Cacat Lap pada Baja: Deteksi, Penyebab, dan Strategi Pencegahan

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Lap dalam konteks industri baja mengacu pada cacat metalurgi yang ditandai dengan penggabungan atau ikatan yang tidak lengkap antara lapisan atau bagian baja yang berdekatan selama proses pembuatan seperti pengelasan, pengecoran, atau penggulungan. Ini muncul sebagai ketidakberlanjutan di mana dua permukaan atau lapisan logam belum sepenuhnya menyatu, menghasilkan antarmuka yang lemah yang dapat mengompromikan integritas produk akhir.

Lap adalah indikator kritis dari kualitas proses, terutama dalam operasi pengelasan dan pengecoran, karena dapat berfungsi sebagai titik awal untuk retakan atau kegagalan di bawah beban layanan. Dalam pengendalian kualitas, deteksi dan evaluasi lap sangat penting untuk memastikan kekuatan struktural dan keselamatan komponen baja, terutama dalam aplikasi dengan stres tinggi seperti konstruksi, wadah bertekanan, dan pipa.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, lap diklasifikasikan sebagai ketidakberlanjutan metalurgi yang dapat secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan tarik, ketangguhan, dan umur lelah. Identifikasi mereka membantu dalam menilai efektivitas pengendalian proses dan dalam menerapkan langkah-langkah korektif untuk mencegah terjadinya.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, sebuah lap muncul sebagai ketidakberlanjutan permukaan yang terlihat, sering kali tidak teratur, atau tonjolan kecil di mana lapisan baja belum sepenuhnya menyatu. Ini mungkin terlihat sebagai jahitan, area kasar, atau sambungan yang tidak sejajar, terutama pada produk baja yang dilas atau dicetak.

Secara mikroskopis, sebuah lap muncul sebagai daerah dengan ikatan metalurgi yang tidak lengkap, ditandai dengan kurangnya penggabungan di antarmuka. Di bawah pemeriksaan mikroskopis, itu muncul sebagai batas yang jelas dengan kemungkinan adanya porositas, inklusi oksida, atau daerah logam yang tidak terikat. Cacat ini juga dapat menunjukkan kurangnya kontinuitas metalurgi, dengan antarmuka yang menunjukkan ikatan yang lemah atau rapuh.

Fitur karakteristik termasuk jahitan atau garis yang terlihat, sering kali dengan permukaan yang kasar atau tidak rata, dan batas mikrostruktur yang menunjukkan penggabungan yang tidak lengkap. Dalam baja yang dilas, lap dapat terkait dengan lapisan yang tumpang tindih atau zona yang tidak meleleh, yang dapat terdeteksi melalui metode pengujian non-destruktif.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan lap terutama disebabkan oleh penggabungan yang tidak memadai selama proses pengelasan, pengecoran, atau penggulungan. Dalam pengelasan, lap terjadi ketika input panas tidak cukup untuk melelehkan antarmuka sepenuhnya, yang mengarah pada ikatan yang tidak lengkap antara jalur las yang berdekatan atau logam dasar. Ini dapat disebabkan oleh parameter pengelasan yang tidak tepat, seperti input panas yang rendah, teknik pengelasan yang salah, atau kontaminasi.

Dalam pengecoran, lap dapat terbentuk ketika lapisan baja cair yang berturut-turut tidak menyatu dengan baik karena pendinginan yang cepat, teknik menuang yang tidak tepat, atau pengadukan yang tidak memadai. Selama penggulungan, lap dapat berkembang jika parameter proses menyebabkan penumpukan atau tumpang tindih lembaran baja, terutama jika kebersihan permukaan atau pengendalian suhu tidak terjaga.

Secara mikrostruktur, lap terkait dengan daerah baja yang tidak terikat atau terikat sebagian, sering kali mengandung inklusi oksida atau porositas. Daerah ini menunjukkan mikrostruktur yang berbeda dari matriks yang sepenuhnya menyatu, dengan potensi untuk inisiasi patah yang rapuh.

Komposisi baja mempengaruhi pembentukan lap; misalnya, baja karbon tinggi atau baja paduan dengan titik lebur tinggi atau kerentanan terhadap oksidasi mungkin lebih rentan terhadap penggabungan yang tidak lengkap. Kondisi pemrosesan seperti suhu, kecepatan pengelasan, dan persiapan permukaan sangat mempengaruhi kemungkinan pembentukan lap.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar lap sering mengikuti kriteria keparahan dan ukuran. Kategori umum termasuk:

• Lap kecil: Area penggabungan yang tidak lengkap yang kecil dan terlokalisasi, sering kali kurang dari 1 mm lebar, dengan dampak minimal pada sifat mekanik.
• Lap besar: Zona penggabungan yang tidak lengkap yang lebih besar dan kontinu melebihi 1 mm, berpotensi mempengaruhi kekuatan dan kelenturan.
• Lap kritis: Lap yang luas atau dalam yang mengompromikan seluruh penampang, menyebabkan pengurangan signifikan dalam kapasitas beban.

Dalam beberapa standar, seperti ASTM atau ISO, keparahan dinilai berdasarkan ukuran, lokasi, dan kedalaman penetrasi lap, dengan kriteria penerimaan yang bervariasi tergantung pada aplikasi. Misalnya, dalam baja wadah bertekanan, lap kritis tidak dapat diterima, sedangkan lap kecil mungkin ditoleransi jika tidak mempengaruhi kinerja.

Interpretasi klasifikasi membimbing keputusan manufaktur, kriteria penerimaan, dan strategi perbaikan, memastikan bahwa hanya tingkat lap yang bebas cacat atau dapat diterima yang ada dalam produk akhir.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode pengujian non-destruktif (NDT) yang paling umum untuk mendeteksi lap termasuk pengujian ultrasonik (UT), pengujian radiografis (RT), dan inspeksi partikel magnetik (MPI).

• Pengujian Ultrasonik (UT): Menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi yang ditransmisikan ke dalam baja. Ketidakberlanjutan seperti lap memantulkan atau menyebarkan gelombang, menghasilkan gema yang menunjukkan adanya zona penggabungan yang tidak lengkap. Peralatan UT biasanya melibatkan probe (transduser), pulser/penerima, dan unit tampilan untuk menginterpretasikan sinyal.

• Pengujian Radiografis (RT): Menggunakan sinar-X atau sinar gamma untuk menghasilkan gambar struktur internal. Lap muncul sebagai area dengan kepadatan yang berbeda atau kurangnya penggabungan, terlihat sebagai daerah gelap atau terang pada radiograf. RT sangat efektif untuk geometri kompleks dan bagian tebal.

• Inspeksi Partikel Magnetik (MPI): Berlaku untuk baja ferromagnetik, MPI mendeteksi lap permukaan atau dekat permukaan dengan menerapkan medan magnet dan menaburkan partikel ferromagnetik. Partikel berkumpul di ketidakberlanjutan, mengungkapkan lokasi dan luasnya lap.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar yang relevan termasuk ASTM E1444/E1444M untuk pengujian ultrasonik, ASTM E1421 untuk pengujian radiografis, dan ASTM E709 untuk inspeksi partikel magnetik.

Prosedur pengujian (contoh untuk pengujian ultrasonik):

1. Persiapan: Bersihkan permukaan secara menyeluruh untuk menghilangkan kotoran, minyak, dan oksidasi. Pastikan permukaan halus dan bebas dari cat atau pelapis yang dapat mengganggu sinyal ultrasonik.

2. Aplikasi couplant: Terapkan couplant yang sesuai (gel atau cairan) untuk memfasilitasi transmisi gelombang suara.

3. Penempatan probe: Tempatkan transduser ultrasonik tegak lurus terhadap permukaan, memastikan kontak yang kuat dan pengikatan yang konsisten.

4. Pemindaian: Gerakkan probe secara sistematis di seluruh permukaan, mencakup semua area kritis, terutama las atau daerah berlapis yang rentan terhadap lap.

5. Interpretasi sinyal: Catat gema dan analisis untuk indikasi penggabungan yang tidak lengkap, mencatat ukuran, lokasi, dan amplitudo sinyal.

6. Laporan: Dokumentasikan temuan sesuai dengan format pelaporan standar, termasuk gambar atau bentuk gelombang.

Parameter kritis termasuk frekuensi (frekuensi lebih tinggi untuk resolusi yang lebih baik), sudut datang, dan pengaturan sensitivitas, yang mempengaruhi kemampuan deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi,