RAWATAN HABA SELEPAS KERJA KIMPALAN (POST WELDING HEAT THREATMENT/PWHT)

 Rawatan haba selepas kerja kimpalan (Post Welding Heat Threatment)

PWHT bermaksud proses rawatan haba yang dilakukan semula keatas sambungan kimpalan setelah projek tersebut siap dikimpal. Tujuanya adalah untuk membaiki struktur mikro keluli tersebut kembali kepada bentuk asal. Sambungan yang tidak dilakukan PWHT berpotensi berlaku risiko sambungan menjadi lemah kesan daripada berlakunya pemanasan dan kesan kemasukan haba lampau (heat imput) yang tidak seimbang pada keluli tersebut. Untuk memastikan proses PWHT mencapai tujuan pelaksanaanya, penngendali operasi PWHT hendaklah merujuk kepada kod dan  standard antarabangsa samada ASME Section VIII, API 650, atau AWS D1.1,

Tujuan PWHT

Proses rawatan haba perlu dilakukan  sebagai langkah pemulihan bagi memastikan sambungan kimpalan dapat bertahan dari beban dan masa . Antara tujuan PWHT adalah:

1. Mengurangkan tegasan dalaman (stress relieving) sambungan kimpalan.
2. Mengurangkan kecenderungan berlaku retakan sambungan atau bahagian terkesan haba (HAZ)
3. Meningkatkan sifat mekanikal seperti kekuatan (hardness) , ketahanan (Toughness) dan kekenyalan (Elasticity)
4. Menstabilkan struktur mikro keluli berkarbon.

Prinsip PWHT

Prinsip pwht ialah tindakan haba  yang dikenakan pada kompenan logam hingga mencapai suhu PWHT. Suhu tersebut dikekalkan selama beberapa jam sebelum penyejukan bagi memberi ruang tindakan membaiki dan menyusun semula struktur mikro untuk menghilangkan tegasan sisa, menstabil, memperbaiki  dan menghilangkan  martensit yang rencam supaya seimbang   menjadikan logam tersebut bersifat teguh dan kuat secara kekal.

Kaedah pemanasan

Kaedah pemanasan dan penyejukan ditentukan oleh saiz bahan, keadaan cuaca, suhu persekitaran  dan lokasi projek dilaksanakan. Tidak semua kaedah pemanasan sesuai dilakukan pada produk kimpalan. sebagai contoh produk bersaiz besar tidak sesuai dilakukan pemanasan dalam relau. Kaedah pemanasan untuk tujuan PWHT adalah sama dengan prosedur pemanasan Pra panas (Pre heating) yang dilakukan sebelum mengimpal. Antara kaedah pemanasan biasa ialah:

1. Pemanasan gas flame : Oksiasetilena, butene, metane dan lain-lain.
2. Relau pemanas pwht (pwht Furnance)
3. Heating blanket (ceramic pad)

Pemanasan kaedah gas flame 

Kaedah yang biasa digunakan dalam proses rawatan haba samada proses pra panas atau proses rawatan haba selepas kimpalan. Ini kerana kendalianya adalah lebih mudah dan murah. Sesuai dilakukan dilokasi tiada bekalan elektrik. Walaubagaimanapun agar sukar mengawal suhu secara sekata terutama bagi projek yang bersaiz besar. Keadaan cuaca dan suhu akan mempengaruhi keberkesanan proses tersebut.

Persediaan Awal 

1. Memeriksa secara  visual pada sambungan kimpalan untuk memastikan tiada kecacatan besar (retakan, porositi, dll.).
2. Membersihkan permukaan kawasan sekitar kimpalan daripada minyak, cat, karat, atau habuk.
3. Memasang termokopel (thermocouple) di beberapa titik kritikal (terutama di zon HAZ – Heat Affected Zone) untuk pemantauan suhu.
4. Menyediakan shelter atau perlindungan angin jika kerja dilakukan di luar supaya nyalaan api stabil.

Pemanasan Awal (Preheat)

Langkah awal adalah melakukan proses  pra panas menggunakan gas flame secara perlahan dan sekata di sekeliling kawasan kimpalan.Tujuannya adalah  untuk mengurangkan kejutan haba apabila suhu dinaikkan. lakukan pra panas hingga mencapai suhu preheat (biasanya sekitar 100–300°C, bergantung kepada jenis logam). Gunakan pirometer atau infrared thermometer untuk pantau suhu permukaan. tindakan seterusnya adalah meaikkan suhu secara terkawal dan sekata menggunakan nyalaan tersebut. Pantau suhu menggunakan thermocouple dan data logger atau temperature controller. Kadar kenaikan suhu biasanya sekitar 55°C – 110°C per jam (bergantung kepada ketebalan logam). Apabila suhu PWHT diperolehi, kekalkan  pada suhu bertenang (soaking temperature), Biasanya 1 jam setiap 25 mm ketebalan bahan logam 

Contohnya:

• 600 – 700°C untuk keluli karbon.
• 650 – 750°C untuk keluli aloi.

Gambarajah Relau pemanas

Langkah kerja melakukan PWHT dalam Relau

sebelum bahan/kompenan dimasukkan kedalam relau untuk tujuan proses pemanasan beberapa tindakan awal perlu dilakukan iaitu;

1. Memastikan relau pemanas berkeadaan baik dan bersih
2. Permukaan bahan/kompenan hendaklah dibersihkan dan bebas dari cat, minyak, oksida dan sebagainya.
3. Memasang pengukur suhu Termo gandingan / termokapel (thermocouple) dilokasi penting seperti titik tengah dan bagi kompenan besar termasuk pada bahagian  penghujungnya.
4. Kedudukan kompenan di dalam relau mestilah disokong pengalas agar tidak menyentuh lantai atau dinding relau pemanas. 

Gambarajah proses PWHT didalam relau

Nota: Termo gandingan (thermocouple)  adalah penyukat suhu yang diperbuat dari dua jenis logam berbeza yang boleh menahan suhu panas hingga suhu  1800 °C bergantung kepada jenis bahanya. Termo gandingan yang menyambungkan dua jenis logam berlainan akan menghasilkan arus atau voltan elektrik apabila terdapat perbezaan suhu antara dua hujung sambungan tersebut

Pemanasan terkawal (Controlled Heating Rate)

Kaedah pemanasan yang dilakukan hendaklah secara bertahap bagi mengelakkan berlakunya herotan (distortion) atau keretakan dalaman (internal crack) akibat dari pemanasan yang tidak sekata. Peningkatan suhu adalah secara berkadar dengan masa pemanasan. contohnya suhu pemanasan pada jam pertama adalah maksimum 110°C per jam hingga suhu 300°C dan boleh ditingkatkan menjadi 200°C per jam hingga suhu PWHT tercapai. Perlu diingatkan memanaskan hingga lebih dari 700°C, akan menyebabkan perubahan pada  struktur mikro. (misalnya grain growth)

Gambarajah:  thermocouple

 Tempoh bertenang  (Soaking Time)

"Soaking time"  ialah tempoh masa sesuatu bahan dikekalkan secara konsisten  pada suhu tertentu supaya haba atau tenaga dapat meresap secara sekata ke seluruh bahan sebelum proses selanjutnya. Dalam konteks PWHT pula, soaking time melibatkan jangka masa pemanasan yang telah mencapai  suhu PWHT dan dibiarkan  kekal secara konsisten pada suhu PWHT, untuk memberi ruang tindakbalas menghilangkan tegasan sisa, menstabil, memperbaiki  dan menghilangkan struktur mikro martensit yang rencam supaya seimbang  di seluruh bahagian logam  menjadikan logam tersebut bersifat teguh dan kuat secara kekal.

PWHT kaedah heating blanket

Heating ceramic blanket berkonsep  selimut pemanas berasaskan seramik yang digunakan sebagai alat pemanas luaran. Ia dililit pada kawasan kimpalan dan disambung kepada sumber elektrik. Pemanasan kaedah ini adalah sekata dan terkawal. Lebih selamat dan mudah dikawal berbanding kaedah pemanasan api terbuka. Sesuai untuk kerja di tapak (field work) atau kilang. selain itu peralatanya mudahalih dan boleh digunakan berulang kali.

Langkah Tindakan PWHT menggunakan Heating Ceramic Blanket:

1. Penyediaan Permukaan: Permukaan kawasan kimpalan dibersihkan daripada minyak, karat, atau cat.

2. Pemasangan Thermocouple: Sensor suhu dipasang di kawasan kritikal untuk memantau suhu secara langsung sepanjang proses.

   

   Gambarajah kaedah pemanasan heating blanket

   
   

3. Pembalutan Ceramic Blanket: Heating ceramic blanket akan dibalut mengelilingi kawasan kimpalan dan disambungkan kepada panel kawalan suhu elektrik.

4. Pemanasan (Heating): Kawasan tersebut dipanaskan mengikut kadar yang ditentukan (contohnya 55°C–110°C per jam), hingga mencapai suhu rendaman (soaking temperature) – contohnya 600–700°C (bergantung pada jenis logam).

5.  Masa bertenang (Soaking Time): Suhu dikekalkan selama tempoh tertentu (masa 1 jam per 25 mm ketebalan logam) bagi memastikan haba meresap sepenuhnya.

6. Penyejukan Terkawal (Controlled Cooling): Suhu pemanasan pwht dikekalkan dalam tempoh masa tertrntu dan akan dikurangkan secara perlahan (contohnya 100°C per jam) untuk mengelakkan retakan

Prosedur asas PWHT

Berikut adalah prosedur secara ringkas  melakukan rawatan haba selepas kerja kimpalan yang perlu dipatuhi bagi memastikan proses pwht tersebut dapat memenuhi tujuan proses tersebut.

1. Membersih permukaan bagi kompenan / sambungan kimpalan
2. Memilih kaedah pemanasan yang sesuai
3. Melakukan prosedur pemanasan 
4. Mengukur suhu.
5. Mengawal dan mengekalkan suhu pemanasan yang sesuai (soaking time).
6. Proses penyejukkan secara perlahan  (ditentukan oleh saiz bahan)
7. Memeriksa secara visual.

Pemeriksaan Selepas PWHT

• Melakukan ujian kekerasan (hardness test) atau NDT (Non-Destructive Testing) seperti radiografi atau ultrasonik untuk pastikan tiada kecacatan selepas PWHT.

• Menyimpan rekod suhu dan masa dari alat pemantauan sebagai dokumentasi QA/QC.

catatan chekguzaidi: semoga bermanfaat

PROSES RAWATAN HABA (HEAT THREATMENT)

 PENGENALAN

       Antara kelebihan keluli berkarbon adalah  sifat fiziknya boleh diubah samada menjadi lebih keras atau dipulih semula sifat asal dengan mengubah struktur mikronya (microstructure).  Secara prinsipnya, sifat kekerasan keluli berkarbon (carbon steel) boleh ditentukan melalui dua kaedah iaitu melalui penambahan peratusan  kandungan karbon semasa proses penghasilanya dan proses rawatan haba (heat threatment) dengan kaedah pemanasan semula untuk  mengubah struktur mikronya.  Rawatan haba lebih sesuai dilakukan pada kelui berkarbon sederhana (medium carbon steel) dan keluli berkarbon tinggi (high carbon steel) disebabkan peratus kandungan karbonnya yang tinggi. Bagi keluli berkarbon rendah jika dilakukan  proses rawatan haba  kesannya adalah  minima disebabkan komposisi peratusan kandungan karbonnya yang sedikit iaitu pada 0.03 peratus sahaja..

Prinsip asas rawatan haba adalah dengan mengubah  struktur mikronya melalui proses pemanasan dan penyejukan secara terkawal. Proses penghasilan produk seperti kerja kimpalan, kerja pemesinan (machining), tempaan (forging) , tekanan (pressure work),  gelekan (rolling) atau penuangan (casting) dan acuan (moulding) banyak mempengaruhi  bentuk struktur mikro keluli.  sebagai contoh kerja kimpalan pada keluli berkarbon  memerlukan kemasukan haba (heatinput) yang tinggi untuk meleburkan logam, kepanasanya  yang tidak seimbang akan menghasiklan struktur mikro keluli yang tidak tersusun seperti asal. Kesannya menyebabkan berlaku perubahan sifat fiziknya seperti sifat kekerasan yang berbeza pada bahagian kompenan keluli yang sama. Proses rawatan haba adalah signifikan dengan pembentukan struktur mikro keluli kerana berkait rapat dengan proses pemanasan dan penyejukan. Adalah penting untuk mengetahui bentuk dan jenis struktur mikro keluli sebelum melakukan mana-mana proses rawatan haba.

Struktur mikro keluli (microstructure)

Secara fiziknya bentuk dan susunan struktur mikro keluli akan mempengaruhi sifat keluli berkarbon. Bentuk susunan struktur mikro keluli berkarbon akan  dipengaruhi oleh pemanasan dan kadar penyejukanya samada secara perlahan atau secara mengejut. Disebabkan perubahan struktur mikronya mempengaruhi sifat keluli tersebut, untuk lebih memahami fundamental perubahanya pengkaji perlulah melihat hubungkait antara  jenis struktur mikronya berkadar langsung dengan suhu pemanasan yang jelas ditunjukkan pada rajah fasa keseimbangan besi karbon. Perubahan bentuk struktur mikro keluli hanya boleh terjadi dalamm dua keadaan iaitu apabila berlaku peningkatan suhu pemanasan melebihi takat kritikal bawah (rujuk gambarajah fasa keseimbangan keluli karbon) atau berlaku penambahan peratusan kandungan karbon dalam keluli tersebut. Manakala  Perubahan struktur mikro tidak akan berlaku pada suhu pemanasan di bawah takat kritikal. Bentuk struktur mikro keluli  dikenali sebagai;

1. Ferit (F) α-Fe
2. Austenite (A)  γ-Fe
3. Pearlit (P)
4. Simentit (C) (Fe₃C)
5. Martensit (martensite (M))

Trick In Welding - 04

Lubang Kunci (keyhole)

Lubang kunci atau "Keyhole" dalam kerja kimpalan merujuk kepada aliran logam lebur yang membentuk lubang seakan menyerupai lubang kunci (rujuk rajah di bawah). Lubang kunci (Keyhole) terbentuk pada hujung kolam leburan khususnya semasa mengimpal arka elektrik.        

rajah rupa bentuk  keyhole

Lubang kunci yang terhasil perlu dikawal supaya tidak berlaku terbakar tembus (burntrough).  Lubang kunci penting bagi membolehkan cairan elektrod menusuk kebawah sambungan bagi membentuk kumai kecil pada bahagian tersebut yang dikenali sebagai penusukan (penetration). Penusukan yang dihasilkan pada larian akar (root run)  bertujuan menghasilkan sambungan yang lebih kuat dan mempunyai sifat tahan dan kukuh.  Tanpa lubang kunci penusukan tidak akan dapat dihasilkan dengan sempurna dan berkemungkinan terjadinya penusukan tidak lengkap (lack of penetration)

Kerosakan lubang kunci

Lubang kunci yang rosak disebabkan oleh kemasukan haba (heat input) yang berlebihan  akan menyebabkan berlaku kecacatan pada bahagian  penusukan. Kecacatan ini perlu dibaiki agar kekuatan sambungan tidak terjejas. kecacatan ini dikenali sebagai burntrough atau  lubang kunci tembus terbakar. Kemahiran mengawal kelajuan mengimpal, sudut elektrod dan jarak arka yang betul akan dapat mengatasi masalah tersebut.  Arus dan saiz elektrod juga dikenalpasti kepada masalah terjadinya burntrough. Jika berlaku fenomena ini, maka jurukimpal perlulah berhenti serta merta dan bahagian tersebut perlulah dibaik pulih terlebihdahulu sebelum mengimpal semula larian penusukan.

Membaikpulih lubang kunci

Berikut adalah langkah kerja membaik pulih lubang kunci yang rosak mengikut urutan sebelum menyambung semula larian penusukan;

1. Mengenalpasti dan menanda bahagian lubang kunci yang rosak
2. Mencanai sedikit untuk  membersih bahagian lubang kunci yang rosak 
3. Melaras arus dan mengimpal semula dengan kaedah kimpal paku untuk membaiki semula dua tepian sambungan yang rosak.
4. Mencanai untuk membaik pulih dengan membentuk semula tepian serong, membaiki tebal muka punca dan jarak punca.
5. Memeriksa semula semua ukuran seperti sudut, tebal muka punca dan jarak punca yang telah dibaik pulih .
6. Mengimpal semula larian penusukan (root run) hingga selesai
7. Setelah kerja membaik pulih selesai, kerja mengimpal larian panas (hot pass) dan larian penukupan (Cap run) dilakukan hingga selesai berdasarkan langkah kerja yang betul. 

catatan chekguzaidi : semoga bermanfaat.