Residual Stress Pada Welding

Definisi Residual stress menurut Lynn J. Ebert adalah stress yang tersisa pada suatu benda ketika semua gaya eksternal (kecuali gravitasi) sudah di hilangkan dari benda tersebut.

Menurut The Welding Institute, residual stress merupakan stress yang tersisa pada suatu objek (welding component) meskipun tidak ada beban external atau pun thermal, di beberapa kasus residual stress mengakibatkan deformasi plastis, membuat objek tersebut melengkung dan distorsi, kasus lainnya dapat mempengaruhi fracture dan fatigue.

Perlu diketahui ada 3 alasan primer terjadinya residual stress yaitu dikarenakan energi termal, transformasi fasa, dan proses mekanikal.

Dalam proses pengelasan, suhu daerah yang dilas akan berubah terus-menerus, sehingga distribusi suhu menjadi tidak homogen. Tidak Homogen nya suhu ini menyebabkan logam mengalami pemuaian dan dekomposisi fasa yang tidak sama, logam yang di beri energi panas/thermal akan memuai dan logam yang tidak terkena lasan tidak memuai, logam yang dingin/tidak terkena lasan inilah yang akan menghambat proses pemuaian sehingga ketika logam mengalami penyusutan setelah las maka akan meninggalkan tegangan sisa pada metal, yang menyebabkan distorsi dan munculnya mekanikal properties yang tidak diinginkan. 

Dapat dilihat pada gambar di titik A-A tidak ada proses pengelasan, tidak ada energi thermal, begitu juga tidak ada stress yang terjadi sehingga grafik mendatar,

di titik B-B terjadi proses pengelasan, disana terjadi perubahan temperatur di daerah lasan sehingga grafik naik pada daerah lasan namun grafik melandai ke permukaan base metal (temperatur rendah). Pada saat itu pula ditunjukan pada grafik stress terjadi tegangan kompresi pada daerah HAZ dan tegangan tensile/tarik pada daerah base metal.

lalu daerah C-C menunjukan area yang baru saja di las. Grafik perubahan temperatur sudah terlihat menurun berarti material sudah mulai turun temperatur nya sementara itu pada grafik stress mulai terjadi tensile pada area lasan dan compression pada daerah HAZ. hal tersebut disebabkan karena turunnya temperatur pada daerah lasan menimbulkan sisa2 tegangan akibat pengelasan, sisa2 tegangan ini muncul ketika suhu pada material yang di las sudah menurun, pada saat suhu menurun maka solidifikasi lasan serta pemuaian mulai berhenti. 

selanjutnya di titik D-D menunjukan area yang sudah lama di las. grafik perubahan temperatur tidak menunjukan adanya perubahan suhu karena suhu sudah berangsur kembali normal dan tidak lagi terjadi pemuaian, seiring dengan grafik stress, saat suhu sudah turun ke suhu normal, grafik stress memperlihatkan naiknya tegangan sisa.

Dapat disimpulkan bahwa dengan tidak adanya perbedaan temperatur maka tegangan yang dihasilkan merupakan tegangan sisa, bukan lagi tegangan tarik ataupun kompresi.

Akibat dari hadirnya tegangan sisa pada suatu logam las yaitu distorsi, lalu bagaimana kah terjadinya distorsi?

Distorsi yang terjadi pada hasil pengelasan disebabkan pada material tersebut terjadi pemuaian karena heat input yang diterimanya, namun area yang tidak terkena lasan / daerah yang dingin mencegah pemuaian. ketika metal yang di las mulai turun temperatur nya / dingin, metal tersebut mengalami solidifikasi dan menyusut ketika logam las mengalami penyusutan disitu terjadi tegangan kompresi ke arah lasan yang mmembuat bagian base metal yang tidak terkena daerah lasan tertarik oleh penyusutan tadi yang mengakibatkan base metal terangkat atau membentuk sudut.

                                                           

Lalu bagaimana mencegah distorsi?

1. Jangan overweld atau kelebihan dalam mengelas, semakin banyak metal yang disambung, semakin besar gaya penyusutannya.

2. Lakukan weld pass se minim mungkin  

3.  Lakukan pengelasan dekat dengan sumbu netral : Semakin dekat posisi las ke sumbu netral fabrikasi, semakin rendah efek takikan gaya penyusutan dan distorsi akhir.

4. Lakukan welding sequence dengan tepat. 

Sequence welding yang tepat dapat mengurangi terjadinya deformasi, seperti yang dapat dilihat pada gambar lasan sebelah kanan, dilakukan welding sequence bergantian. welding sequence yang menumpuk pada satu bagian saja akan membuat logam tersebut mudah terdistorsi.

hampir semua perlakukan (dalam hal ini las) pada benda teknik akan meinggalkan tegangan. tegangan yang tersisa ini dapat didistribusikan sedemikian hingga tidak menimbulkan distorsi/kegagalan pada hasil akhirnya, yaitu dengan mengikuti alur kerja/proses tertentu seperti contoh contoh di atas.