Bagaimana Memilih Prosedur Pengelasan yang Benar untuk Tabung Stainless Steel Dupleks untuk Menghindari Hilangnya Ketahanan Korosi?

Pengelasan yang buruk selama beberapa menit dapat sepenuhnya merusak kualitas-ketahanan korosi pada tabung baja tahan karat dupleks. Setiap sambungan yang diproduksi di bengkel atau di lapangan harus secara hati-hati menjaga struktur mikro dua-fasa yang berbeda yang memberikan kekuatan dan ketahanan pada dupleks. Mempertahankan ketahanan korosi paduan yang kuat dalam kondisi klorida dan asam yang keras lebih penting daripada sekadar mencegah kebocoran.

Landasan Metalurgi: Apa yang Membuat Dupleks Unik
Campuran seimbang antara 50% austenit dan 50% ferit ditemukan dalam baja tahan karat dupleks (seperti UNS S32205, S31803, atau 2205). Struktur dua-fase ini menawarkan:

Kekuatan mekanik yang tinggi (sekitar dua kali 316L).

Ketahanan yang luar biasa terhadap retak korosi tegangan yang disebabkan oleh klorida (SCC).

PREN (angka ekuivalen ketahanan lubang) sebesar 34–36 menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi lubang dan celah.

Bahannya meleleh dan cepat mengeras selama proses pengelasan. Keseimbangan fase akhir dalam logam las dan zona-yang terpengaruh panas (HAZ) ditentukan oleh laju pendinginan dan riwayat termal. Dua hal merugikan dapat terjadi jika prosesnya dilakukan secara tidak benar:

Produksi ferit yang berlebihan: Ketika ferit mendominasi karena pendinginan yang lambat atau masukan panas yang tinggi, ketangguhan dan ketahanan terhadap korosi berkurang.

Pengendapan fase intermetalik, khususnya fase sigma (σ) (FeCrMo) dan fase chi (χ), yang berkembang antara 600 dan 900 derajat. Perkembangan fase-fase ini menghabiskan matriks di sekitarnya dari unsur-unsur paduan penting karena kaya akan kromium dan molibdenum. Penggetasan yang parah dan penurunan tajam ketahanan korosi pitting adalah akibatnya.

Di sisi lain, terlalu banyak austenit dapat dihasilkan oleh masukan panas yang tidak mencukupi atau pendinginan yang sangat cepat, yang akan menurunkan kekuatan. Oleh karena itu, jangka waktu pemrosesan yang terbatas harus dipatuhi.

Elemen Penting dari Proses Pengelasan Baja Tahan Karat Dupleks
Faktor-faktor berikut dikontrol secara akurat dengan metode pengelasan baja tahan karat dupleks yang sesuai, teknik pencegahan korosi tabung.

1. Pemilihan Logam Pengisi
Untuk menjaga keseimbangan fasa dan ketahanan terhadap korosi, kandungan paduan logam pengisi harus sama atau melebihi kandungan logam dasar. Pengisi standar untuk dupleks 2205 adalah ER2209 (UNS S39209). Produksi austenit dalam endapan las didorong oleh komposisinya, yang kandungan nikel dan nitrogennya agak berlebihan dibandingkan logam dasar. Hal ini menggantikan efek ferit-yang mendukung pemadatan cepat.

Logam pengisi seperti ER2594 digunakan untuk grade super duplex (seperti 2507). Pada logam dasar dupleks, jangan pernah menggunakan bahan pengisi austenitik (seperti 308L atau 316L); lasan yang dihasilkan akan memiliki karakteristik korosi yang salah dan mungkin retak.

2. Pengendalian Masukan Panas
Kecepatan perjalanan, tegangan, dan arus semuanya mempengaruhi masukan panas. Kisaran masukan panas yang disarankan untuk baja tahan karat dupleks biasanya antara 0,5 dan 2,5 kilojoule per milimeter. Masukan panas yang terlalu tinggi mendorong pendinginan yang lambat, yang memungkinkan pembentukan fase sigma dan pengerasan ferit; masukan panas yang terlalu rendah menimbulkan risiko fusi tidak sempurna atau ferit berlebihan.

Pengelasan busur tungsten gas (GTAW) dari tabung 2205 biasanya bertujuan pada 0,5–1,5 kJ/mm. Jika suhu interpass diatur secara ketat, rentang yang lebih besar (hingga 2,0 kJ/mm) mungkin dapat diterima untuk pengelasan busur logam gas (GMAW) dengan transfer semprotan berdenyut.

3. Interpass Suhu
Suhu interpass-suhu area pengelasan sebelum lintasan berikutnya harus dijaga-di bawah 150 derajat , dan sering kali di bawah 100 derajat selama lintasan awal. Panas diakumulasikan oleh suhu interpass yang tinggi, yang memperpanjang periode pendinginan dan mendorong pengendapan fase sigma. Pendinginan udara alami di sela-sela lintasan mungkin cukup untuk tabung dengan dinding tipis (misalnya 2-3 mm). Pendinginan udara paksa atau waktu tunggu yang lebih lama antar lintasan diperlukan untuk porsi yang lebih tebal.

4. Membersihkan dan melindungi punggung
Baik permukaan las maupun sisi akar las baja tahan karat dupleks perlu dilindungi dari oksigen sekitar. Mengenai pengelasan tabung:

Argon dengan 1-3% nitrogen adalah gas pelindung utama yang umum. Sejumlah kecil nitrogen, suatu penstabil austenit, ditambahkan ke gas pelindung untuk membantu menjaga keseimbangan fasa yang diinginkan dalam logam las.

Pembersihan kembali: Untuk menghentikan oksidasi manik akar, argon murni (atau argon dengan 2–5% nitrogen) dibersihkan dari bagian dalam tabung. Kerak kromium oksida, yang dihasilkan oleh polusi oksigen, menyebabkan penipisan kromium dan penurunan ketahanan terhadap korosi.

5. Metode dan Prosedur Pengelasan
Untuk tabung dupleks, metode busur berdenyut (GTAW berdenyut atau GMAW berdenyut) digunakan karena keduanya

Gunakan arus puncak yang tinggi diikuti dengan arus latar belakang yang rendah untuk mengurangi masukan panas.

Tingkatkan pengelolaan kolam las dan turunkan kemungkinan terjadinya luka bakar pada dinding sempit.

Membuat struktur mikro yang lebih konsisten dan halus.

Daripada menggunakan manik-manik tenunan lebar, yang meningkatkan masukan panas dan pendinginan lambat, manik-manik stringer (lintasan lurus tanpa tenun) digunakan untuk pengelasan manual.

Pasca-Pembersihan Las (Pengawetan dan Pasifasi) adalah Langkah Penting
Warna panas (skala oksida) akan muncul pada permukaan las dan sekitarnya HAZ meskipun masukan panasnya ideal. Karena kromium lebih mudah berinteraksi dengan oksigen, sehingga logam di bawahnya memiliki lebih sedikit kromium, lapisan oksida ini kromium-habis. Korosi lubang dan celah dalam layanan klorida mudah dimulai di zona kekurangan ini.

Pembersihan setelah pengelasan diperlukan. Ada dua metode yang efisien:

Penghapusan Bahan Kimia (Pengawetan)
Pasta atau rendaman pengawet: Warna panas dilarutkan dan lapisan kromium-yang terkuras dihilangkan menggunakan larutan asam nitrat (HNO₃) dan asam fluorida (HF). Pasta pengawet dioleskan pada lasan dan area tabung yang terkena panas, dibiarkan selama jangka waktu tertentu (misalnya 15 hingga 60 menit), lalu dibilas seluruhnya dengan air.

Pengawetan perendaman: Meskipun memerlukan peralatan khusus, merendam rakitan tabung kecil atau bagian spul dalam rendaman pengawet berpemanas lebih seragam.

Pasifasi Setelah Pembersihan Mekanis
Menggerinda atau menyikat: Bantalan abrasif halus atau sikat non-logam (seperti sikat kawat baja tahan karat, yang hanya digunakan pada dupleks dan tidak pernah digunakan pada baja karbon) dapat digunakan untuk menghilangkan warna panas. Tanpa meninggalkan partikel besi yang menempel, seluruh lapisan berwarna harus dihilangkan dengan cara digiling.

Pasifasi: Untuk mengembalikan lapisan oksida kromium pasif, larutan asam nitrat atau asam sitrat diaplikasikan ke permukaan setelah pembersihan mekanis. Penggilingan sendiri dapat mengotori logam dan menghasilkan permukaan yang kurang terlindungi, oleh karena itu langkah ini sangat penting.

Setelah pengawetan yang tepat, lasan dan HAZ harus memiliki tampilan dan ketahanan korosi yang sama dengan pipa induk karena lasan yang baik tahan terhadap korosi. Pengelasan akan menjadi titik kegagalan pertama jika warna panas tetap ada.

Pengukuran Ferit untuk Verifikasi Kualitas Las
Lingkup ferit, perangkat induksi magnetik, digunakan untuk mengukur kandungan ferit logam las dan HAZ untuk memverifikasi bahwa proses pengelasan telah menjaga keseimbangan fasa yang tepat. Untuk baja tahan karat dupleks, kandungan ferit 30–70% (menyeimbangkan austenit) sering kali dapat diterima. Banyak spesifikasi yang menargetkan 40–60%.

Kekuatannya menurun karena austenit yang berlebihan, yang ditunjukkan dengan nilai di bawah 30%.

Ferit yang berlebihan ditunjukkan dengan nilai di atas 70%, yang mengurangi ketangguhan dan mungkin menunjukkan adanya fase sigma (sigma bersifat non-magnetik, namun persentase ferit menurun seiring dengan munculnya sigma; pembacaan ferit yang sangat rendah atau tidak konsisten dapat menjadi petunjuk).

Dalam aplikasi kritis, kupon yang dilas dapat menjalani analisis mikrostruktur (metalografi) untuk mendeteksi fase intermetalik. Di dalam butiran ferit, fase sigma bermanifestasi sebagai endapan berbentuk jarum atau blok.

Kesalahan Umum dan Cara Mencegahnya
Mencegah Konsekuensi Kesalahan
Menggunakan logam pengisi 308L atau 316LLas rentan terhadap retak dan memiliki ketahanan korosi yang buruk. Gunakan pengisi dupleks yang cocok (ER2209 untuk 2205) setiap saat.
Panas berlebih (lebih dari 2,5 kJ/mm)PREN rendah, penggetasan, dan pengendapan dalam fase sigmaTentukan masukan panas, gunakan busur berdenyut, dan tetapkan batasan kecepatan.
Interpass suhu di atas 150 derajat Penumpukan panas mendorong sigmaGunakan termokopel untuk mengukur; biarkan dingin di sela-sela gerakan.
Tidak ada pembersihan akar tabungPenipisan kromium, oksidasi manik akar, dan korosi celahGunakan argon atau kombinasi argon-nitrogen untuk membersihkan
Membiarkan warna panas pada tempatnya Di tepi las, korosi lokal akan dimulai. Acar atau pasifkan menggunakan mesin.
Menggunakan roda gerinda atau sikat baja karbon Korosi galvanik disebabkan oleh polusi besi. Gunakan perkakas baja tahan karat khusus, idealnya hanya untuk dupleks.
Kualifikasi dan Spesifikasi Prosedur Pengelasan (WPS)
Spesifikasi Prosedur Pengelasan (WPS) formal harus dibuat dan dikualifikasi sesuai dengan kode seperti ASME Bagian IX, AWS D1.6, atau ISO 15614 untuk aplikasi industri apa pun. Hal berikut ini harus dinyatakan dengan jelas dalam WPS untuk tabung baja tahan karat dupleks:

kisaran dan kadar ketebalan logam dasar.

Klasifikasi logam pengisi (misalnya, ER2209).

Teknik pengelasan GTAW, GMAW, atau SMAW.

komposisi dan laju aliran gas pelindung.

gas dan teknik pembersihan punggung.

Rentang masukan panas dan parameter listrik (tegangan, arus, dan kecepatan perjalanan).

melebihi batasan suhu, seperti maksimum 150 derajat.

Pemanasan awal biasanya tidak diperlukan untuk dupleks kecuali suhu sekitar di bawah 5 derajat.

Pasta pengawet, perendaman, atau pasivasi + mekanis adalah metode pembersihan pasca-pengelasan.

Standar penerimaan kandungan ferit (misalnya, 30–70% ferit dalam logam las).

Uji tarik dan tekuk serta uji korosi (seperti uji pitting besi klorida menurut ASTM G48) merupakan contoh pengujian kualifikasi. Inspeksi arus eddy atau uji hidrostatik mungkin juga diperlukan untuk pengelasan tabung.

Pertimbangan untuk Pengelasan Lapangan
Karena pengendalian lingkungan lebih sulit, pengelasan tabung dupleks di lapangan (misalnya, untuk pengikatan atau perbaikan) lebih sulit dibandingkan pengelasan di bengkel. Fokus khusus perlu diberikan pada:

Memanfaatkan lensa dan layar gas untuk menghentikan gangguan gas pelindung dikenal sebagai pelindung angin.

Pemantauan suhu: Gunakan pirometer kontak atau termometer inframerah untuk mengukur suhu interpass.

Pembersihan: Mungkin tidak mungkin untuk mengosongkan seluruh tabung-berdiameter besar; sebagai gantinya, bendungan pembersih terbatas yang terbuat dari sumbat karet dapat digunakan.

Pengawetan: Untuk mencegah tumpahan ke peralatan di dekatnya, pasta pengawet lapangan harus diterapkan dan dinetralkan dengan hati-hati.

Kesimpulannya, kualitas suatu bahan tergantung pada tangan yang mengerjakannya.
Untuk tabung baja tahan karat dupleks, memilih teknik pengelasan yang tepat sangat penting untuk mencegah hilangnya ketahanan terhadap korosi. Masukan panas yang berlebihan, suhu interpass yang tinggi, logam pengisi yang tidak cocok, atau adanya warna panas kromium-yang terkuras semuanya dapat merusak keseimbangan struktur mikro austenit-ferit yang memberikan kekuatan dan ketahanan lubang pada dupleks. Zona las mempertahankan kinerja korosi yang sama seperti tabung induk berkat proses metodis yang mengontrol masukan panas (biasanya 0,5–2,5 kJ/mm), suhu interpass di bawah 150 derajat, pengisi ER2209 untuk logam dasar 2205, pembersihan balik inert, dan pengawetan pasca pengelasan yang ketat. Keberhasilan dipastikan dengan pengukuran ferit (30–70% ferit). Pengelasan yang baik-tahan terhadap korosi; bahannya hanya sebagus tangan yang menyatukannya.