisinya dapat diatur terhadap
benda kerja.
Metoda analisis yang dipakai adalah dengan mendata keberadaan kedua alat,
menentukan persyaratan untuk pengelasan dan menentukan tindakan yang akan
dilakukan untuk memenuhi yang dipersyaratan.
Hasil yang diharapkan, alat fuel piling/alat las TIG dapat dipakai untuk
pengelasan pin bahan bakar tipe PWR secara semi otomatis.
Status Alat Saat Ini
Alat fuel piling berfungsi untuk mengeringkan pellet dan mengisi ke dalam
kelongsong, sementara pengelasan tutup dilakukan pada alat Magnetic Force Welding
(MFW). Alat FP dilengkapi dengan sistim pemanas, sistim pravakum dan vakum,
pengisian gas helium, dan pemegang dan pemutar tutup dan kelongsong, serta ruang
las (welding chamber), seperti Gambar 1 dan Gambar 3. Alat MFW hanya dapat
digunakan untuk mengelas bahan bakar tipe Cirene yang mempunyai panjang sekitar
setengah meter dan diameter, dengan tebal dinding kelongsong yang lebih besar dari
tipe PWR.
Pada umumnya di negara-negara yang memproduksi bahan bakar nuklir tipe
PWR, teknologi pengelasan yang digunakan adalah alat las TIG, yang dapat
digunakan untuk beberapa proses pengelasan berbagai tipe bahan bakar. Sebagai
pertimbangan lebih lanjut bahwa alat las TIG (portable) yang ada di IRM (Gambar 2)
sementara ini belum digunakan untuk mendukung uji pasca iradiasi. Setelah dipelajari,
alat ini dapat digunakan untuk mengelas pin bahan bakar guna penelitian dan
produksi bahan bakar nuklir berbagai tipe, dengan demikian perlu dilakukan analisis
lebih lanjut untuk peningkatan kinerja alat FP yang ada. Peningkatan kinerja dilakukan
dengan mengganti pengelasan tutup dengan MFW (untuk Cirene) diganti dengan las
TIG (untuk tipe PWR).
Hasil pengelasan tutup pin bahan bakar menjadi hal yang sangat penting,
mengingat kelongsong elemen bakar menjadi pengungkung pertama hasil belah fisi
yang terjadi dalam teras reaktor. Kelongsong yang terbuat dari zirkaloi mempunyai
kekuatan yang sangat tinggi dan ketebalan yang sangat tipis, sehingga untuk
mendapatkan hasil las yang baik diperlukan peralatan las yang baik.
Proses pengelasan yang diinginkan dapat dilakukan pada ruang las khusus,
yang dapat divakumkan dan dilengkapi dengan pengisian gas pelindung. Kelongsong
dan tutup yang dipegang oleh clamp kemudian diputar bersama-sama dengan
kecepatan putar yang dapat diatur, sementara elektroda las dalam keadaan diam.
Kondisi proses las yang diinginkan dapat dirinci sebagai berikut:
1. Pengelasan dapat dilakukan untuk berbagai ukuran kelongsong (pengaturan
jarak torch/elektroda)
2. Besar arus dan waktu las dapat diatur dalam satu siklus pengelasan
3. Pengelasan dapat dilaksanakan pada ruang las khusus, dalam keadaan vakum
dan dialiri gas pelindung (inert gas)
4. Posisi elektroda dengan benda kerja dapat.
5. Pengaturan posisi elektroda dan benda kerja serta proses pengelasan dapat
diamati dari luar (penempatan sight glass).
Dari keberadaan alat FP dan alat TIG, maka dapat dibuat suatu analisis
peningkatan kinerja alat FP untuk dapat direalisasikan setelah dilakukan perhitungan
lanjutan terhadap komponen komponen yang direncanakan dan analisis kelayakan
dalam pengoperasiannya. Dari hasil analisis telah dibuat pra-rancangan untuk alat FP
sesuai persyaratan antara lain[3]:
1. Ruang las
Ruang las dilengkapi dengan sistem vakum sampai 10-3 bar, yang berfungsi untuk
mengosongkan oksigen yang ada pada ruang vakum, sehingga kualitas
pengelasan dapat dicapai. Ruang las juga dilengkapi dengan aliran gas helium,
saat pengelasan ruang las diisi dengan gas helium sampai tekanan (0,2 – 0,3) atm
untuk menjaga kualitas las serta berfungsi untuk uji kebocoran (helium leak
detector). Dilengkapi juga dengan sight glass, yaitu untuk memonitor posisi
elektroda dan benda kerja serta perputaran kelongsong sebelum dan saat
pengelasan
2. Pemegang kelongsong dan tutup (seal clamp dan tube clamp)
Pada saat pengelasan, kelongsong dan tutup dapat diputar dengan kecepatan
tertentu yang dikehendaki. Pemegang kelongsong dan tutup harus disediakan
sesuai dengan ukuran tipe elemen bakar yang akan dilas.
3. Elektroda
Elektroda masuk kedalam ruang las, dan harus bisa naik-turun untuk mengatur
posisi elektroda dengan benda kerja.
4. Periskop
Sebagai alat tambahan yang dipasang diluar ruang las untuk melihat posisi benda
kerja dengan elektroda serta memonitor perputaran kelongsong dan tutup saat
pengelasan.
Mesin las TIG dapat dipindahkan dari gedung IRM ke gedung IEBE karena alat
tersebut ditempatkan diluar hotcell dan portable, dan dapat digunakan sesuai
keperluannya untuk mengelas pin bahan bakar.
Yang perlu diperhatikan dalam hasil analisis ini adalah:
1. Alat dapat difungsikan pada dua tempat (gedung) yaitu IRM dan IEBE sehingga
diperlukan 2 set kabel power dan 2 set elektroda, dengan menggunakan konektor.
2. Perlu pengadaan kabel dan elektroda yang akan digunakan di gedung IEBE.
3. Perlu merencanakan/menyesuaikan power yang ada di IEBE agar mampu
mensuplai arus sesuai yang dibutuhkan.
4. Telah dibuat pra rancangan welding chamber pada FP untuk digunakan las TIG

mig.....?

Pengelasan MIG (metal inert gas) dan MAG (metal active gas) secara luas digunakan setiap kali dibutuhkan peleburan/penyatuan logam dengan kecepatan tinggi dan sedang.

Kedua teknik ini menggunakan arc DC yang nyala di antara bagian yang dikerjakan dan kawat elektroda, dimana elektroda ini fungsinya secara simultan adalah sebagai pembawa tenaga dan sumber filler logam.

Gas pelindung melingkupi arc, proses pemindahan tetesan dan leburan logam dari pengaruh atmosfir.

Untuk pengelasan MIG, gasnya adalah gas inert : argon atau campuran argon-helium. Pengelasan MAG menggunakan campuran argon dengan gas aktif seperti oksigen, CO atau keduanya.

pengelasa...

file error

las busur

Pengelasan busur adalah pengelasan dengan memanfaatkanbusur listrik yang terjadi antara elektroda dengan benda kerja.Elektroda dipanaskan sampai cair dan diendapkan pada logam yang akan disambung sehingga terbentuk sambungan las. Mula-mula elektroda kontak/bersinggungan dengan logam yang dilas sehingga terjadi aliran arus listrik, kemudian elektroda diangkat sedikit sehingga timbullah busur. Panas pada busur bisa mencapai 5.5000C. Las busur bisa menggunakan arus searah maupun arus bolak- balik
Mesin arus searah dapat mencapai kemampuan arus 1000 amper pada tegangan terbuka antara 40 sampai 95 Volt. Pada waktu pengelasan tegangan menjadi 18 sampai 40 Volt. Ada 2 jenis polaritas yang digunakan yaitu polaritas langsung dan polaritas terbalik. Pada polaritas langsung elektroda berhubungan dengan terminal negatif sedangkan pada polaritas terbalik elektroda berhubungan dengan
terminal positif. Jenis bahan elektroda yang banyak digunakan adalah elektroda jenis logam walaupun ada juga jenis elektroda dari bahan karbon namun sudah jarang digunakan. Elektroda berfungsi sebagai logam pengisi pada logam yang dilas sehingga jenis bahan elektroda harus disesuaikan dengan jenis logam yang dilas. Untuk las biasa mutu lasan antara arus searah dengan arus bolak-balik tidak jauh berbeda, namun polaritas sangat berpengaruh terhadap mutu lasan. Kecepatan pengelasan dan keserbagunaan mesin las arus bolakbalik dan arus searah hampir sama, namun untuk pengelasan logam/pelat tebal, las arus bolak-balok lebih cepat.

Elektroda yang digunakan pada pengelasan jenis ini ada 3 macam yaitu : elektroda polos, elektroda fluks dan elektroda berlapis tebal.Elektroda polos adalah elektroda tanpa diberi lapisan dan penggunaan elektroda jenis ini terbatas antara lain untuk besi tempa dan baja lunak. Elektroda fluks adalah elektroda yang mempunyai lapisan tipis fluks, dimana fluks ini berguna melarutkan dan mencegah terbentuknya oksida-oksida pada saat pengelasan. Kawat las berlapis tebal paling banyak digunakan terutama pada proses pengelasan komersil.
Lapisan pada elektroda berlapis tebal mempunyai fungsi :
1. Membentuk lingkungan pelindung.
2. Membentuk terak dengan sifat-sifat tertentu untuk melindungi logam cair.
3. Memungkinkan pengelasan pada posisi diatas kepala dan tegak lurus.
4. Menstabilisasi busur.
5. Menambah unsur logam paduan pada logam induk.
6. Memurnikan logam secara metalurgi.
7. Mengurangi cipratan logam pengisi.
8. Meningkatkan efisiensi pengendapan.
9. Menghilangkan oksida dan ketidakmurnia.
10. Mempengaruhi kedalaman penetrasi busur.
11. Mempengaruhi bentuk manik.
12. Memperlambat kecepatan pendinginan sambungan las.
13. Menambah logam las yang berasal dari serbuk logam dalam lapisan pelindung.
Fungsi-fungsi yang disebutkan diatas berlaku umum yang artinya belum tentu sebuah elektroda akan mempunyai kesemua sifat tersebut. Komposisi lapisan elektroda yang digunakan bisa berasal dari bahan organik ataupun bahan anorganik ataupun campurannya.Unsur-unsur utama yang umum digunakan adalah :
1. Unsur pembentuk terak : SiO2 , MnO2 , FeO dan Al2O3 .
2. Unsur yang meningkatkan sifat busur : Na2O, CaO, MgO dan TiO2 .
3. Unsur deoksidasi : grafit, aluminium dan serbuk kayu.
4. Bahan pengikat : natrium silikat, kalium silikat dan asbes.
5. Unsur paduan yang meningkatkan kekuatan sambungan las : vanadium, sirkonium, sesium, kobal, molibden, aluminium, nikel, mangan dan tungsten.
I. Proses SMAW (Shieled Metal Arc Welding) atau pengelasan busur listrik elektroda terbungkus.
Proses SMAW juga dikenal dengan istilah proses MMAW (Manual Metal Arc Welding). Dalam pengelasan ini, logam induk mengalami pencairan akibat pemanasan dari busur listrik yang timbul antara ujung elektroda dan permukaan benda kerja. Busur listrik yang ada dibangkitkan dari suatu mesin las. Elektroda yang dipakai berupa kawat yang dibungkus oleh pelindung berupa fluks dan karena itu elektroda las kadang-kadang disebut kawat las. Elektroda selama pengelasan akan mengalami pencairan bersama-sama dengan logam induk yang menjadi bagian kampuh las. Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las akan terisi oleh logam cair yang berasal dari elektroda dan logam induk.
Untuk dapat mengelas dengan proses SMAW diperlukan baberapa peralatan, seperti mesin las, kabel elektroda dan pemegang elektroda, kabel logam induk dan penjempit logam induk serta elektroda. Peralatan lain yang juga perlu disediakan adalah topeng las (welding mask), sarung tangan dan jas pelindung.
Gambar di bawah, adalah skema proses SMAW lengkap dengan bagian-bagiannya.
Gambar. Skema Proses Pengelasan SMAW
Selain mencairkan kawat las yang nantinya akan membeku menjadi logam las, busur listrik juga ikut mencairkan fluks. Karena masa jenisnya yang kecil dari logam las maka fluks berada diatas logam las pada saat cair. Kemudian setelah membeku fluks cair ini menjadi terak yang membentuk logam las. Dengan demikian, fluks cair akan melindungi kumbangan las selama mencair dan terak melindungi logam las selama pembekuan. Terak ini nantinya harus dihilangkan dari permukaan logam las dengan menggunakan palu atau digerinda.

Mengapa Pengelasan Cast Iron Sering Terjadi Retak ?

Beberapa bulan yang lalu KBK Pengelasan ramai mendiskusikan masalah RETAK (CRACK) pada material CAST IRON (BESI TUANG) akibat dari pengelasan. Fenomena retak pada pengelasan Cast Iron (Besi Tuang) adalah merupakan fenomena yang tidak asing bagi para praktisi pengelasan. Oleh karena itu kami dari KBK Welding (Pengelasan) akan sedikit banyak ingin mendiskusikan lagi Bagaimana hal ini bisa terjadi serta fenomena Metalurgy apa yang tekandung pada material tersebut.

APAKAH BESI TUANG (CAST IRON) ITU ???

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% - 4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% - 4% akan mempunyai sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja.

Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :


1. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON).

Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.

2. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON).

Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja.

3. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON).

Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).

FAKTOR-FAKTOR APA YANG MEMPENGARUHI SIFAT MAMPU LAS (WELDABILITY) PADA MATERIAL INI ???

1. Ketegangan saat pendinginan.

Secara teori pengelasan (welding) material las (logam las / weld metal) akan berkontraksi selama pendinginan. Karena kerapuhan dari besi tuang inilah kontraksi cast iron mempunyai kemampuan yang lebih rendah dibandingkan Baja.

2. Bentuk yang tidak beraturan.

Umumnya Besi Tuang ini dibuat dalam bentuk yang tidak berarturan atau boleh saya bilang artistic. Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak dan perlu diingat juga yang melatarbelakangi ini adalah sifatnya yang mempunyai daya lentur yang sangat rendah.

3. HAZ yang keras.

HAZ pada Besi Tuang yang berdekatan dengan Weld Metal akan mempunyai sifat yang KERAS. Pengerasan ini diakibatkan oleh adanya bagian HAZ yang tidak ikut mencair.

4. Pengikatan Karbon dari Base Metal.

Akibat Pengelasan Besi tuang yang tercampur dengan Base Metal akan menyebabkan terjadinya pengikatan KARBON pada WELD METAL sehingga menyebabkan peningkatan kandungan SULFUR dan PHOSPOR.dalam WELD METAL tersebut.

5. Penyerapan Minyak pada Besi Tuang.

Karena bentuk kareketeristik material ini rata-rata berpori maka kemungkinan terjadinya peresapan minyak dalam graphite yang menyebabkan porositas pada logam las. Biasanya sering dialami oleh temen praktisi welding, repair pada saat maintenance.

gambar...........

Pengelasan difusi (diffusion welding, DFW); dua pemukaan logam yang akan disambung disatukan, kemudian dipanaskan dengan temperatur mendekati titik lebur logam sehingga permukaan yang akan disambung menjadi plastis dan dengan memberi tekanan tertentu maka terbentuk sambungan logam;
Pengelasan gesek (friction welding, FW); penyambungan terjadi akibat panas yang ditimbulkan oleh gesekan antara dua bagian logam yang disambung. Ke dua bagian logam yang akan disambung disatukan dibawah pengaruh tekanan aksial, kemudian salah satu diputar sehingga pada permukaan kontak akan timbul panas (mendekati titik cair logam), maka setelah putaran dihentikan akan terbentuk sambungan logam.
Pengelasan ultrasonik (ultrasonic welding, UW); dilakukan dengan menggunakan tekanan tertentu antara dua bagian logam yang akan disambung, kemudian diberi getaran osilasi dengan frekuensi ultrasonik dalam arah yang sejajar dengan permukaan kontak. Gaya getar tersebut akan melepas lapisan tipis permukaan kontak sehingga dihasilkan ikatan atomik antara ke dua permukaan tersebut.

DASAR-DASAR PENGELASAN

Pengelasan adalah proses penyambungan material dengan menggunakan energi panas sehingga menjadi satu dengan atau tanpa tekanan.
Pengelasan dapat dilakukan dengan :
pemanasan tanpa tekanan,
pemanasan dengan tekanan, dan
tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam material itu sendiri).
Disamping itu pengelasan dapat dilakukan :
tanpa logam pengisi, dan
dengan logam pengisi.
Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam, tetapi juga sering digunakan untuk menyambung pelastik. Dalam pembahasan ini akan difokuskan pada penyambungan logam.
Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, karena :
Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen;
Sambungan las dapat lebih kuat daripada logam induknya, bila digunakan logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya;
Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan material dan biaya fabrikasi. Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan pekerjaan tambahan (misalnya, penggurdian lubang) dan pengencang sambungan (misalnya, rivet dan baut);
Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan.

Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan :
Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah tenaga kerja yang mahal;
Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi yang besar;
Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak dapat dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk produk yang memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan atau perawatan);
Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.