Teknologi pengelasan untuk baja tahan karat 316L: petunjuk langkah demi langkah 

Teknologi pengelasan untuk baja tahan karat 316L: petunjuk langkah demi langkah untuk fasilitas industri

Pengelasan baja tahan karat 316L memerlukan kontrol ketat terhadap suhu pemanasan interpass dan penggunaan gas inert dengan kemurnian tinggi untuk mencegah pembentukan kromium karbida dan korosi intergranular. Dalam praktik kami, kami telah berulang kali menghadapi situasi di mana jaringan pipa untuk industri makanan gagal setelah enam bulan beroperasi justru karena pelanggaran teknologi untuk melindungi bagian belakang lapisan, yang menyebabkan oksidasi akar dan terobosan berikutnya di bawah tekanan. Artikel ini adalah panduan terperinci, berdasarkan kasus produksi nyata dan standar ISO, yang akan membantu Anda menghindari kesalahan yang merugikan saat bekerja dengan baja austenitik.

Kami tidak akan menceritakan kembali buku teks tentang ilmu logam. Sebaliknya, kita akan melihat parameter arus tertentu, pemilihan bahan pengisi, dan kesalahan kritis yang bahkan dilakukan oleh tukang las berpengalaman saat beralih ke grade 316L. Jika Anda berencana untuk mensertifikasi peralatan sesuai standar PED atau ASME, mengikuti prosedur yang dijelaskan di bawah ini merupakan prasyarat untuk sertifikasi.

Tahap persiapan: pemilihan peralatan dan bahan

Keberhasilan pengelasan baja tahan karat austenitik bergantung 80% pada persiapan tepi dan kebersihan lingkungan pelindung. Grade 316L mengandung molibdenum (2-3%), yang meningkatkan ketahanan korosi di lingkungan klorida, namun pada saat yang sama membuat logam lebih sensitif terhadap panas berlebih. Sebelum mulai bekerja, Anda perlu memastikan bahwa peralatan Anda mampu mempertahankan kestabilan busur pada arus rendah, karena konduktivitas termal baja tahan karat kira-kira tiga kali lebih rendah dibandingkan baja karbon.

Daftar alat dan bahan habis pakai yang diperlukan:

• Sumber arus dengan mode TIG (DC) atau pulsa untuk kontrol masukan panas.
• Kawat pengisi ER316L dengan diameter 1,6 mm atau 2,4 mm tergantung ketebalan logam dasar.
• kategori Argon 4,8 (99,998%) atau lebih tinggi; penggunaan argon teknis tidak dapat diterima karena risiko pembentukan pori-pori.
• Nozel keramik dengan diameter lebih besar (No. 12-14) untuk menciptakan zona perlindungan gas yang luas.
• Sikat baja tahan karat (jangan gunakan sikat setelah menangani logam besi!).
• Degreaser berbahan dasar aseton atau isopropil alkohol.
• Membentuk pelat (lining) yang terbuat dari tembaga atau keramik untuk membentuk akar jahitan.

Penting untuk memperhatikan satu hal yang sering dilupakan oleh pemula: jangan pernah menggunakan sikat baja biasa untuk mengampelas tepi 316L. Bahkan partikel mikroskopis dari besi biasa yang tertanam di permukaan baja tahan karat akan menjadi pusat korosi lubang hanya dalam beberapa minggu pengoperasian di lingkungan lembab. Kami mencatat kasus penolakan seluruh batch kontainer karena alasan ini - inspeksi visual tidak menunjukkan adanya cacat, namun uji feritik menunjukkan adanya besi bebas.

Persyaratan ini memperoleh relevansi khusus dalam pembuatan peralatan pertukaran panas kritis. Misalnya, spesialis perusahaanWuxi Kaisheng Tenaga Listrik dan Peralatan Petrokimia Co., Ltd., yang mengkhususkan diri dalam produksi penukar panas bertekanan tinggi dan bundel tabung bergelombang yang terbuat dari baja tahan karat 316, menghadapi tantangan untuk menggabungkan logam berbeda dengan sempurna setiap hari. Produk mereka, yang meliputi lembaran tabung dan bundel yang terbuat dari paduan titanium dan kuningan laut N06625, C46400, digunakan di lingkungan yang sulit dalam penyulingan minyak dan desalinasi air. Pengalaman perusahaan-perusahaan tersebut menegaskan bahwa penyimpangan sekecil apa pun dari teknologi pengelasan 316L dapat membahayakan ketahanan korosi seluruh unit, terutama jika menyangkut sertifikasi standar internasional ASME dan PED yang ketat.

Langkah 1: Pemesinan dan degreasing bagian tepi

Langkah pertama adalah mempersiapkan sambungannya. Untuk lembaran dengan ketebalan hingga 3 mm, pemotongan tepi biasanya tidak diperlukan jika jarak antar bagian tidak melebihi 0,5 mm. Namun, untuk ketebalan lebih dari 4 mm, perlu dibuat alur V dengan sudut bukaan 60 derajat. Hal ini memastikan penetrasi akar las sepenuhnya tanpa panas berlebih pada massa logam.

Proses pengupasan sebaiknya hanya dilakukan dengan alat yang dirancang khusus untuk baja tahan karat. Setelah pemesinan, ujung-ujungnya harus dihilangkan lemaknya dengan pelarut. Harap diperhatikan: sisa minyak, gemuk, atau cat penanda yang masuk ke kolam las akan menyebabkan saturasi hidrogen pada lasan dan pembentukan pori-pori. Dalam praktik kami, ada kasus ketika sejumlah katup ditolak karena penggunaan kain kotor untuk menyeka bagian tepinya, yang menyebabkan rantai mikropori di sepanjang jahitan.

Kesenjangan antara ujung-ujungnya harus seragam di sepanjang sambungan. Kesenjangan yang tidak rata memaksa tukang las untuk mengubah kecepatan busur, yang menyebabkan panas berlebih lokal dan perubahan struktur logam di zona yang terkena panas (HAZ). Gunakan klem dan potholder untuk mengamankan bagian-bagiannya. Paku payung terbuat dari bahan yang sama (ER316L) dan harus dicairkan kembali seluruhnya selama proses pengelasan utama.

Langkah 2: Mengatur perlindungan gas (Pembersihan Depan dan Belakang)

Tahap paling penting dalam teknologi pengelasan baja tahan karat 316L adalah pengaturan perlindungan bagian belakang jahitan. Baja austenitik pada suhu di atas 400°C secara aktif menyerap oksigen dan nitrogen dari udara. Jika bagian belakang las tidak dilindungi dengan gas inert, lapisan kerak padat akan terbentuk, yang tidak dapat dihilangkan secara mekanis tanpa merusak geometri produk, dan lapisan tipis kromium yang rentan terhadap korosi akan terbentuk di bawahnya.

Untuk pipa dan volume tertutup perlu menggunakan sistem purging. Prosesnya terlihat seperti ini:

1. Tutup ujung pipa menggunakan sumbat atau selotip khusus.
2. Oleskan gas argon ke dalam rongga sebelum pengelasan dimulai.
3. Pantau kandungan oksigen Anda dengan alat analisa. Pengelasan hanya dapat dimulai ketika kadar oksigen turun di bawah 50 ppm (parts permillion).
4. Lanjutkan memasok gas hingga suhu logam turun di bawah 250°C.

Banyak orang mengabaikan penggunaan alat analisa oksigen dan hanya mengandalkan waktu pembersihan “dengan mata”. Ini adalah kesalahan besar. Waktu perpindahan udara tergantung pada volume ruangan, adanya kebocoran dan aliran gas. Kami menyarankan untuk selalu menggunakan sensor oksigen. Warna akar jahitan adalah indikator terbaik dari kualitas perlindungan: warna perak atau emas berarti kualitas yang sangat baik, biru dapat diterima untuk struktur yang tidak bertanggung jawab, ungu atau abu-abu berarti cacat sehingga memerlukan pelepasan jahitan.

Aliran gas pada burner juga memerlukan penyesuaian. Untuk baja tahan karat biasanya 10-15 liter per menit, lebih tinggi dibandingkan logam besi. Penggunaan nozel berdiameter besar membantu menciptakan aliran gas laminar, mencegah turbulensi dan kebocoran udara. Pastikan panjang selang gas tidak melebihi 10 meter untuk meminimalkan kehilangan tekanan dan risiko masuknya uap air ke dalam sistem.

Langkah 3: Mengatur parameter mesin las

Pemilihan mode pengelasan yang tepat menentukan bentuk penetrasi dan jumlah panas yang masuk. Baja 316L memiliki hambatan listrik yang tinggi dan konduktivitas termal yang rendah, sehingga arus listrik harus 15-20% lebih rendah dibandingkan saat mengelas baja biasa dengan ketebalan yang sama. Kelebihan arus menyebabkan panas berlebih pada bak mandi, terbakarnya elemen paduan, dan deformasi produk.

Parameter yang disarankan untuk pengelasan TIG manual dengan arus searah (DCEN):

Penggunaan mode pulsa secara signifikan meningkatkan kualitas jahitan saat mengelas pipa dan lembaran berdinding tipis. Denyut nadi memungkinkan Anda mengontrol ukuran kolam las, mengurangi masukan panas rata-rata sebesar 30-40%. Frekuensi pulsa biasanya diatur pada kisaran 1-10 Hz. Pada frekuensi 1 Hz, tukang las melihat formasi yang jelas dari setiap titik (“skala”), yang memudahkan untuk memantau proses. Frekuensi yang lebih tinggi (hingga 10 kHz) digunakan untuk menstabilkan busur dan menghaluskan butiran pada lasan.

Panjang busur harus minimal - kira-kira sama dengan diameter elektroda (1-3 mm). Peningkatan panjang busur menyebabkan perluasan zona pemanasan dan hilangnya perlindungan gas. Elektroda harus diasah pada sudut 15-30 derajat untuk arus searah. Penajamannya harus memanjang, bertepatan dengan sumbu elektroda, sehingga busurnya stabil dan terarah.

Langkah 4: Teknik Pengelasan

Proses pengelasan diawali dengan penyalaan busur pada jarak 5-10 mm dari awal jahitan, pada pelat khusus atau area yang sudah dilas, agar tidak meninggalkan kawah pada awalnya. Kemudian busur dipindahkan dengan mulus ke tepi. Penting untuk menunggu hingga rendaman cairan terbentuk sebelum dipindahkan. Tambahkan bahan pengisi hanya setelah pinggirannya meleleh.

Kawat pengisi harus diumpankan dalam porsi pendek, tanpa melepaskan ujung kawat dari zona perlindungan gas. Ujung kawat harus selalu berada di dalam obor argon. Jika ujung kawat yang panas terkena udara, maka akan teroksidasi, dan saat dicelupkan lagi ke dalam bak, oksida akan masuk ke dalam lapisan, menciptakan inklusi. Sudut penyisipan kawat relatif terhadap permukaan logam harus sekitar 15 derajat.

Pergerakan pembakar harus seragam, tanpa menyentak. Gerakan osilasi transversal kecil diperbolehkan untuk memperluas lapisan, tetapi amplitudonya tidak boleh melebihi tiga diameter elektroda. Saat mengelas lapisan vertikal, gerakan dilakukan dari bawah ke atas dengan penghentian wajib di bagian tepinya untuk mencegah pemotongan. Jahitan horizontal dimasak dari kiri ke kanan (untuk orang yang tidak kidal) dengan pembakar dimiringkan ke depan 70-80 derajat.

Berikan perhatian khusus pada penyelesaian jahitan. Pemutusan busur secara tiba-tiba menyebabkan pembentukan kawah tembus - konsentrator tegangan. Penting untuk menggunakan fungsi perangkat “Kemiringan Bawah” (pengurangan arus secara perlahan) atau secara manual mengurangi arus secara bertahap, mengisi kawah dengan bahan pengisi. Busur tersebut padam hanya setelah kawah terisi penuh dan logam mulai mengkristal, namun masih terlindungi oleh gas.

Langkah 5: Kontrol suhu dan pengelasan multi-layer

Saat mengelas produk dengan ketebalan lebih dari 6 mm, diperlukan jahitan multi-lapis. Parameter penting di sini adalah suhu pemanasan interpass. Untuk baja 316L, suhunya tidak boleh melebihi 150°C (hingga 170°C dalam beberapa spesifikasi). Melebihi ambang batas ini memulai proses pemisahan kromium karbida di sepanjang batas butir, yang secara tajam mengurangi ketahanan terhadap korosi (fenomena sensitisasi).

Pengendalian suhu dilakukan dengan menggunakan termometer kontak atau pirometer non-kontak. Jika suhu mendekati batas, perlu untuk berhenti sejenak dan membiarkan produk mendingin secara alami atau menggunakan pendinginan paksa dengan udara bertekanan (tetapi bukan air, untuk menghindari efek pengerasan dan retakan). Dalam praktik kami, kami telah melihat kasus di mana percepatan jadwal kerja dengan mengabaikan jeda pendinginan menyebabkan fakta bahwa tangki yang sudah jadi tidak tahan uji hidraulik karena kerapuhan lapisannya.

Setiap lapisan berikutnya harus tumpang tindih dengan lapisan sebelumnya sebesar 30-50%. Sebelum mengaplikasikan lapisan baru, permukaan lapisan sebelumnya harus dibersihkan dari terak (jika digunakan elektroda berlapis, meskipun TIG/MIG lebih sering digunakan untuk 316L) dan lapisan oksida hingga berkilau metalik. Kontaminasi apa pun antar lapisan menjadi cacat pada struktur lapisan.

Kesalahan umum dan metode untuk menghilangkannya

Bahkan ketika mengikuti instruksi, operator dapat membuat kesalahan yang mempengaruhi umur panjang sambungan. Di bawah ini adalah masalah dan solusi paling umum berdasarkan analisis cacat di lantai produksi.

1. Porositas jahitan.
Penyebab: Pembersihan tepi tidak memadai, gas lembab, busur terlalu panjang, atau hembusan angin merusak pelindung.
Solusi: Periksa titik embun argon (harus di bawah -40°C), tingkatkan aliran gas, pasang penahan angin. Bersihkan kembali tepinya menggunakan tepi 20 mm dari sambungan.

2. Oksidasi akar las (warna biru/hitam).
Penyebab: Pembersihan rongga internal yang tidak memadai, penghentian pasokan gas sebelum waktunya, kebocoran pada sistem cetakan.
Solusi: Tingkatkan waktu pra-pembersihan, periksa kekencangan sumbat dengan selotip atau air sabun. Gunakan penganalisis oksigen untuk pemantauan.

3. Undercut (alur di sepanjang jahitan).
Penyebab: Arus terlalu tinggi, busur cepat, sudut elektroda salah.
Solusi: Kurangi arus, kurangi kecepatan pengelasan, tambahkan lebih banyak bahan pengisi untuk mengisi alur. Pastikan busur diarahkan terutama pada pengisi dan bukan pada tepinya.

4. Deformasi produk.
Penyebab: Masukan panas yang berlebihan, pengikatan komponen yang kurang, urutan jahitan yang salah.
Solusi: Gunakan mode pulsa, gunakan pola pengelasan terhuyung-huyung (pusat ke tepi), gunakan perlengkapan penjepit yang kaku, namun waspadai kemungkinan pemuaian termal.

Pemrosesan pasca pengelasan dan kontrol kualitas

Setelah pengelasan selesai, produk memerlukan pasca-pemrosesan wajib. Kehadiran lapisan oksida (warna noda) pada permukaan las mengurangi ketahanan terhadap korosi, karena kandungan kromium di bawah oksida berada di bawah tingkat kritis. Ada dua metode utama untuk menghilangkan oksida:

1. Mekanis:Menggunakan sikat stainless steel, roda abrasif atau sandblasting dengan tembakan stainless steel. Penting untuk tidak terlalu panaskan logam saat menggiling.
2. Kimia (Etsa):Penerapan pasta atau gel etsa yang mengandung campuran asam nitrat dan asam fluorida. Metode ini paling efektif karena tidak hanya menghilangkan kerak, tetapi juga memulihkan lapisan pasif dengan memperkaya permukaan dengan kromium.

Setelah etsa, permukaan harus dicuci bersih dengan air dan residu asam harus dinetralkan. Mengabaikan langkah ini akan mengakibatkan reaksi kimia berlanjut dan terjadi korosi lubang.

Pengendalian mutu sambungan las 316L meliputi:

• Inspeksi visual (VT):Periksa retakan, pori-pori, potongan bawah, dan kurangnya fusi. Jahitannya harus memiliki struktur bersisik, lebar dan tinggi yang seragam.
• Pengujian penetran (PT):Deteksi cacat permukaan menggunakan penetran. Wajib untuk jaringan pipa kritis.
• Pemeriksaan sinar-X (RT) atau pengujian ultrasonik (UT):Untuk mengidentifikasi cacat internal pada struktur berdinding tebal.
• Ferritoskopi:Mengukur kandungan fase ferit dalam lasan. Angka ferit (FN) optimal untuk 316L adalah 3-10%. Nilai yang terlalu rendah dapat mengakibatkan keretakan panas, sedangkan nilai yang terlalu tinggi dapat menyebabkan penurunan ketahanan terhadap korosi.

Semua hasil pengendalian harus didokumentasikan dalam sertifikat mutu produk. Untuk mengekspor produk ke negara-negara UE, kepatuhan terhadap PED (Petunjuk Peralatan Tekanan) diperlukan, dan untuk pekerjaan di Rusia dan negara-negara EAEU, diperlukan sertifikat kepatuhan terhadap peraturan teknis TR CU 032/2013.

Aplikasi khusus di berbagai industri

Teknologi pengelasan mungkin sedikit disesuaikan tergantung pada penggunaan akhir produk.

Industri makanan:
Kebersihan adalah persyaratan utama di sini. Jahitannya harus digerinda rata dengan logam dasar (Ra<0,8 µm) untuk mencegah stagnasi produk dan pertumbuhan bakteri. Pengelasan orbital otomatis sering digunakan, yang menjamin stabilitas parameter dan geometri las yang ideal di dalam pipa. Goresan atau ketidakrataan apa pun tidak dapat diterima.

Industri kimia dan minyak dan gas:
Pekerjaan dilakukan di lingkungan yang agresif dan di bawah tekanan tinggi. Penekanan utamanya adalah pada penetrasi akar sepenuhnya dan tidak adanya pori-pori. Perlakuan panas pada rakitan jadi sering kali diperlukan untuk menghilangkan tegangan sisa, meskipun hal ini lebih jarang dilakukan untuk 316L dibandingkan grade lainnya untuk menghindari pengendapan karbida. Dokumen terpenting di sini adalah WPS (Spesifikasi Prosedur Pengelasan), yang dikembangkan untuk tugas tertentu. Masalah-masalah inilah yang dipecahkan oleh Wuxi Kaisheng LLC dengan memasok boiler panas limbah dan pendingin udara yang andal untuk proyek-proyek global di industri energi dan pembuatan kapal, di mana setiap pengelasan menjalani kontrol multi-tahap.

Peralatan medis:
Persyaratannya serupa dengan industri makanan, namun dengan kontrol kemurnian yang lebih ketat. Argon dengan kemurnian sangat tinggi (5.0) digunakan, dan ruang pengelasan harus memenuhi kelas kebersihan. Setiap cacat akan mengakibatkan bagian tersebut dibuang.

Kesimpulan dan rekomendasi

Pengelasan baja tahan karat 316L merupakan proses yang membutuhkan disiplin dan perhatian terhadap detail. Aturan utama yang perlu diingat adalah: “Kebersihan dan pengatur suhu.” Pelanggaran terhadap salah satu tahapan, mulai dari degreasing hingga pendinginan, dapat meniadakan semua keunggulan kualitas baja yang mahal dan berkualitas tinggi ini. Jangan berhemat pada kualitas argon dan peralatan - biaya pengerjaan ulang unit yang rusak dari 316L jauh lebih tinggi daripada biaya pencegahan.

Jika Anda mengalami kesulitan dalam memilih mode pengelasan untuk komponen non-standar atau memerlukan sertifikasi prosedur pengelasan sesuai standar internasional, tim kami siap memberikan dukungan ahli. Kami melakukan sertifikasi teknologi dan pelatihan personel dengan mempertimbangkan spesifikasi produksi Anda.

Untuk saran dalam memilih bahan dan peralatan las, hubungi kami hari ini. Teknisi kami akan membantu Anda memilih solusi optimal untuk tugas Anda, baik itu memperbaiki satu produk atau meluncurkan jalur konveyor.

Anda dapat mengetahui lebih lanjut tentang layanan kontrol kualitas dan pasokan bahan habis pakai kami di bagian inibahan habis pakai pengelasanatau belajardukungan teknis untuk proyek.