WELDING DEFECTS, CAUSES AND PREVENTION

Texts : Shikh Ahmad Hanif / Amir Azli Mohd Al-Kharid

What is welding defects? Welding defects may be define as a discontinuity or discontinuities that failed to meet the minimum acceptance per standard or specifications. Defects may occurred in excessive conditions, outside the acceptance limits which risks to compromise the stability or the functionality of the welded structure. They are also acceptable discontinuities, the same type of discontinuity of a lesser degree, might be considered harmless and acceptable.

Several commons defect found on welding are as follow:

1. POROSITY

It is a cavity type discontinuity (void) formed by gas entrapment during solidification.

Gases present in weld environment H2, N2, O2, CO, CO2 etc from flux covered electrodes.

These gases trapped during solidification and cause porosity.

Porosity on weldment

Porosity as seen on RT film

Factors promoting porosity:

• Improper coating on the electrode.

• Longer arcs

• Faster arc travel speeds.

• Too low and too high arc currents

• Incorrect welding technique (stringer beads are more apt  than moderately weaved beads.

• Unclean job surface

• Improper base metal composition (e.g. high S & C content will lead to porosity) 

Porosity remedies:

• Use low hydrogen welding process, filler metals high in deoxidizers for excessive H2,N2 atmosphere. 

• Use preheat or increase heat input to combat high solidification rate.

• Clean joint surfaces and adjacent surfaces.

• For reducing excessive moisture use recommended procedure for baking and storing electrodes

2. CRACKS

A crack is a fissure produced in a metal by tearing action due to in-adequate pre-heat or fast cooling problem. Cracks may also caused by shrinkage stresses in high constraint areas.

Crack on weldment

Cracks further classified into:

1. Direction with respect to longitudinal axis of the weld
2. Longitudinal crack:Those lying in a direction parallel to the longitudinal weld axis.
3. Transverse crack: Those lying in a direction perpendicular to the longitudinal weld axis. 

Hot Cracks
Cracks formed immediately after welding. Also called centerline or solidification crack.

Centerline crack

Hot Cracking Causes:

• Imposition of excessive strains in restrained welds

• Parent metal composition with excess sulphur,phosphorus

• Base metal contamination

• Inadequate filling of crater ( crater cracking)

Hot Cracking Remedies:

• Plan welding procedures which induce less thermal strain

• Use low sulphur, phosphorus containing base metal for welding

• Avoid contamination of base metal

Cold Crack

Delayed crack

They are also called as underbead crack or  delayed crack. Generally occurs in HAZ (Heat Affected Zone). They lie in directly adjacent to weld bead in haz area, subsurface and difficult to detect. However if the cold crack propagate to surface, the crack can be seen visually. Cold cracking may due to metal brittleness combined with a tensile stress exceeding the fracture stress.Brittleness is the result of :

(a)Solidification of low melting constituents. 

(b)Phase changes (e.g. formation of martensite) during cooling.

 
Factors promoting cold crack:

• Joint restraint and high thermal severity

• Hydrogen in the weld metal.

• Presence of impurities.

• Embrittlement of HAZ in low alloy steels.

• Weld of insufficient sectional area.

• High welding speeds and low current density.

• Cold cracking occurs in both weld metal and HAZ.

Cold craking remedies:

• Welding consumables must be hydrogen controlled

• Bake electrodes as recommended by electrode manufacturer

• Preheat as per Welding Procedure Specification

• Heat input to be maintained even for tack welding

 
3. INCOMPLETE JOINT PENETRATION

When the weld metal does not extend to the required depth into the joint root

Causes of Incomplete joint penetration:

• Improper Joints( U joint gives better than J butt joint)

• Too large root face.

• Root gap too small.

• Less arc current.

• Faster arc travel speed.

• Too large electrode diameter.

• Joint misalignment.

     
Remedies of Incomplete penetration:

• Use proper joint geometry.

• Increase root opening or Use small electrode in root.

• Follow correct WPS (Welding Procedure Specification).

4. LACK OF FUSION (LOF)

Weld discontinuity in which fusion did not occur between weld metal and fusion faces joining or adjoining weld beads.

Factors promoting LOF:

• Improper manipulation of welding electrode.

• Weld joint design.

• Improper heat input.

• Surface contamination which leads slag formation and prevents fusion

LOF Remedies:

• Minimum heat input to be maintained

• Correct Electrode angle

• Avoid molten pool flooding the arc

• Proper cleaning of oxides slag

5. INCLUSIONS

• Inclusion is entrapped foreign solid material, such as slag,flux,tungsten or oxide. 
• Associated with Lack of Fusion(LOF). 
• Only occurs when any welding technique uses Flux shielding. 
• Due to improper manipulation of welding electrode and improper cleaning between multi run

Inclusions found in weldment

Inclusions as seen on RT film

Remedies for inclusion

• Better inter-pass cleaning

• Remove heavy convex beads   

• Do not use electrodes with damaged coating

6. UNDERCUT & UNDERFILL

Undercut

Undercut is a surface discontinuity which occurs in the base metal directly adjacent to the weld.

It is a condition in which the base metal has been melted away during the welding operation and there was insufficient filler metal deposited

This result is a linear groove in the base metal which may have a relatively sharp configuration.

Cause: Improper welding technique, Too high welding heat

Underfill

Underfill is a condition in which the weld face or root surface extends below the adjacent surface of the base metal.

Underfill at the root weld of Pipes are termed as INTERNAL CONCAVITY or SUCK BACK

It can be cause by excessive heating and melting of root pass during deposition of second pass.

Cause: Excessive travel speed

7. MISALIGNMENT

Offset or mismatch occurs where two pieces welded together are not properly aligned. It occurs because of carelessness and  also due to joining different thicknesses (transition thickness).

Sample of misalignment

Misalignment as seen on RT film

8. SPATTER


AWS A 3.0 describes spatter as “metal particles expelled during fusion welding that do not form a part of weld. Small particles of weld metal expelled from the welding operation which adhere to the base metal surface. The cause for this discontinuity are: High welding current which can cause excessive turbulence in the weld zone,long arc length, severe electrode angles, high amperages. Its presence gives difficulty in UT,MT,PT

Spatters on weldment

Excessive turbulence in the weld zone

 
*Writer is student of UniKL Malaysia France Institute in Bachelor of Welding and Quality Inspection. He just completed 3 months industrial training  and can be contacted via email sahanif89@gmail.com    

Kembara Sulung di Bumi Tandus

teks: Amir Azli bin Mohd Al-Kharid

Saya ingin berkongsi kisah pengalaman pertama merantau ke bumi arab. Selepas 7 bulan saya menyertai Sime Darby Engineering dan menjalani latihan di projek F-13 Shell Sarawak, saya telah ditugaskan untuk projek Bunga Orkid -A, sebuah platfrom integrasi yang beratnya lebih kurang 20 ribu MT yang diuruskan oleh Talisman Malaysia. Sebagai pendatang baru tentu banyak yang perlu dipelajari lebih-lebih lagi dunia ini begitu asing bagi saya. Namun bantuan dan tunjuk ajar dari otai-otai banyak membantu memahami proses dan selok-belok operasi pembinaan sebuah pelantar minyak. Pada waktu itu juga saya sedang dalam proses mengumpul dana untuk mendirikan rumah tangga dengan yang tersayang. Walaupun gaji permulaan cukup untuk menampung kehidupan seharian dan membantu sedikit sebanyak ibu dan bapa, saya rasa agak mustahil untuk saya mengumpul duit dalam masa yang singkat untuk perkahwinan. Setiap hari saya tidak putus berdoa semoga Allah meluaskan rezeki melalui jalan-jalan yang tidak disangka-sangka. 

Dengan kuasa Allah, doa saya dimakbulkan 6 bulan selepas itu. Dengan tidak semena-mena saya dipanggil oleh pengurus dan menawarkan untuk menyertai projek di Qatar. Perasaaan yang bercampur-baur terbang bersama saya pada bulan Jun 2007. Dengan matlamat untuk menambahkan pengalaman disamping mendapat elaun yang besar, saya kuatkan semangat dan buang perasaan takut jauh-jauh. Maka bermulalah episod baru dalam hidup saya.

Musim sejuk di Qatar sekitar bulan Disember ke Mac pada setiap tahun

Penulis bersama teman rapat - Syed Firdaus di Zoo Doha

Operasi utama di Qatar pada waktu itu ialah penghantaran 3 platfrom baru yang siap di bina di Yard Pasir Gudang dan pemasangan platform tersebut di luar pesisir pantai Qatar. Kemudian terdapat kerja-kerja 'Hook up' dan modifikasi dan pemasangan riser untuk platform-platform yang sedia ada disitu. 

Kami ditempatkan di apartment yang selesa dan perjalanan ke tempat kerja menggunakan kenderaan syarikat. Pejabat kami betul-betul terletak di hadapan lapangan terbang antarabangsa Qatar. Majoriti staff di pejabat berasal dari Malaysia namun ada juga staf dari India, Filipina, Indonesia dan UK. Syarikat juga ada menjalin kerjasama strategik dengan syarikat tempatan untuk melicinkan lagi operasi projek. Percampuran dengan pelbagai jenis manusia mengajar saya bukan sahaja dari segi teknikal kerja malah erti sebenar sebuah kehidupan. 

Penulis bersama Mr. Samy  El-Nahas, Jurutera Kualiti untuk Qatar Petroleum

Aktiviti riadah syarikat - menunggang ATV di tepi laut

Menyambut Syawal di perantauan

Rupanya komuniti masyarakat Malaysia telah lama bertapak di Qatar. Mereka tinggal secara berkelompok dan berkhidmat di beberapa syarikat besar seperti Qatar Petroleum dan RasGas. Pekerja pakar dari Malaysia dihormati kerana faktor kredibiliti dan institusi pendidikan yang diiktiraf berbanding pekerja dari negara-negara jiran kerana isu pemalsuan dan sebagainya.Oleh itu peluang kerja di Qatar memang banyak tetapi perlulah mempunyai pengalaman yang luas dan memiliki sijil teknikal seperti dari API, AWS dan sebagainya. Cuma perlu berhati-hati sekiranya menerima tawaran berkerja di kawasan timur tengah kerana faktor kos rumah yang mahal dan penipuan sindiket palsu.

Apa yang menarik apabila kita berada dalam komuniti Malaysia diluar negara, hubungan sesama rakan sangat rapat. Kami saling mengunjungi antara satu sama lain dan sering mengadakan aktiviti berkumpulan seperti riadah dan lawatan luar. Oleh kerana saya jenis yang kuat makan, dengan tidak sengaja skill memasak saya telah terasah. Saya sanggup menghubungi emak untuk bertanya resepi-resepi kegemaran dan seterusnya masak dan makan beramai-ramai. Harga barang makanan agak mahal kerana kebanyakan bahan mentah di import dari luar kecuali minyak mentah yang sungguh banyak sehinggakan petrol pada waktu itu berharga sekitar 60 sen seliter. 

Akhirnya perkelanaan saya berakhir setelah 9 bulan di sana. Sepanjang tempoh itu saya sempat 2 kali pulang ke Malaysia dan sekali 'u-turn' di Bahrain kerana tempoh visa hanya 3 bulan untuk bagi setiap permohonan. Alhamdulillah saya berjaya mengumpul dana yang diperlukan untuk mendirikan rumah tangga secara 'tunai' dan tambahan dana untuk melayari alam seterusnya. 

Langkah Pertama

Teks : Amir Azli Mohd Al-Kharid
 

Dalam dunia minyak dan gas, secara umumnya terdapat beberapa segmen yang boleh diceburi. Setiap segmen mempunyai cabarannya yang tersendiri. Antara segmen tersebut ialah:

1. FEED-Front End Engineering Design

2. Topside and Jacket Fabrication and Construction

3. Transportation and Installation

4. Hook up and Commissioning

5. Drilling

6. Operation and Maintenance

7. Platform Modification / Rejuvenation / Revamp

8. Plant

Huraian asas untuk setiap segmen seperti berikut:

1) FEED - Front End Engineering Design

FEED merupakan barisan pertama dalam sesuatu projek. Antara tugas segmen ini adalah merekabentuk projek dari segi sktruktur, perpaipan, elektrik, instrumen, mekanikal, arkitektural dan lain-lain. Kepakaran mereka sangat penting dalam menentukan kejayaan projek kerana jika salah rekaan dari awal akan mengundang bencana yang besar kepada projek. 

Bagi yang berminat untuk menyertai segmen ini perlu mempelajari beberapa 'software' mengikut disiplin yang disertai seperti 'Auto CAD', 'PDMS', 'X-Steel', 'BOCAD', 'Caesar' dan lain-lain. Antara kerjaya yang terlibat adalah seperti 'Draftsman', 'Designer', 'Engineer' dan 'PDMS Operator'. Output dari segmen ini ialah lukisan kejuruteraan (Drawing) yang akan digunakan dalam proses pembinaan. Syarikat yang terkenal ialah seperti Aker, Technip dan Ranhill Warley Parson (RWP)

2) Topside and Jacket Fabrication and Construction 

Segmen kedua dalam projek yang merealisasikan sesuatu rekaan dari 'drawing' ke kawasan limbungan atau dipanggil 'site'. Ianya membuka banyak peluang kerja seperti 'helper', 'welder', 'fitter', 'foreman', 'technician', 'supervisor', 'superitendent', 'chargeman', 'inspector', dimensional surveyor', 'engineer' dan banyak lagi. Pihak yang terlibat meliputi 'Main Contractor', 'Sub-Contractor', 'Supplier', 'Vendor', dan 'Client'. 

 Kerja-kerja pembinaan bermula dari sekeping besi yang dipotong sehinggalah menjadi sebuah struktur pelantar minyak dan dilengkapi dengan pelbagai mesin dan instrument untuk membolehkan pelantar tersebut berfungsi di ' field' yang telah dikenalpasti lebih awal.

3) Transportation and Installation

Setelah sesuatu pelantar atau 'jacket' siap dibina, struktur tersebut akan dihantar ke 'field' yang telah ditetapkan. Penghantaran biasanya menggunakan 'barge' yang mampu menampung berat keseluruhan struktur binaan pelantar tersebut. Proses ini sangat rumit dan kritkal kerana sebarang kesilapan akan menyebabkan struktur yang telah dibina berbulan-bulan lamanya akan hilang di tengah lautan. Proses pemasangan (Installation) juga perlu dilakukan dengan berhati-hati bagi memastikan ketepatan lokasi dan berhadapan dengan cabaran lautan yang bergelora dan cuaca yang tidak menentu.

4) Hook up and Commissioning

'Hook up' meliputi kerja-kerja akhir seperti penyambungan paip dari pelantar ke 'resevoir' minyak atau gas di dalam dasar lautan. Biasanya kerja-kerja yang tertunggak ataupun 'punchlist' juga akan disiapkan semasa aktiviti 'hook up'.

Sebelum sesuatu pelantar minyak dibenarkan beroperasi atau mendapat 'first gas' atau 'first oil', keseluruhan sistem dalam pelantar tersebut perlu diuji. Aktiviti ini disebut 'Commissioning' dan sangat penting untuk memastikan aspek keselamatan dan keseluruhan sistem operasi berfungsi. Kegagalan operasi selama satu hari boleh menyebabkan kerugian berjuta-juta ringgit dan boleh mengakibatkan bencana kemalangan yang dahsyat. 

5) Drilling

Apabila pelantar siap dipasang pada lokasi yang ditetapkan, kerja-kerja 'drilling' akan dilakukan. Drilling bermaksud penggerudian ke kawasan bekalan simpanan minyak atau gas di bawah lantai laut. 

Aktiviti ini sangat bahaya kerana melibatkan tekanan yang tinggi dari dalam perut bumi dan boleh juga mengakibatkan bencana dengan sedikit kesilapan. Kepakaran yang tinggi sangat diperlukan dan biasanya mereka yang terlibat mendapat bayaran yang sangat lumayan. Oleh itu hanya pekerja yang berpengalaman dan diakui kepakarannya terlibat dalam aktiviti-aktivit drilling.

6) Operation and Maintenance

Operasi pelantar minyak di tengah laut memerlukan krew-krew yang terlatih dan mempunyai kepakaran tertentu. Biasanya mereka akan tinggal di 'Living Quaters' selama beberapa minggu atau bulan dan kemudian bercuti agak lama mengikut kontrak kerja mereka. Kehidupan di tengah laut memerlukan ketahanan mental yang tinggi dan perlu sentiasa bersedia menghadapi sebarang kemungkinan kerana operasi pengeluaran minyak dan gas melibatkan risiko yang tinggi. Oleh sebab itu pendapatan yang diterima juga agak lumayan berbanding berkerja di atas darat.

7. Platform Modification / Rejuvenation / Revamp

Sesuatu pelantar minyak mempunyai jangka hayat tertentu dan mungkin memerlukan pengubahsuaian berdasarkan keperluan semasa. Oleh itu syarikat pengendali pelantar akan melantik kontraktor yang berpengalaman dalam kerja-kerja tersebut. Biasanya mereka yang terlibat dengan akitiviti ini akan tinggal di atas 'barge' dan perlu berkerja dengan efisen dan pantas. Aktiviti ini perlu dilakukan dengan perancangan yang teliti kerana melibatkan pelantar yang 'hidup'. Kontraktor yang terlibat perlu memastikan semua peralatan dan barang yang diperlukan bagi memastikan kerja dapat disiapkan dalam tempoh masa yang ditetapkan.

8. Plant

Hasil dari minyak dan gas akan diproses di 'plant'. Kerjaya di 'plant' melibatkan kerja-kerja 'operation'  dan juga kerja-kerja pengubahsuaian sama seperti di atas pelantar minyak. Aktiviti di plant juga melibatkan risiko yang tinggi dan melibatkan prosedur keselamatan yang ketat. Hanya mereka yang memiliki kepakaran dan pengalaman yang tertentu dibenarkan berkerja di 'plant'. Kerjaya di 'plant' juga memberikan pendapatan yang lumayan setimpal dengan kepakaran yang dimiliki oleh individu terbabit. Mereka yang lama berkerja di 'plant' perlu mengikut peraturan keselamatan yang telah ditetapkan bagi mengelakkan pendedahan kepada bahan kimia yang berbahaya.

Walaupun negara kita telah lama terlibat dengan aktiviti minyak dan gas, Malaysia masih memerlukan lebih ramai pekerja mahir dan berkepakaran tinggi. Akan tetapi, kita masih lagi mengharap kepada tenaga mahir asing terutamanya dalam bidang kejuruteraan kerana kurangnya pendedahan dan minat dari generasi muda. Adalah sangat merugikan jika industri yang bernilai berbilion ringgit ini dikuasai oleh rakyat asing sedangkan ramai lagi rakyat Malaysia yang berkebolehan dan mempunyai semangat yang tinggi untuk berjaya. Semoga usaha saya yang kecil ini dapat memberi pendedahan dan akhirnya menarik minat generasi muda agar sama-sama membangunkan negara menerusi dunia minyak dan gas.

Dunia Baru Menanti

Teks: Amir Azli Mohd Al-Kharid

Menceburi bidang minyak dan gas diketahui umum memberi lebih pulangan berbanding industri-industri lain. Walaubagaimanapun industri ini agak sukar ditembusi oleh mereka yang tiada kepakaran atau pengalaman yang berkaitan kerana faktor kritikaliti dan risiko bahaya yang sangat tinggi. 

Pembabitan saya dalam bidang ini bukanlah sesuatu yang saya rancang semasa zaman belajar. Malah saya langsung tidak berkeinginan untuk menceburi bidang minyak dan gas kerana kurangnya pendedahan dan tambahan cerita-cerita songsang yang saya dengar. Cerita tentang mereka yang terpaksa tinggal di laut berbulan-bulan lamanya. 

Pengalaman penulis menghadapi laut bergelora - Lokasi Laut Arab, berlepas dari pelabuhan Mumbai

Namun perancangan Allah itu yang terbaik. Saya mengambil jurusan Kejuruteraan Komunikasi ketika menuntut di Universiti Islam Antarabangsa Malaysia. Cita-cita pada masa itu mungkin menjadi jurutera di syarikat komunikasi atau menjadi usahawan berkaitan telefon. Pada penghujung tahun pertama, saya telah ditawarkan biasiswa dari Sime Darby dan perlu berkhidmat dengan Sime Darby selama 3 tahun selepas graduasi. Semasa latihan praktikal, saya telah dihantar ke Sime Engineering di USJ, sebuah syarikat konsultant  selama 3 bulan. Kelakarnya saya ditugaskan di jabatan IT yang agak sipi-sipi berkaitan dengan apa yang saya belajar. Selain dari itu, rutin harian ialah belajar untuk 'format' komputer dan menjaga 'server' syarikat. Sepanjang 3 bulan di situ, saya banyak bergaul dengan jurutera-jurutera dari jabatan kejuruteraan dan dari situlah datangnya minat saya untuk menceburi bidang yang menarik ini.

Selepas graduasi, saya telah dihantar ke Sime Darby Engineering di Pasir Gudang, antara syarikat fabrikasi pelantar minyak dan gas yang terbaik di Malaysia pada ketika itu. Walaupun tersasar jauh dari apa yang saya belajar di universiti, saya menganggap bidang ini merupakan jalan terbaik untuk saya mengembangkan karier saya untuk pergi lebih tinggi. Bermula saat itu saya tidak menoleh ke belakang dan terus mengutip segala ilmu dan kemahiran yang diperlukan. Hasilnya saya telah berkhidmat untuk pelbagai projek tempatan dan antarabangsa. Saya juga telah dihantar ke Qatar dan India untuk belajar dan pada masa yang sama membantu bertungkus lumus untuk menyiapkan projek seperti yang dikehendaki oleh pihak 'client'.

Penulis bergambar di hadapan Khalifa International Stadium Qatar

Setelah hampir 8 tahun berkecimpung dalam dunia minyak dan gas ini, saya mula tersedar pentingnya untuk saya berkongsi pengalaman dan minat terutamanya bagi mereka yang masih di bangku sekolah ataupun masih tercari-cari karier yang sesuai. Allah telah menggerakkan saya dan isteri untuk menyertai program-program luar biasa yang dikendalikan oleh usahawan dan pejuang ekonomi yang terkenal iaitu Dr. Azizan Osman. Menurut beliau sangat berdosa bagi kita untuk tidak berkongi ilmu dan kepakaran yang kita miliki, lebih-lebih lagi untuk membantu anak bangsa mencapai kejayaan.

Saya berharap apa yang dikongsikan dapat memberi pendedahan dan ilmu kepada mereka yang berminat untuk menyertai dunia minyak dan gas. Walaubagaimanapun menjadi impian saya suatu hari nanti untuk memiliki perniagaan saya sendiri setelah cukup segala ilmu dan kepakaran yang diperlukan, InsyaAllah.