Memilih bahan suku cadang: syarat layanan, padanan mutu, pengganti yang aman, pemeriksaan barang datang, dan dokumentasi

Sebuah laundry hotel harus mengganti segel dan selongsong segel poros drum washer-extractor. Suku cadang dari pabrik mesin perlu enam minggu, sedangkan pemasok lokal menawarkan selongsong buatan bengkel dengan ukuran yang sama dan harga sepertiganya, siap dalam tiga hari. Penyelia setuju karena mesin harus segera jalan. Selongsong itu dipasang bersama segel bibir baru.

Tiga bulan kemudian, air menetes dari saluran bocoran rumah bantalan. Saat dibongkar, permukaan selongsong aus bergaris di bawah bibir segel, segelnya robek, dan gemuk bantalan sudah bercampur air. Tidak ada yang tahu selongsong itu dibuat dari bahan apa, berapa kekerasannya, atau seberapa halus permukaannya, karena tidak ada sertifikat, tidak ada gambar, dan tidak ada catatan siapa yang menyetujuinya. Biaya bantalan, segel, dan hari mesin berhenti jauh lebih besar daripada selisih harga selongsong. Bab ini menjelaskan cara memilih bahan suku cadang supaya keputusan seperti itu dapat dipertanggungjawabkan.

Batas pembahasan

Bab ini membahas pemilihan bahan untuk suku cadang pengganti dan komponen yang dibuat sendiri: syarat layanan, spesifikasi asli, padanan mutu, pengganti yang aman, perbandingan kuantitatif, pemeriksaan barang datang, suku cadang palsu, dokumentasi, dan pemantauan setelah dipasang. Kerangka umum pemilihan bahan ada di Bab 1 tentang struktur material dan pemilihannya. Sifat besi dan baja ada di Bab 2, baja tahan karat di Bab 3, dan logam bukan besi di Bab 4; cara uji dan sertifikat di Bab 5; perlakuan panas di Bab 6; mekanisme kegagalan di Bab 7; polimer dan elastomer di Bab 22 · Kimia; segel dan selongsong di Bab 9 · Mekanikal & Mekatronika; dokumentasi perbaikan dan serah terima di Bab 1 · Kerja Lapangan & Serah Terima. Pengadaan, harga, dan kontrak dengan pemasok tidak dibahas.

Urutan memilih

Pemilihan bahan suku cadang mengikuti urutan yang sama untuk komponen kecil maupun besar:

1. Rumuskan fungsi dan syarat layanan: apa yang dikerjakan komponen, dan dalam keadaan apa.
2. Cari spesifikasi asli: nomor suku cadang, gambar, daftar suku cadang manual, atau keterangan pabrik.
3. Kenali bahan asli bila spesifikasinya tidak ada, dengan uji lapangan dan, untuk komponen penting, analisis laboratorium.
4. Kumpulkan calon pengganti dan bandingkan dengan setiap syarat, tidak hanya satu atau dua.
5. Putuskan dan minta persetujuan dari orang yang berwenang untuk tingkat risiko komponen itu.
6. Periksa barang datang sebelum dipasang.
7. Dokumentasikan dan pantau komponen setelah dipasang.

Penyelia pada kasus pembuka melompat dari langkah pertama, yang hanya berisi "ukuran sama", langsung ke langkah kelima.

Syarat layanan

Syarat layanan (service requirements) adalah daftar keadaan yang harus ditahan komponen. Daftar periksa berikut dipakai supaya tidak ada yang terlewat:

Harga logam yang umum dipakai tersedia dalam tabel petunjuk harga, dan tabel seperti itu mengingatkan bahwa biaya adalah salah satu syarat, tidak boleh menjadi satu-satunya. Untuk selongsong segel di kasus pembuka, syarat yang terlewat adalah kekerasan dan kehalusan permukaan di bawah bibir segel, ketahanan terhadap air panas dan deterjen, dan pasangan bahannya dengan segel. Bab 9 · Mekanikal & Mekatronika tentang segel dan perapat menjelaskan bahwa manual mesin memakai selongsong supaya yang aus adalah selongsong, tidak porosnya, dan peran itu hanya terpenuhi bila selongsongnya sendiri cukup tahan aus.

Suku cadang asli, setara, dan buatan sendiri

Ada tiga jenis sumber suku cadang:

1. Suku cadang pabrik mesin: dibuat menurut gambar dan spesifikasi pabrik. Daftar suku cadang manual sebuah washer-extractor, misalnya, mencantumkan nomor untuk segel, O-ring, selongsong, pasak, dan baut, dengan bahan untuk sebagian di antaranya seperti pasak poros utama dari baja tahan karat. Manual pemasangan dari pabrik yang sama memuat ketentuan garansi, termasuk masa untuk bagian yang aus normal. Memakai suku cadang lain dapat memengaruhi garansi; ketentuannya dibaca sebelum memutuskan.
2. Suku cadang setara dari pemasok lain: dibuat menurut spesifikasi yang dinyatakan setara, misalnya bantalan dengan kode standar yang sama, baut dengan kelas kekuatan yang sama, atau O-ring dengan ukuran dan bahan elastomer yang sama. Kesetaraan dapat diperiksa karena ada kode dan standarnya.
3. Suku cadang buatan sendiri atau buatan bengkel: dibuat dengan menyalin komponen lama. Pilihan ini paling berisiko karena bahan, perlakuan panas, dan kehalusan permukaan komponen asli sering tidak diketahui.

Jenis kedua dan ketiga sah bila setiap syarat layanan terpenuhi dan dibuktikan. Kode bantalan, kelas baut, dan bahan O-ring adalah contoh spesifikasi yang lengkap; "ukuran sama" bukan spesifikasi.

Padanan mutu

Padanan mutu (grade equivalent) adalah mutu bahan dari sistem penamaan lain yang dinyatakan mirip dengan mutu asli. Tabel padanan antarstandar yang dibahas di Bab 2 tentang besi dan baja dan Bab 3 tentang baja tahan karat berguna untuk mencari stok, tetapi tiga hal tetap dicek:

1. Batas komposisi: padanan dapat berbeda dalam kadar karbon paling tinggi, belerang, atau unsur yang menentukan mampu las dan ketahanan korosi.
2. Keadaan pasokan dan perlakuan panas: mutu yang sama dalam keadaan berbeda mempunyai sifat yang sangat berbeda, seperti dibahas di Bab 6 tentang perlakuan panas.
3. Cara uji dan jenis sertifikat: syarat ketangguhan atau kekerasan dapat diuji dengan cara yang berbeda, seperti dibahas di Bab 5 tentang pengujian sifat mekanis.

Untuk komponen yang tidak penting, padanan dekat sudah cukup. Untuk komponen penahan beban atau bertekanan, padanan diputuskan oleh pabrik atau insinyur dengan membandingkan kedua standar.

Pengganti yang aman: setara di setiap syarat

Aturan dasarnya: pengganti harus sama atau lebih baik di setiap syarat yang relevan. Kesalahan yang sering terjadi adalah memilih bahan yang lebih baik di satu sifat dan lebih buruk di sifat lain:

Setiap baris di tabel ini sudah dibahas di bab sebelumnya: kekerasan dan perlakuan panas di Bab 6, baja tahan karat di Bab 3, baut di Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika, aluminium dan paduan tembaga di Bab 4, mulur dan penggetasan di Bab 7, plastik dan elastomer di Bab 22 · Kimia. Pemilihan bahan suku cadang adalah tempat semua bab itu dipakai bersama.

Komponen yang tidak boleh diganti sembarangan

Untuk beberapa jenis komponen, teknisi tidak memutuskan substitusi bahan sendiri, walaupun penggantinya tampak setara:

1. Komponen keselamatan: interlock pintu, rem, pengunci, sakelar pengaman getar, katup pengaman, dan pegasnya. Perubahan bahan dapat mengubah gaya, umur, atau cara gagalnya.
2. Komponen bertekanan: bejana, tangki tekan, pipa uap, dan alat sambungnya, yang bahannya ditentukan aturan bejana tekan dan standar.
3. Komponen angkat dan penahan beban berat: alat angkat, kait, pena, dan dudukan mesin.
4. Bagian yang bersentuhan dengan makanan atau air minum: bahannya harus dinyatakan aman untuk itu. Peraturan tentang bahan kontak pangan dan tentang alat plambing air minum mengatur hal ini, termasuk batas timbal pada paduan tembaga untuk air minum; nomor dan angkanya diambil dari peraturan yang berlaku.
5. Penyekat listrik dan bagian yang harus tahan api: bahannya harus memenuhi kelas yang ditentukan.

Untuk komponen ini, pengganti diambil dari pabrik mesin, atau perubahan bahan disetujui tertulis oleh pabrik atau insinyur yang berwenang.

Membandingkan calon dengan angka

Bila ada beberapa calon bahan, perbandingan dengan angka mencegah keputusan karena kebiasaan. Dua cara sederhana sering cukup.

Penilaian berbobot (weighted scoring): setiap syarat diberi bobot menurut pentingnya, setiap calon diberi nilai untuk setiap syarat, lalu jumlah perkalian bobot dan nilai dibandingkan. Syarat yang mutlak, misalnya kecocokan kimia, diperlakukan sebagai saringan: calon yang tidak lulus dibuang sebelum dinilai, tidak diberi nilai rendah saja.

Indeks kinerja (performance index): untuk memilih bahan yang paling ringan atau paling murah untuk satu fungsi, sifat bahan digabung menjadi satu angka. Contoh yang sering dipakai:

1. Untuk pelat yang harus kaku terhadap lentur dengan lebar tetap, massa paling kecil dicapai dengan nilai $E^{1/3}/\rho$ paling besar.
2. Untuk batang tarik yang harus kuat, massa paling kecil dicapai dengan nilai $R_e/\rho$ paling besar.
3. Untuk biaya, harga per kilogram dikalikan massa jenis dan dibagi kekuatan, sehingga didapat biaya per satuan kekuatan.

Di sini $E$ adalah modulus elastisitas (GPa), $\rho$ massa jenis, dan $R_e$ kekuatan luluh (MPa); karena indeks hanya membandingkan calon, satuan setiap sifat cukup sama untuk semua calon. Indeks ini dipakai untuk membandingkan, lalu calon terbaik diperiksa terhadap semua syarat lain.

Pemeriksaan barang datang

Suku cadang yang datang diperiksa sebelum masuk gudang atau dipasang:

1. Cocokkan dengan pesanan: nomor suku cadang, jumlah, dan pemasok.
2. Ukur dimensi yang menentukan dengan alat yang sesuai, seperti dijelaskan di Bab 12 · Mekanikal & Mekatronika tentang pengukuran presisi, terutama diameter suaian, kehalusan permukaan, dan ulir.
3. Periksa tanda: cap kelas baut, kode bantalan, tanda bahan, dan nomor lot atau peleburan.
4. Periksa sertifikat bila diminta dalam pesanan: nomor peleburan cocok dan nilai di dalam batas, seperti di Bab 5 tentang sertifikat bahan.
5. Uji lapangan bila perlu: magnet untuk membedakan keluarga baja tahan karat, kekerasan untuk komponen yang dikeraskan.
6. Karantina barang yang tidak cocok dengan label yang jelas, sampai diputuskan dikembalikan atau diterima dengan persetujuan.

Nilai tegangan untuk baja tahan karat 304 tidak sama dengan 304L, contoh kecil bahwa huruf tambahan di belakang nama mutu ikut menentukan apakah barang yang datang sesuai pesanan.

Suku cadang palsu dan meragukan

Bantalan, baut berkekuatan tinggi, segel, dan komponen listrik sering dipalsukan. Tanda yang perlu dicurigai:

1. Harga jauh di bawah harga pasar yang wajar.
2. Kemasan dengan cetakan kabur, salah eja, atau kode yang tidak cocok dengan isinya.
3. Tanda pada benda yang dicetak tidak rata, terlalu dangkal, atau berbeda dari contoh asli.
4. Kehalusan permukaan, warna, atau berat yang berbeda dari suku cadang asli.
5. Pemasok yang tidak dapat menunjukkan asal barang atau sertifikat.

Barang yang meragukan tidak dipasang pada komponen penting. Untuk bantalan dan baut, pemasok resmi atau distributor yang ditunjuk pabrik lebih aman daripada pasar umum.

Dokumentasi dan persetujuan

Setiap substitusi bahan dicatat, supaya orang berikutnya tahu apa yang terpasang dan mengapa. Catatan substitusi adalah catatan tertulis tentang suku cadang pengganti yang dipasang, alasannya, dan siapa yang menyetujuinya. Catatan minimal memuat:

1. Komponen, nomor suku cadang asli, dan mesin tempat dipasang.
2. Bahan dan spesifikasi asli, bila diketahui.
3. Pengganti yang dipakai: bahan, pemasok, nomor lot, sertifikat.
4. Alasan substitusi dan syarat layanan yang sudah dicek.
5. Nama dan jabatan orang yang menyetujui.
6. Tanggal pasang dan jadwal pemeriksaan pertama.

Catatan ini menjadi bagian dokumentasi perbaikan dan serah terima di Bab 1 · Kerja Lapangan & Serah Terima, dan menjadi bukti penting bila terjadi kegagalan yang perlu diinvestigasi.

Pemantauan setelah dipasang

Pengganti yang belum terbukti dipantau lebih sering daripada suku cadang asli. Jadwal pemeriksaan pertama ditetapkan cukup awal untuk menangkap mekanisme kegagalan sebelum merusak bagian lain, misalnya setelah beberapa ratus jam kerja untuk selongsong segel atau setelah beberapa minggu untuk komponen yang terkena bahan kimia. Hasilnya dicatat dan dibandingkan dengan umur suku cadang asli. Pemantauan kondisi seperti suhu, getaran, dan kebocoran dijelaskan di Bab 14 · Mekanikal & Mekatronika tentang pemantauan kondisi. Bila pengganti terbukti baik setelah beberapa kali pemeriksaan, jadwalnya dapat disamakan dengan suku cadang asli.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Modulus elastisitas dan massa jenis di Contoh 3 dan Contoh 4 adalah sifat bahan yang umum dipakai untuk perbandingan, bukan data sertifikat.

Contoh 1: menelusuri selongsong pada kasus pembuka. Syarat layanan selongsong segel adalah permukaan keras dan halus di bawah bibir segel, tahan air panas dan deterjen, dan ukuran suaian yang tepat. Selongsong pengganti diuji: tidak tertarik magnet, kekerasannya rendah, dan kehalusan permukaannya kasar dibanding bekas selongsong asli yang tersisa. Keputusan perbaikan: memakai selongsong dari pabrik mesin, atau membuat selongsong menurut spesifikasi pabrik yang diminta tertulis, lengkap dengan bahan, kekerasan, dan kehalusan permukaannya, lalu memeriksa poros dan bantalan yang sudah terkena air.

Contoh 2: penilaian berbobot untuk kepala pompa dosis. Calonnya polipropilena, PVDF, dan baja tahan karat 316. Saringan pertama: misalkan data kecocokan kimia deterjen menyatakan ketiganya cocok pada suhu kerja. Bobot: kecocokan jangka panjang 0,4, kekuatan dan kekakuan 0,2, biaya 0,2, ketersediaan 0,2. Nilai 1 sampai 5: polipropilena 3, 3, 5, 5 memberi $0{,}4 \times 3 + 0{,}2 \times 3 + 0{,}2 \times 5 + 0{,}2 \times 5 = 3{,}8$; PVDF 5, 4, 3, 3 memberi $2{,}0 + 0{,}8 + 0{,}6 + 0{,}6 = 4{,}0$; 316 4, 5, 2, 3 memberi $1{,}6 + 1{,}0 + 0{,}4 + 0{,}6 = 3{,}6$. PVDF unggul tipis; karena selisihnya kecil, keputusan dicek ulang dengan data pabrik pompa.

Contoh 3: pelat kaku yang ringan. Pelat penutup harus sama kakunya terhadap lentur. Dengan $E$ 200 dan 70 gigapascal serta massa jenis 7,85 dan 2,7: baja $200^{1/3}/7{,}85 = 5{,}85/7{,}85 = 0{,}745$, aluminium $70^{1/3}/2{,}7 = 4{,}12/2{,}7 = 1{,}53$. Perbandingan massa pelat aluminium terhadap baja untuk kekakuan yang sama adalah $0{,}745/1{,}53 = 0{,}49$, jadi pelat aluminium yang lebih tebal sekitar separuh massa pelat baja.

Contoh 4: biaya per satuan kekuatan. Baja karbon yang dicelup dan ditemper Rp25.000 per kilogram, massa jenis 7,85, kekuatan luluh 550 megapascal memberi $25.000 \times 7{,}85/550 = 357$; baja tahan karat 304 Rp75.000 per kilogram, massa jenis 7,9, kekuatan luluh 210 megapascal memberi $75.000 \times 7{,}9/210 = 2.821$. Untuk kekuatan yang sama, baja tahan karat sekitar delapan kali lebih mahal. Pilihannya bergantung pada apakah ketahanan korosi memang syarat; bila ya, perbandingan dilakukan antarbahan yang tahan korosi.

Contoh 5: baut yang lebih kuat bukan jawaban. Baut kelas 8.8 di rangka mesin cuci yang basah usul diganti kelas 12.9 "supaya lebih kuat". Baut kelas sangat tinggi lebih rentan penggetasan hidrogen di lingkungan basah dan berbahan kimia, seperti dibahas di Bab 7 tentang mekanisme kegagalan, torsinya berbeda, dan sambungan sebelumnya gagal karena kendur, bukan karena bautnya kurang kuat. Tindakan yang tepat adalah kelas yang ditentukan pabrik dengan torsi dan pengunci ulir yang benar, seperti di Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika tentang baut dan sambungan ulir.

Contoh 6: alat sambung kuningan untuk air minum. Alat sambung kuningan untuk jalur air minum dapur dipesan. Pemeriksaan barang datang mencari tanda atau sertifikat bahwa paduannya memenuhi ketentuan kandungan timbal untuk air minum dan tahan dezinkifikasi, seperti dibahas di Bab 4 tentang kuningan. Alat sambung tanpa bukti itu dipakai untuk jalur yang tidak membawa air minum, atau dikembalikan.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan pabrik, insinyur, atau penyelia bila:

1. Pengganti diusulkan untuk komponen keselamatan, bertekanan, angkat, kontak pangan, atau penyekat listrik.
2. Spesifikasi bahan asli tidak diketahui dan komponen menahan beban atau bahan kimia berbahaya.
3. Pengganti lebih baik di satu sifat tetapi belum dicek di syarat lain.
4. Barang datang tanpa sertifikat yang diminta, dengan nomor lot yang tidak cocok, atau dengan tanda yang meragukan.
5. Garansi mesin masih berlaku dan pengaruh suku cadang pengganti terhadap garansi belum diketahui.
6. Tidak ada orang yang berwenang menyetujui substitusi dan mencatatnya.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab ini menutup rak Ilmu Material dengan memakai semua bab sebelumnya. Bab 1 tentang struktur material memberi kerangka pemilihan bahan. Sifat bahan dibahas di Bab 2 tentang besi dan baja, Bab 3 tentang baja tahan karat, dan Bab 4 tentang tembaga dan aluminium; cara uji dan sertifikat di Bab 5; perlakuan panas di Bab 6; dan mekanisme kegagalan yang harus dihindari pengganti di Bab 7. Komponen yang paling sering diganti dibahas di Bab 9 · Mekanikal & Mekatronika tentang segel, Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika tentang baut, dan Bab 4 · Mekanikal & Mekatronika tentang bantalan. Polimer dan elastomer ada di Bab 22 · Kimia, pengukuran barang datang di Bab 12 · Mekanikal & Mekatronika, dokumentasi dan serah terima di Bab 1 · Kerja Lapangan & Serah Terima, pemantauan kondisi di Bab 14 · Mekanikal & Mekatronika, dan korosi galvanik pada pasangan bahan baru di Bab 19 · Kimia.

Latihan dan pembahasan