Proses Pembuatan Pipa

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.