Bagaimana lapisan las diterapkan untuk membuat pipa berlapis baja tahan karat?

Dasar-dasar Kelongsong Lapisan Las

Lapisan las, juga dikenal sebagai pelapis las atau permukaan, adalah proses manufaktur yang digunakan untuk membuat pipa berlapis baja tahan karat dengan mendepositkan lapisan paduan tahan korosi ke permukaan internal pipa pendukung baja karbon atau baja paduan rendah yang lebih murah. Tidak seperti metode ikatan gulungan atau ikatan ledakan, lapisan las membangun lapisan terbungkus secara metalurgi melalui pengelasan fusi. Prosesnya melibatkan penggunaan sistem pengelasan otomatis untuk menerapkan manik-manik las yang berurutan dan tumpang tindih di sepanjang bagian dalam pipa. Hal ini menciptakan lapisan baja tahan karat yang sangat padat dan homogen yang terikat secara integral pada bahan dasar. Tujuan utamanya adalah untuk menggabungkan kekuatan mekanik dan keekonomian baja karbon dengan ketahanan spesifik terhadap korosi, erosi, atau suhu tinggi dari paduan baja tahan karat, sehingga menghasilkan solusi hemat biaya untuk lingkungan layanan yang menuntut.

Proses Pengelasan Utama untuk Aplikasi Overlay

Penerapan lapisan berlapis dicapai melalui teknik pengelasan otomatis dan presisi yang menjamin konsistensi dan kualitas. Pilihan proses bergantung pada faktor-faktor seperti ukuran pipa, ketebalan lapisan yang diinginkan, laju produksi, dan komposisi paduan.

Pengelasan Busur Terendam (SAW)

Pengelasan Busur Terendam adalah metode umum untuk pelapisan lapisan las pada pipa berdiameter besar. Busur tersebut dipukul di bawah selimut fluks melebur granular, yang mencegah kontaminasi atmosfer, hujan rintik-rintik, dan radiasi UV. SAW menawarkan tingkat deposisi yang tinggi dan penetrasi yang dalam, sehingga efisien untuk mengaplikasikan lapisan berbalut tebal. Biasanya digunakan dengan elektroda strip (misalnya, lebar 60mm) untuk produktivitas maksimum dan permukaan lapisan atas yang halus dan encer.

Pengelasan Busur Tungsten Gas (GTAW/TIG)

Pengelasan Busur Tungsten Gas menggunakan elektroda tungsten yang tidak dapat dikonsumsi dan gas pelindung inert. Dikenal karena presisi dan kontrol yang sangat baik terhadap masukan panas, GTAW menghasilkan endapan las dengan kemurnian tinggi dan pengenceran rendah. Hal ini penting ketika melapisi dengan paduan berkinerja tinggi seperti Inconel atau Hastelloy, di mana meminimalkan pencampuran baja karbon dari pipa dasar sangat penting untuk menjaga ketahanan korosi lapisan tersebut. Ini sering digunakan untuk diameter yang lebih kecil atau root pass kritis.

Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW/MIG)

Pengelasan Busur Logam Gas menggunakan elektroda kawat habis pakai dan gas pelindung yang diumpankan secara kontinyu. Proses GMAW otomatis modern, seperti Cold Metal Transfer (CMT), sangat efektif untuk pelapisan. CMT secara drastis mengurangi masukan panas, meminimalkan pengenceran dan distorsi sekaligus memungkinkan pengendapan berkecepatan tinggi. Hal ini membuatnya cocok untuk berbagai ukuran pipa dan jenis paduan, menawarkan keseimbangan yang baik antara kualitas dan produktivitas.

Parameter dan Kontrol Proses Utama

Lapisan las yang berhasil memerlukan kontrol ketat terhadap beberapa parameter untuk menjamin integritas dan kinerja lapisan kelongsong. Penyimpangan dapat menyebabkan cacat yang membahayakan produk akhir.

• Masukan Panas: Kontrol yang tepat terhadap arus listrik, tegangan, dan kecepatan perjalanan adalah yang terpenting. Masukan panas yang berlebihan meningkatkan pengenceran (persentase logam dasar yang tercampur ke dalam lasan), yang dapat menurunkan kandungan kromium dan nikel dalam lapisan, sehingga menurunkan ketahanan terhadap korosi. Hal ini juga dapat menyebabkan distorsi berlebihan dan tegangan sisa.
• Kontrol Pengenceran: Targetnya biasanya mencapai tingkat pengenceran di bawah 10-15%. Teknik seperti menggunakan lapisan "mentega", mengoptimalkan parameter pengelasan, dan menggunakan kepala las berosilasi membantu meminimalkan pencampuran logam dasar dan memastikan bahan kimia yang dibalut memenuhi spesifikasi.
• Suhu Interpass: Mengelola suhu antara lintasan las yang berurutan sangat penting untuk mencegah retak, terutama pada baja tahan karat austenitik yang rentan terhadap sensitisasi (presipitasi kromium karbida).
• Penempatan Manik dan Tumpang Tindih: Sistem otomatis merencanakan jalur obor dengan cermat untuk memastikan geometri manik yang konsisten dan tumpang tindih yang cukup (biasanya 30-50%) antara manik-manik yang berdekatan. Hal ini menghilangkan cacat kurangnya fusi dan menciptakan lapisan kelongsong yang tebal dan seragam.

Pemilihan Bahan: Bahan Habis Pakai dan Pipa Dasar

Pemilihan bahan habis pakai pengelasan secara langsung menentukan sifat-sifat lapisan yang dibalut. Logam pengisi harus dipilih berdasarkan ketahanan korosi yang diperlukan, tidak hanya mencocokkan paduan nominalnya.

Pipa dasar, atau baja pendukung, biasanya terbuat dari baja karbon (misalnya, ASTM A106 Gr. B) atau baja paduan rendah. Fungsi utamanya adalah untuk memberikan kekuatan struktural dan penahanan tekanan. Permukaan harus dibersihkan secara menyeluruh (dengan penggilingan atau pemesinan) dan diperiksa sebelum pelapisan untuk menghilangkan oksida, kerak, atau kontaminan yang dapat menyebabkan cacat ikatan.

Pemrosesan dan Inspeksi Pasca Aplikasi

Setelah pelapisan las diterapkan, pipa yang dilapisi mengalami beberapa langkah penyelesaian dan verifikasi yang penting. Permukaan pelapis bagian dalam sering kali dikerjakan atau digiling untuk mencapai toleransi dimensi akhir yang halus dan untuk menghilangkan segala ketidakteraturan permukaan yang dapat memerangkap kontaminan atau menghambat aliran. Pipa tersebut kemudian menjalani pemeriksaan non-destruktif (NDE) yang ketat. Pengujian Penetran Pewarna (PT) atau Pengujian Partikel Magnetik (MT) memeriksa retakan permukaan. Pengujian Ultrasonik (UT) banyak digunakan untuk mengukur ketebalan lapisan akhir secara seragam di sepanjang pipa dan untuk mendeteksi adanya kekurangan ikatan antara lapisan dan logam dasar. Terakhir, pipa diberi perlakuan panas jika diperlukan sesuai spesifikasi (biasanya perlakuan panas pasca pengelasan untuk menghilangkan tegangan) dan menjalani pengujian hidrostatis untuk memvalidasi integritas tekanannya sebagai struktur komposit.

Kelebihan dan Keterbatasan Metode Weld Overlay

Memahami pro dan kontra dari metode ini sangat penting untuk pemilihan material yang tepat dalam desain proyek.

• Keuntungan: Menawarkan fleksibilitas desain yang luar biasa untuk melapisi geometri kompleks seperti fitting, katup, dan tikungan pipa. Hal ini memungkinkan penerapan berbagai tingkat paduan, termasuk superalloy berbasis nikel dan superalloy berbasis kobalt. Proses ini dapat memperbaiki komponen yang rusak dan membuat permukaan aus. Hal ini memungkinkan terciptanya "sambungan transisi" antara logam yang berbeda.
• Keterbatasan: Umumnya proses ini lebih lambat dan memakan banyak tenaga kerja dibandingkan dengan roll-bonding untuk bagian pipa yang panjang dan lurus. Pemanasan dan pendinginan siklik dapat menimbulkan tegangan sisa yang signifikan. Mencapai pengenceran yang sangat rendah memerlukan kontrol proses tingkat lanjut. Ada risiko cacat seperti porositas, retak, atau fusi tidak sempurna jika parameter tidak dikontrol dengan sempurna.

Kesimpulannya, membuat pipa berlapis baja tahan karat melalui lapisan las adalah proses rekayasa canggih yang mengubah pipa baja karbon menjadi produk bimetalik. Melalui kontrol yang cermat terhadap pengelasan otomatis, parameter, dan ilmu material, produk ini memberikan solusi yang kuat dan ekonomis yang mengutamakan ketahanan terhadap korosi dan kekuatan struktural.