ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

KUALIFIKASI PROSES PENGELASAN TUTUP UJUNGELEMEN BAKAR NUKLIR HWR

Etty Mutiara

ABSTRAK

KUALlFIKASI PROSES PENGELASAN TUTUP UJUNG ELEMEN BAKAR NUKLIR

HWR. Telah dilakukan kualifikasi proses pelasan zirkaloi-2 antara kelongsong - tutupujung elemen bakar nuklir HWR tipe Cirene menggunakan Magnetic Force Welding diBidang Bahan Bakar Nuklir-PTBN. Kualifikasi proses pelasan ini dilakukan pada variasiparameter proses sebagai berikut : prosentase arus las 20 % dan 30 %; prosentasegaya magnetik 40% dan 50%, sedangkan waktu las dijaga konstan yaitu pada 8 siklus.Proses pengelasan dianggap terkualifikasi apabila diperoleh stabilitas kualitas hasil lasyang berada dalam batas penerimaan pada parameter proses tertentu. Kualitas hasillasdapat ditunjukkan antara lain oleh tingkat kebocoran hasil las : < 10 -8 cc/detik danprosentase proyeksi. bagian kelongsong yang tidak tersambung dibanding ketebalankelongsong lebih kecil dari 10%. Pada penelitian ini kualitas hasil las dalam lingkup ujimetalografi akan ditunjukkan oleh foto mikrostruktur hasil las dengan mikroskop optikpada pembesaran 25 x . Hasil eksperimen dengan empat sektor uji metalografi hasilpengelasan menunjukkan bahwa untuk tahap awal kualifikasi ini diperoleh parameteroptimal pengelasan sementara yaitu arus las sebesar 20% dan gaya magnet 40% untukwaktu las 8 siklus. Selain prosentase gaya magnet. posisi trafo gaya magnet pada mesinlas juga menentukan besar gaya magnet yang ditimbulkan. Disarankan untuk melakukaneksperiman lanjutan untuk kelengkapan data kualifikasi proses pengelasan ini.

Kata kunci : zirkaloi, pengelasan, kualifikasi, metalografi.

PENDAHULUAN

Dalam perakitan elemen bahan bakar untuk Pressurized Heavy Water Reactor ( PHWR ),salah satu tahapan proses yang harus dilakukan adalah proses pengelasan tutup ujung dengankelongsong. Untuk perakitan pin / batang elemen bakar tipe Cirene yang ada di Bidang Bahan BakarNuklir - PTBN. proses pengelasan tersebut dilaksanakan menggunakan mesin Magnetic ForceWelding [1]. Dalam rangka mendukung tugas Bidang Bahan Bakar Nuklir untuk menyiapkan satuberkas elemen bakar PHWR tipe Cirene yang memenuhi persyaratan maka dilakukan kualifikasiproses pengelasan tersebut. Sasaran akhir kegiatan ini adalah ketersediaan prosedur/ instruksi kerjaserta parameter pengelasan yang optimal dan reproducible.

Teknologi pengelasan Magnetic Force Welding (MFW) mengkombinasikan arus listrikdan gaya magnet dalam proses pengelasan. Pada proses pengelasan ini, permukaan kelongsongdan tutup ujung ditekan bersama-sama, dan arus listrik memanasinya sehingga terjadi pengelasan diseluruh permukaan yang bersentuhan. Celah yang ada diantara kedua bagian yang akan dilasmembentuk resistansi yang tidak nol sehingga terjadi pemanasan dan pengelasan [2]. Parameterutama yang berpengaruh pad a proses pengelasan MFW ini adalah arus untuk pengelasan, arusuntuk penekanan (gaya magnet), waktu pengelasan dan waktu penekanan [3]. Geometri awalpermukaan kelongsong dan tutup, dan kombinasi parameter proses pengelasan akan memberikanhasil pengelasan yang berbeda [2].

Kualitas hasillas dapat ditunjukkan antara lain oleh hasil uji tidak merusak seperti ujikebocoran (leak test) dan uji merusak melalui foto mikrografi hasillasan [4]. Evaluasi fotomikrostruktur hasillas dapat memberikan informasi tentang tingkat kesempurnaan pelasan sepertiprosentase bagian yang tidak tersambung, jumlah kerusakan pada daerah lasan termasuk lebardaerah yang dipengaruhi panas (HAZ) dan perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro padadaerah lasan dikarenakan masukan panas yang diterima saat bahan dilas, proses pendinginan dantegangan sisa yang mungkin ditimbulkan setelah logam yang menjadi plastis saat dilas membekukembali. Spesifikasi hasillas tutup-kelongsong zircaloy-2 untuk elemen bakar PHWR tipe Cirene

29

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

yang dipersyaratkan adalah : Tingkat kebocoran hasillas : < 10 -8 cc/detik dan Prosentase proyeksibagian kelongsong yang tidak tersambung dibanding ketebalan kelongsong lebih kecil dari 10% [4] •

Pada kualifikasi proses tahap awal ini akan dilakukan eksperimen dan pembahasan hasileksperimen yang dibatasi pada pengaruh arus las dan gaya magnetik dengan waktu pengelasanyang konstan terhadap kualitas hasil lasan melalui uji metalografi hasil las. Dari kegiatan inidiharapkan akan diperoleh parameter proses pengelasan yang terkualifikasi.

METODOLOGI

Pada awal kegiatan ini direncanakan untuk menggunakan parameter proses optimal yangdiperoleh dari penelitian sebelumnya dengan menggunakan mesin las MFW yang sama yaitudengan arus las 65% dan welding time 23 siklus [5]. Berdasarkan kualitas hasillas dari eksperimenawal ternyata parameter pengelasan tersebut tidak dapat diacu lagi. Selanjutnya dilakukaneksperimen untuk menentukan parameter optimal yang baru yang dapat menghasilkan produk lassesuai persyaratan.

Eksperimen dilakukan dengan menggunakan potongan kelongsong zirkaloi-2 dengandiameter luar 20 mm, ketebalan 0,46 ± 0,05 mm dan panjang 70 mm yang dilas dengan tutup ujungterbuat dari tabung pejal zirkaloi-2 berdimensi seperti terlihat pada Lampiran 1. Mesin las yangdigunakan adalah mesin MFW yang ada di laboratorium B3N- PTBN. Parameter proses yangdivariasikan adalah prosentase arus las ( 20 %, 25 % dan 30 %) dan prosentase gaya magnetik(40% dan 50%), sedangkan waktu las dijaga konstan. Sam pel hasillas yang diperoleh dipreparasiuntuk uji metalografi yang terdiri dari proses pemotongan, mounting, penggerindaan, pemolesan danetsa . Selanjutnya dilakukan pengambilan foto sam pel las hasil preparasi pada mikroskop optik danmenganalisis foto yang diperoleh .

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari eksperimen yang dilakukan, diperoleh data foto hasil uji metalogafi pad a variasiprosentase arus las ( 20% dan 30%) dan prosentase gaya magnetik (40% dan 50%), sedangkanwaktu las dijaga konstan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 dengan pembesaran25 x : a1. Arus las 30%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-Off ;

a2. Arus las 20%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-Off.

30

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Gambar 2. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 denganpembesaran 25 x .

b, dan b2: Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2 ;c, dan C2 : Arus las 20%, gaya magnet 50%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2 .

31

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

Gambar 3. Foto hasil metallografi hasillasan tutup ujung-kelongsong zirkaloi-2 denganpembesaran 25 x .

. d1 dan d2 : Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus, posisi trafo-2 ;e1dan e2 : Arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus , posisi trafo-3 .

Berdasarkan foto hasill;:ls pada Gambar 1, 2 dan 3 terlihat bahwa parameter proses lasyang memberikan hasil yang cukup baik adalah variasi arus las 20%, gaya magnet 50% untuk posisitrafo-Off dan variasi arus las 20%, gaya magnet 40%, waktu las 8 siklus untuk posisi trafo-2.

KESIMPULAN

Pada tahap awal kualifikasi ini diperoleh parameter optimal pengelasan sementara yaituarus las sebesar 20% dan gaya magnet 40% untuk waktu las 8 siklus. Selain prosentase gayamagnet, posisi trafo gaya magnet pada mesin las juga menentukan besar gaya magnet yang.ditimbulkan.

SARAN

Perlu dilakukan eksperiman lanjutan untuk kelengkapan data kualifikasi proses pengelasan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] BATAN-NIRA, FFL TecDoc, Experimental Fuel Element Instalation, BATAN , Serpong, 1985.

[2] MENIEK RACHMAWATI, "Pengembangan Proses Pengelasan EBN Reaktor Daya di IEBE·,Laporan Riset Insentif, PTBN-BATAN, 2009

[3] NIRA S.pA, "Instruction Manual Serial Number 830004-1-2", Teledyne Precision- Cincinnati,Ohio

[4] HERU SASONGKO, "Petunjuk Pelaksanaan Kendali Mutu Lab Fabrikasi Bahan Bakar, IEBE ­PTBN - BATAN.

[5] A. LATIEF, dkk , 'Pengaruh Parameter Proses Pelasan Dengan Magnetic Foce Welding MachineTerhadap Karakteristik Hasil Las·, Prosiding Presentasi IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir II, PEBN­BATAN, Jakarta, Nopember 1996.

32

ISSN 0854 - 5561

LAMPIRAN

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Gambar tutup ujung EBN PHWR tipe Cirene.

33