Disusun
oleh : Rizki Aji Darmawan
15508134009
2015/2016
PROSES
PEMBUATAN PIPA
Berbagai
macam proses berbeda yang digunakan dalam pemanufakturan (pembuatan) pipa,
dimana proses-proses tersebut dikelompokkan dalam empat klasifikasi yaitu:
1.
Pipa
tanpa kelim dengan proses tempa (Wrought
seamless pipe);
2.
Pipa
tempa (Forged pipe);
3.
Pipa
las (Welded pipe);
4.
Pipa
cor (Cast pipe)
Sebagai
contoh dari proses yang digunakan dalam proses pembuatan pipa yaitu pipa yang
dicor (cast) secara sentrifugal
dan dilakukan pengerjaan dingin melalui ekspansi hidrolik yang akan mengubah
struktur metalurgi dari coran tersebut. Pipa las juga dilakukan peng-ekspansian
dingin (pemuaian dingin) atau cold-reduced
melalui beberapa manufaktur untuk menghasilkan keseragaman daya tahan panas
material. Pemuaian dingin juga akan meningkatkan garis kekuatan luluh. Pada
setiap klasifikasi, sejumlah proses khusus dilakukan.
1.1. Pipa tanpa kelim dengan proses
tempa (Wrought seamless pipe)
1.1.1.
Pipa dengan unsur Ferrous
Pipa baja
biasanya terbuat dari baja yang dihasilkan dari tungku perapian terbuka (open-hearth), tungku perapian oksigen
murni, pengubah bassemer, atau tungku perapian dengan listrik. Seperti dalam
pengecoran pada pipa baja dengan komposisi khusus digunakan tungku perapian
dengan induksi listrik, untuk menghasilkan cairan baja tersebut.
Meskipun
pembuatan pipa dari baja dicairkan dalam bassemer dikurangi secara subtansi,
pada tahun saat terjadi perang dunia II suatu penemuan tentang oksigen dan
udara-oksigen dalam peubah secara subtansi akan meningkatkan kegunaan dari
peralatan ini, terutama untuk baja karbon. Ada empat metode yang digunakan yaitu
1. Penembusan
secara rotari (Hot rotary piercing)
Metode ini
adalah metode yang paling sering digunakan, yaitu penembusan satu atau dua piercing mills yang dipanaskan,
dimana piercing mills tersebut terdiri dari sepasang roller silinder yang
berputar pada arah yang sama dengan sumbu yang ditandukkan dari masing-masing
roller. Metode ini terdiri dari 4 proses yaitu piercing mill, plug rolling mill, reeling mill, dan sizing mill,
yang dapat dilihat pada gambar 1.
Billet baja, pada temperatur forging
2200-2400F, didorong ke dalam piercing
mill, dimana billet tersebut dicekam oleh 2 roller yang berputar dan
membawa billet ke titik penembus untuk membentuk lubang sepanjang billet
tersebut. Untuk pipa yang besar, dilakukan operasi kedua yang serupa untuk
mengurangi ketebalan dinding dan meningkatkan diameter dan panjang billet yang
telah dipiercing.
Billet
hasil piercing masih berupa tube yang kasar dan masih perlu dilakukan
pengerjaan finishing untuk menghasilkan pipa. Untuk pengurangan diameter dan
ketebalan dinding yang lebih jauh lagi serta meningkatkan ukuran panjang
dilakukan dengan memutar billet ke mandrel pada plug-rolling mill. Fungsi dari reeling mill, yaitu untuk memoles bagian dalam dan luar
permukaan tube serta untuk menempatkan tube, yang mana bentuk oval masih
terbentuk dan terlewatkan pada waktu proses di plug-rolling mill.
Pipa jika diperlukan dilakukan reheated untuk dilakukan penyesuaian
ukuran diameter pipa yang diinginkan. Ukuran diameter roller pada sizing mill
ini lebih kecil dari pipa yang datang dari reeling mill.
2. Proses
Pilger-mill
Pada proses
ini, mandrel dengan panjang 10ft dan diameter yang mendekati diameter bagian
dalam pipa kemudian ditekan ke ingot atau billet dengan penumbur hidrolik. Mandrel yang dibungkus di dalam ingot
diletakkan diantara roll dari pilger mill. Roll ini mempunyai bentuk
kontur yang bubungan (Cam) dan berputar
berlawanan arah yang mana ingot ditekan oleh penumbur hidrolik dan mekanisme
air-cylinder. Perputaran dari roll menghasilkan efek yang ekivalen dari pukulan
hammer yang akan mengurangi/mereduksi dinding ingot melaui forging melawan mandrel
dan membawa ingot dan madrel melawan kembali penumbur dan karena alasan inilah
proses ini dinamakan proses rotary-forged. Proses pilger mill dapat dilihat
pada gambar 2 berikut.
3. Proses Push-bench (cupping)
Pada
beberapa penggilingan pipa, ingot baja dipanaskan hingga temperatur 2300 F.
Kemudian diletakkan pada container melingkar dan dihantam hingga berbentuk cup.
Hantaman harus terukur hingga tekanan material mengikuti kontur dari container
dan, mengisi cekungan diantara dinding dan ingot. Ujung silinder yang tertutup
(Cup) di reheated dan ditekan, dengan ujung tertutup melalui rangkaian 3 sampai
12 die, dari berturut-turut pengurangan diameter, mounted pada horizontal bench. Proses
reheating diantara operasi penarikan mungkin diperlukan, mesin mandrel-extracting
kemudian mengendurkan mandrel dan menarik mandrel keluar dari tube. Cup
dipotong dengan gergaji melingkar. Pengerjaan akhir yaitu cold-rolling atau
meluruskan dari tube. Proses ini secara khusus cocok untuk diameter kecil
(hingga 4 in). proses ini dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini.
4. Prose ekstruksi
Proses
ekstruksi terdiri dari dua peralatan yaitu penekanan vertikal (vertical
presses) dan penekanan horizontal (Horizontal presses). Lihat gambar 4 dan
5. Pada horizontal presses penembusan
dilakukan pertama kali sebagai langkah yang terpisah atau cekungan digunakan
dengan mandrel dan die. Tungsten-chromium-carbon dan
chromium-tunsten-molbdenum-alloy steels dengan kekerasan mendekati 46 Rockwell
C digunakan untuk mandrels dan die serta peralatan lainnya. Glass merupakan
pelumas yang paling efektif. Billet di lapisi dengan lapisan dari bubuk glass
yang menyebar ke selimut asbes dari parasut yang mana mengirim billet dari
tungku ke press.
Pada
proses tubing dimana operasi extruding
selesai dalam beberapa detik, tube secara umum ditransferkan ke reducing mill
ketika masih pada temperatur hot forging. Baja karbon, paduan baja dan
stainless stell untuk tubing diproduksi dengan metode ini dengan diamter dari
3/8 hingga 4 in dan dengan panjang pipa 30-60 ft, ukuran pipa dari 8-24 in dan
ketebalan dinding dari 0.5-3 in.
1.1.2.
Pipa dengan unsur aluminium dan paduannya
Pipa dengan
unsur aluminium dan paduan dibuat dengan die dan proses ekstruksi mandrel pada
ukuran 1 in dan lebih besar lagi. Cekungan sekitar ingot digunakan dengan
pengecoran cekungan atau dibuat dengan pengeboran ingot padat. Setelah ingot di
preheated pada temperatur tertentu (tergantung paduan), ingot di ektruksi pada
silinder ekstruksi. Mandrel memanjang melalui ingot dan melalui die ekstruksi
dan hal itu menyediakan ruang anular untuk aliran aluminium ketika ingot
ditekan.
Beberapa
paduan memerlukan heat treatment untuk mendapatkan sifat mekanis yang
diinginkan. Ini dapat seperti quenching atau pemisahan tungku heat treating.
1.1.3.
Pipa dengan unsur tembaga dan paduannya
Dalam
produksi pipa tanpa kelim dengan material tembaga atau paduannya karena tembaga
sejauh ini merupakan material yang tonase. Tembaga dan paduan diproduksi dengan
proses yang sama dan peralatan yang
sama, yaitu pengerjaan panas dan
pengerjaan dingin. Pipa tanpa kelim di buat dengan salah satu prinsip proses
dibawah ini:
1.
Proses
penembusan panas; kebanyakan pipa dibuat dengan mesin Mannesmann. 3-12 ukuran
diameter tembaga padat atau billet paduan dipanaskan hingga 800-900C dan
dilewatkan pada dua roll.
2.
Proses
ekstruksi; billet dipanaskan dari
temperatur 700-900 C tergantung paduannya. Dan diletakkan pada container atau
silinder baja yang membatasi billet panas ketika tekanan tinggi yang digunakan
untuk menekan logam melalui die.
3.
Proses
Cup-and-Draw;
4.
Proses
penarikan (Drawing Process);
5.
Proses
tube-rolling
1.1.4.
Pipa dengan unsur Nikel dan paduannya
Pipa dengan
unsur nikel dan paduannya biasanya dibuat dengan ekstruksi dan cold-drawing.
Hasil dari proses ekstruksi ditekan atau shell diubah ke pipa atau tubing
dengan cold-drawing dan proses tambahan.
Proses
Ekstruksi; proses ini sama dengan yang ditunjukkan pada gambar 5, dan paling
banyak digunakan. Extruded tubing dibuat dengan diamter luar 2.5 hingga 9 ¼ in;
ketebalan dinding 0.25 hingga 1 in, panjang maksimum antara 3 hingga 30 ft,
tergantung parameter lainnya. Pada penambahan ke tube silinder hal ini praktis
untuk menekan bentuk tubular dari geometri yang relatif dan simetris.
1.1.5.
Pipa dengan unsur titanium dan paduannya
Proses
ekstruksi merupakan teknik yang biasa digunakan untuk memproduksi pipa
titanium. Meskipun metode lainnya dapat digunakan, sebagian volume dari pipa
titanium dibuat dalam satu ukuran pada satu kali tidak membenarkan setting-up
volume dari mill yang tinggi. Proses ekstruksi ini sangat cocok untuk banyak
die merubah yang dibuthkan oleh titanium, proses ekstruksi didominasi secara
hidrolik, dengan operasi penumbur dalam bidang horizontal. Billet titanium
ditembus atau dibor terlebih dahulu sebelum di ekstruksi. Billet dipanaskan
mendekati 1800 F dan ditekan melalui die ke mandrel.
1.2.
Forged Pipe
Pembuatan
Pipa yang ditempa diutamakan dalam ukuran pipa yang lebih besar dan ketebalan
dinding pipa yang lebih berat. Terdapat dua tipe dari forged pipe ini yang terdapat dalam spesifikasi ASTM untuk
testing dan material yaitu Forged and
bored pipe dan Hollow forged
pipe. Pada forged and bored
pipe, billet baja atau ingot pertama kali dipanaskan pada temperatur
hingga 2300 F dan kemudian diteruskan
dengan proses forging dengan menggunakan
pemukul forging atau penekanan berat untuk
mendapatkan pendekatan diameter 1 inci lebih besar dari diameter yang
diinginkan. Billet lalu di bubut untuk membuang kelebihan baja dan menghasilkan
diameter luar yang actual. Bagian dalam pipa dibor dengan pengeboran khusus
atau trepanning tool. Dengan proses ini banyak diproduksi pipa dengan diameter 10-30 in dan ketebalan
dinding 1.5- 4 in. Proses permesinan yang telah dilakukan juga mengijinkan
ketebalan pipa rata-rata untuk ditahan hingga mendekati batas minimum dari
dinding yang dibutuhkan oleh perancang dalam sistem perpipaan.
Pada hollow
forged pipe, dimana pipa ini diproduksi secara langsung dari cairan
ingot baja dengan pembakaran dengan listrik. Ingot dilakukan proses piercing
panas hingga 2000-2200 F secara penekanan vertical. Dan ingot kemudian
ditransfer untuk ditarik (draw) secara horizontal dimana hasil dari piercing di
letakkan ke mandrel dan dikerjakan melaui rangkaian ring die untuk menghasilkan
ukuran yang diinginkan. Pipa dengan ukuran 10-30 in dan ketebalan dinding
sekitar 1.5 –4 secara normal diproduksi secara komersial. Produk di lakukan
proses permesinan pada diameter dalam dan luar.
1.3.
Welded Pipe
Pengelasan
dari piringan, skelp, atau koil kepipa dilakukan dengan pemanasan dan
pengelasan tempa untuk pipa las butt (butt-weld pipe) atau dengan pengelasan
penyatuan mengerjakan resistansi listrik, flash, pengelasan submerged-arc, gas
inert tungsten-arc welding, atau gas-shielded yang dapat digunakan pada pengelasan
metal-arc. Kelim yang dilas bisa secara kelim longitudinal pararel terhadap
sumbu dari pipa atau las spiral. Untuk material yang mengandung unsur ferrous
dilakukan furnace welded pipe dan fusion welded pipe.
1.3.1.
Furnace welded pipe
Atau yang
dikenal dengan continuous-welded atau butt-welded pipe hanya cocok untuk grade
baja karbon. Pipa secara umum dibuat dari tungku-perapian terbuka dan oksigen
murni baja bassemer.. Pipa FWD normalnya
dipertimbangkan biaya yang terendah pipa baja. Pipa ini digunakan perpipaan gas
tekanan rendah, perpipaan untuk air, udara, sistem uap air tekanan rendah dan
hal-hal yang serupa. Pipa FWD ini biasanya dibatasi ke ukuran 4 in atau lebih
kecil
1.3.2.
Fusion welded pipe
Pengelasan
penyatuan dari pipa dilakuakan dengan metode Resistance welding, induction
welding atau arc-welding. Metode resistance welding terdiri dari empat metode
yaitu:
1.
Flash
welding
2.
low-frequency
resistance welding
3.
High
frequency induction welding
4.
High-frequency
resistance welding
Proses
Arc-welding, dikerjakan secara komersil melalui proses submerged-arc-welding,
gas inert dari proses tungsten-arc-welding, dan gas-shielded yang dikomsumsi
pada proses metal-arc-welding. Submerged-arc-welding diaplikasikan untuk
karbon, paduan baja, stainless steel, dan high-nickel alloy pipe, biasanya
diameter 8 inci dan lebih.
1.3.3.
Pipa dengan unsur Non ferrous
Proses
fussion-welding dapat dikerjakan untuk pipa dengan unsure non ferrous. Secara
ekstensif digunakan proses arc-welding.
Di atas dinding pipa, gas inert- gas tungsten-arc process secara luas
digunakan.
Aluminium
dan alloys, sistem piping dengan material ini dimanufaktur dengan salah satu
proses resistance welding atau proses arc-welding. Prosedur yang sama juga
diberlakukan untuk pengerjaan pada pipa bermaterial aluminium. Kecuali
high-frequency induction welding tidak boleh dikerjakan untuk piping kurang
dari ¾ in diameter.
Untuk
material tembaga dan paduannya, paduan nikel, dan titanium dan paduannya proses
pengelasan tidak cocok digunakan.
1.4.
Cast pipe
Pipa cor
dibuat dengan pengecoran statis atau pengecoran sentrifugal. Pada pipa
pengecoran statis secara umum dibatasi untuk pipa dengan ukuran panjang yang
relatif pedek. Katup, fitting dan komponen lain diproduksi dengan pengecoran
dengan pasir (sand casting).
Pipa cor
sentrifugal, diproduksi melalui baja yang dicairkan melalui busur listrik atau
perapian induksi ke dalam cetakan memutar dan membiarkan logam memadat dibawah
tekanan dari gaya sentrifugal. Cetakan biasanya diputar diputar pada sumbu
horizontal degan kecepatan 50-200 kali dari gravitasi.
Pipa cor
sentrifugal diproduksi dengan diameter luar 4-54 in dan panjang hingga 30 ft.
keuntungan ekonomi meningkat dengan diameter yang lebih besar dan ketebalan
dinding pipa. Aplikasi dari pipa ini digunakan untuk paper mill rolls, gun
barrel dan lain-lain. Namun pipa ini tidak dianjurkan untuk aplikasi pada
temperatur tinggi(>1050 F), dan tekanan tinggi (800psi). Beberapa material
non ferrous juga diproduksi dengan metode pengecoran statis dan sentrifugal.
Cast-Iron pipe
Pipa besi
cor memiliki umur yang relatif lama karena dinding yang berat dan ketahanan
yang baik terhadap korosi baik internal ataupun eksternal. Pipa ini digunakan
untuk sistem distribusi air dan gas dan jalur limbah dalam kota, khususnya
dibawah jalan aspal dimana sangat penting menggunakan material yang mempunyai
umur panjang untuk menghindari penggantian pipa.
Pipa besi
cor dibuat dengan 4 proses berbeda yaitu
1.
Vertical
Pit Process
2.
Horizontal
Process
3.
Centrifugal
Casting in Sand Molds
4.
Centrifugal
Casting in Metal Molds
Sampai saat
ini lebih 75 persen dari pembuatan pipa besi cor ini diproduksi dengan proses
pengecoran secara sentrifugal atau horizontal. Pipa dapat digunakan untuk
instalasi penyuplai air bawah tanah,, dan kontruksi gas bawah tanah.