)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengelasan 2.1.1. Sejarah Pengelasan Berdasarkan

penemuan

benda-benda

sejarah

dapat

diketahui

bahwa

teknik

penyambungan logam telah diketahui sejak zaman prasejarah, misalnya pematrian timbaltimah menurut keterangan yang didapat telah diketahui dan dipraktekan dalam rentang waktu antara 4000 sampai 3000 SM. Sumber energi panas yang dipergunakan pada waktu itu diduga dihasilkan dari pembakaran kayu atau arang. Berhubung suhu yang diperoleh dengan pembakaran kayu dan arang sangat rendah maka teknik penyambungan ini pada waktu itu tidak dikembangkan lebih lanjut.

Gambar 2.1 Sejarah Pengelasan (lasmurah.blogspot.co.id/) Setelah energi listrik dapat dipergunakan dengan mudah, teknologi pengelasan maju dengan pesat sehingga menjadi suatu teknik penyambungan yang mutakhir. Cara-cara dan teknik pengelasan yang banyak digunakan pada waktu ini seperti las busur,las resistansi listrik, las termit dan las gas, pada umumnya diciptakan pada akhir abad ke-19. Alat-alat busur dipakai secara luas setelah alat tersebut digunakan dalam praktek oleh Benardes dalam tahun 1885. Dalam penggunaan yang pertama ini Benardes memakai elektroda yang dibuat dari batang karbon atau grafit. Dengan mendekatkan elektroda kelogam induk atau logam 3

Universitas Sumatera Utara

yang akan dilas sejarak kirakira 2 mm, maka terjadi busur listrik yang merupakan sumber panas dalam proses pengelasan. Karena panas yang timbul, maka logam pengisi yang terbuat dari logam yang sama dengan logam induk mencair dan mengisi tempat sambungan. Dalam tahun 1889 Zerner mengembangkan cara pengelasan busur yang baru dengan menggunakan busur listrik yang dihasilkan oleh dua batang karbon. Dengan cara ini busur yang dihasilkan ditarik ke logam dasar oleh gaya elektromagnit sehingga terjadi semburan busur yang kuat. Slavianoff dalam tahun 1892 adalah orang pertama yang menggunakan kawat logam elektroda yang turut mencair karena panas yang ditimbulkan oleh busur listrik yang terjadi. Dengan penemuan ini maka elektroda di smping berfungsi sebagai penghantar dan pembangkit busur listrik juga berfungsi sebagai logam pengisi. Kemudian Kjellberg menemukan bahwa kualitas sambungan las menjadi lebih baik bila kawat elektroda logam yang digunakan dibungkus dengan terak. Penemuan ini adalah permulaan dari penggunaan las busur dengan elektroda terbungkus yang sangat luas penggunaanya pada waktu ini. Kemajuan-kemajuan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi yang dicapai sampai dengan tahun 1950, telah mulai mempercepat lagi kemajuan dalam bidang las. Karena itu, tahun 1950 dapat dianggap sebagai permulaan masa keemasan yang ketiga yang masih terus berlangsung terus sampai sekarang. Selama masa keemasan yang ketiga ini telah ditemukan cara-cara las baru antara lain las tekan dingin, las listrik terak, las busur dengan perlindungan gas CO2, las gesek, las ultrasonik, las sinar elektron, las busur plasma, las laser dan masih banyak lagi lainnya. Jumlah penemuan pada tahun-tahun tertentu dan jenis pengelasan yang ditemukan dipergunakan dalam praktek pada waktu ini, sebagian masih memerlukan perbaikan yang mungkin dalam waktu yang dekat akan menjadi lebih bermanfaat dan dapat merupakan sumbangan yang berharga kepada kemajuan teknologi las.

4


Gambar 2.2 Perkembangan Cara Pengelasan (Wiryosumarto, 2004) 2.1.2. Definisi Pengelasan Definisi welding atau pengelasan menurut Deutsche Industrie Norman (DIN) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan cair. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Mengelas menurut Alip (1989) adalah suatu aktifitas menyambung dua bagian benda atau lebih dengan cara memanaskan atau menekan atau gabungan dari keduanya sedemikian rupa sehingga menyatu seperti benda utuh. Penyambungan bisa dengan atau tanpa bahan tambah (filler metal) yang sama atau berbeda titik cair maupun strukturnya. Pengelasan (Welding) adalah proses penyambungan dua buah logam atau lebih dengan menggunakan proses pemanasan setempat, sehingga terjadi ikatan metalurgi antara logamlogam yang disambung. Proses penyambungan logam dewasa ini banyak dipakai di industri untuk pekerjaan konstruksi, pembuatan mesin, peralatan pabrik, konstruksi perpipaan serta pekerjaan lain yang memerlukan sambungan. Dalam setiap proses pengejaan pengelasan harus memenuhi standar tertentu yaitu: ASME, ( American Society of Mechanical Engineers), API (American Petroleum Institute). Dalam hal ini pemilihan proses las, pemilihan logam pengisi (filler metal), perencanaan prosedur las, kualifikasi prosedur 5


pengelasan, perancangan dan prosedur pabrikasi, serta sistem pengendalian mutu harus dilakukan mengikuti peraturan yang berlaku dalam standar, agar suatu pelaksanaan konstruksi las dikerjakan dengan benar dan berhasil, sehingga aman terhadap hasil yang dikerjakan, maka untuk setiap pekerjaan las harus dimulai dengan pemilihan electroda las, proses pengelasan dan variabel penting lainnya seperti: bentuk sambungan yang akan dikerjakan, baik di pabrikasi maupun dilapangan, serta perlakuan panas yang akan dilakukan pada awal dan selesainya pengelasan. 2.1.3. Klasifikasi Pengelasan Sampai pada waktu ini banyak sekali cara-cara pengklasifikasian yang digunakan dalam bidang las, ini disebabkan karena belum adanya kesepakatan dalam hal tersebut. Secara konvesional cara-cara pengklasifikasiaan tersebut pada waktu ini dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu klasifikasi berdasarkan cara kerja dan klasifikasi berdasarkan energi yang digunakan. Klasifikasi pertama membagi las dalam kelompok las cair, las tekan, las patri dan lain-lainnya, sedangkan klasifikasi yang kedua membedakan adanya kelompok-kelompok seperti las listrik, las kimia, las mekanik dan seterusnya. Paling tidak saat ini terdapat sekitar 40 jenis pengelasan. Dari seluruh jenis pengelasan tersebut hanya dua jenis yang paling populer di Indonesia yaitu pengelasan dengan menggunakan Las Karbit (Oxyfuel gas welding) dan busur nyala listrik (arc welding). Jenis-jenis pengelasan yang umumnya dilakukan adalah: 1.

Proses pengelasan busur logam terbungkus (SMAW) Salah satu jenis proses las busur listrik elektoda terumpan, yang menggunakan busur

listrik yang terjadi antara elektroda dan benda kerja setempat, kemudian membentuk paduan serta membeku menjadi alasan. Elektroda terbungkus yang berfungsi sebagai fluks akan terbakar pada waktu proses pengelasan dan gas yang terjadi akan melindungi proses pengelasan terhadap pengaruh udara luar, cairan yang terbungkus akan terapung membeku pada permukaan las yang disebut slag. Proses pengelasan elektroda terbungkus terlihat pada gambar 2.3.

6


Gambar 2.3 Proses Pengelasan Busur Las Terbungkus (SMAW) (Harsono 2000)

2.

Proses pengelasan busur terendam (SAW) Ini adalah salah satu pengelasan dimana logam cair ditutup dengan fluks yang diatur

melalui suatu penampang fluks dan elektroda yang merupakan kawat pejal diumpankan secara terus menerus, dalam pengelasan ini busur listrik nya terendam dalam fluks dapat dilihat pada gambar 2.3. Prinsip las busur terendam ini material yang dilas adalah baja karbon rendah, dengan kadar karbon tidak lebih dari 0, 05%. Baja karbon menengah dan baja konstruksi paduan rendah dapat juga dilas dengan proses SAW, namun harus dengan perlakuan panas khusus dan elektroda khusus.

Gambar 2.4 Proses Pengelasan Busur Terendam (SAW) (Harsono 2000) 7


3. Proses pengelasan busur logam gas (GMAW) Jenis pengelasan ini menggunakan busur api listrik sebagai sumber panas untuk peleburan logam, perlindungan terhadap logam cair menggunakan gas mulia (inert gas) atau CO2 merupakan elektroda terumpan yang diperlihatkan pada gambar 2.3. Proses GMAW dimodifikasikan juga dengan proses menggunakan fluks yaitu dengan penambahan fluks yang magnetig (magnetizen - fluks) atau fluks yang diberikan sebagai inti (fluks cored wire).

Gambar 2.5 Proses Pengelasan Busur Logam Gas (GMAW) 4.

Proses pengelasan busur berinti fluks (FCAW) FCAW merupakan proses pengelasan busur listrik elektroda terumpan. Proses

peleburan logam terjadi diantara logam induk dengan elektroda berbentuk turbolens yang sekaligus menjadi bahan pengisi, fluks merupakan inti dari elektroda dan terbakar menjadi gas, akan melindugi proses dari udara luar, seperti gambar 2.5.

8


Gambar 2.6 Proses pengelasan berinti fluks (FCAW) (Harsono 2000) 5.

Proses pengelasan busur TIG (Tungsten Innert Gas) Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan elektroda tetap yang

terbuat dari tungsten (wolfram), sedangkan bahan penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang dilas dan terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari torch biasanya berupa gas argon 99%. Pada proses pengelasan ini peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Proses Pengelasan Busur TIG (Tungsten Innert Gas)

9


Perincian lebih lanjut mengenai klasifikasi pengelasan ini dapat dilihat pada gambar 2.8 dibawah ini.

Gambar 2.8 Klasifikasi Cara Pengelasan (Wiryosumarto, 2000) 2.2. Pengelasan TIG (Tungsten Innert Gas) TIG (Tungsten Innert Gas) adalah suatu proses pengelasan busur listrik elektroda tidak terumpan, dengan menggunakan gas mulia sebagai pelindung terhadap pengaruh udara luar, Pada proses pengelasan TIG peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dengan logam induk. Pada jenis ini logam pengisi dimasukan kedalam daerah arus busur sehingga mencair dan terbawa ke logam induk. Las TIG dapat dilaksanakan secara manual atau secara otomatis dengan mengotomatisasikan cara pengumpanan logam pengisi.Penggunaan las TIG mempunyai dua keuntungan, pertama kecepatan pengumpanan logam pengisi dapat diatur terlepas dari besarnya arus listrik sehingga penetrasi kedalam logam induk dapat diatur semaunya. Cara pengaturan ini memungkinkan las TIG dapat digunakan dengan memuaskan baik untuk pelat baja tipis maupun pelat yang tebal. 10


Sedangkan untuk aluminium karena permukaannya selalu dilapisi dengan oksida yang mempunyai titik cair yang tinggi, maka sebaiknya memakai arus bolak balik frekuensi tinggi. Sumber listrik yang digunakan untuk pengelasan TIG dapat berupa listrik DC atau listrik AC. Pada umumnya dalam proses pengelasan TIG sumber listrik yang digunakan mempunyai karakteristik yang lamban, sehingga dalam menggunakan listrik DC untuk memulai menimbulkan busur perlu ditambah dengan listrik AC frekuensi tinggi. Elektroda yang digunakan terbuat dari Wolfram murni atau paduan antara wolfram – torium, yang berbentuk batang dengan garis tengah antara 1,0 mm sampai 4,8 mm. Gas yang dipakai untuk pelindung adalah gas Argon murni, karena pencampuran dengan O2 atau CO2 yang bersifat oksidator akan mempercepat keausan ujung elektroda. Skema las TIG seperti diperlihatkan pada gambar, 2.7.

Gambar 2.9 Skema Las TIG (www.weldersuniverse.com/) Penggunaan logam pengisi tidak ada batasnya, biasanya logam pengisi diambil logam yang mempunyai komposisi yang sama dengan logam induk. Penggunaan mesin las TIG untuk beberapa jenis logam dapat dilihat pada tabel 2.1. 11


Tabel 2.1 Penggunaan Mesin Las TIG Untuk Beberapa Logam Logam

Listrik Frekuensi

AC Listrik

DC Listrik Dc Polaris

Polaritas Lurus

balik

Tinggi Baja

Terbatas

Sesuai

-

Baja tahan karat

Terbatas

Sesuai

-

Besi cor

Terbatas

Sesuai

-

Aluminium dan

Sesuai

-

dapat utk pelat

Paduannya Magnesium dan

tipis Sesuai

-

Paduannya Tembaga dan

dapat untuk pelat tipis

Terbatas

Sesuai

-

Sesuai

Terbatas

-

Paduannya Aluminium brons

Sumber: Teknologi pengelasan logam Sebutan TIG berasal dari Amerika Serikat dan merupakan singkatan dari Tungsten Inert Gas. Tungsten - juga disebut wolfram - adalah logam dengan titik fusi lebih dari 3300 ºC, yang berarti lebih dari dua kali lipat titik fusi dari logam yang biasanya dilas. Inert Gas adalah hal yang sama seperti gas tidak aktif, yang berarti jenis gas yang tidak akan menggabungkan dengan unsur-unsur lainnya. Di Jerman metode ini disebut pengelasan WIG, W berarti wolfram. pengelasan TIG adalah sebutan standar internasional untuk metode pengelasan ini. Menurut DS / EN 24063 proses pengelasan ini memiliki nomor 141. Prinsip pengelasan TIG adalah proses las busur listrik dimana energi fusi yang dihasilkan oleh busur listrik terbakar antara benda kerja dan elektroda tungsten. Selama proses pengelasan elektroda, busur dan kolam las dilindungi terhadap efek merusak dari udara atmosfer oleh shielding gas inert. Dengan cara nozzle gas shielding gas adalah mengarah pada zona pengelasan di mana ia menggantikan udara atmosfer. TIG pengelasan berbeda dari proses pengelasan busur lainnya oleh fakta bahwa elektroda tidak dikonsumsi seperti elektroda dalam proses lain seperti MIG / MAG dan MMA.

12


Jika perlu menggunakan bahan pengisi, itu akan ditambahkan secara manual atau otomatis sebagai kawat telanjang.

Gambar 2.10 Prinsip Pengelasan TIG

Gambar 2.11 Bahan Pengisi Pengelasan TIG

Gambar 2.12 Bahan Pengisi Otomatis Pengelasan TIG

13


Gambar 2.13 Migrasi Elektron dan Ion di Pengelasan TIG Bahan Pengisi Otomatis Seperti disebutkan sebelumnya energi fusi di TIG pengelasan diproduksi di busur terbakar antara elektroda tungsten dan benda kerja. Kawat pengisi dapat dilakukan secara manual atau mekanis. Di DC TIG pengelasan elektroda tungsten biasanya terhubung ke polaritas negatif dan benda kerja untuk polaritas positif. Menurut teori elektron elektron bermuatan negatif dan ion bermuatan positif akan bermigrasi ketika busur dinyalakan. Elektron akan bermigrasi dari kutub negatif ke kutub positif sedangkan ion akan melakukan perjalanan ke arah yang berlawanan. Dalam busur ada karena itu akan tabrakan antara elektron dan ion dan tabrakan ini menghasilkan energi panas. Aliran elektron dari titik elektroda berlangsung pada kecepatan yang sangat tinggi dan ketika hits benda kerja sejumlah besar energi panas yang dihasilkan. Ketika aliran ion hits titik elektroda ada tidak diproduksi dengan jumlah yang energy sama. Total dihasilkan energi panas didistribusikan oleh approx. 30% ke titik elektroda yang terhubung ke kutub negatif dan approx. 70% untuk benda kerja yang terhubung ke kutub positif. Arus bolak ditandai oleh fakta bahwa perubahan tegangan polaritas sejumlah kali, biasanya 100 kali per detik.

14


Gambar 2.14 Distribusi Panas Pada TIF Pengelasan Elektroda memiliki polaritas positif dalam periode semi dan di semi-periode yang sama benda kerja adalah negatif. Di semi-periode berikutnya polaritas terbalik, yang berarti bahwa energi panas mendistribusikan dengan 50% pada elektroda dan 50% pada benda kerja. TIG pengelasan sering digunakan untuk pekerjaan yang menuntut pengelasan berkualitas tinggi seperti misalnya: 1.

Industri lepas pantai

2.

Gabungan panas dan pembangkit listrik

3.

Industri petrokimia

4.

Industri makanan

5.

Industri kimia

6.

Industri nuklir Daerah yang paling penting dari aplikasi yaitu :

1.

Pengelasan bahan tipis pada baja stainless

2.

Aluminium

3.

Nikel

4.

paduan nikel Meningkatnya tuntutan terhadap kualitas las telah membuat TIG pengelasan sangat

populer untuk pengelasan dimensi tabung kecil serta akar berjalan di kedua-non paduan bahan dan paduan di piring yang lebih berat.

15


Tabel 2.2 Jenis Arus Pengelasan TIG Dan Elektroda Material

Type of current

Elektrode polarity

Unalloyed steels

=

-

Low-alloyed steels

=

-

Chromium/nickel steels

=

-

Chromium steels

=

-

Copper alloys

=

-

Nickel alloys

=

-

Titanium

=

-

Lead

=

-

Alumunium alloys

~

Magnesium alloys

~

Keterangan: 1. = DC 2.

~ AC

3.

– negative

4.

+ positive Saat ini dengan polaritas negatif pada elektroda pengelasan TIG digunakan untuk

sebagian besar bahan. Pengelasan aluminium dan magnesium biasanya tidak mungkin dengan arus searah. Alasan untuk ini adalah bahwa lapisan yang kuat dari oksida, yang sulit untuk menerobos karena titik fusi yang tinggi, meliputi bahan-bahan ini. Oleh karena itu aluminium, magnesium dan paduan mereka biasanya dilas dengan arus bolak-balik yang mampu memecah lapisan oksida. Dalam rangka untuk menangani proses pengelasan TIG dan membuatnya bekerja dengan kemampuan penuh dibutuhkan Banyak mesin las TIG yang dibangun sedemikian rupa bahwa sumber daya dan unit TIG adalah satu unit. Peralatan yang terdiri dari bagian yang berbeda dengan mereka fungsi yang terpisah sendiri. Peralatan utama TIG pengelasan terdiri dari: 1.

Sebuah torch TIG yaitu alat tukang las Yang digunakan untuk mengontrol busur.

2.

Sebuah sumber daya yang mampu memberikan pengelasan saat dilakukan.

16


3.

Sebuah unit TIG dengan sistem kontrol dimasukkan yang memungkinkan untuk menyesuaikan arus pengelasan, inisiasi busur dll.

4.

Sebuah tabung gas shielding dengan tekanan mengurangi katup dan flowmeter. Banyak mesin las TIG yang dibangun sedemikian rupa bahwa sumber daya dan unit

TIG adalah satu unit.

Gambar 2.15 Daya dan Unit TIG Tujuan utama dari TIG torch adalah untuk membawa arus pengelasan dan shielding gas untuk las. TIG torch dibangun atas dasar pegangan pengelasan dan kepala obor yang dilapisi dengan bahan terisolasi elektrik. Torch biasanya dilengkapi dengan saklar untuk mengubah gas pengelasan dan perisai dan mematikan.

Gambar 2.16 Torch Las TIG 17


1. Kepala Torch 2. Pegangan 3. Kontrol saklar 4. Penutup elektroda 5. Penyegel 6. Elektroda collet 7. Pelindung panas 8. Tubuh Collet 9. Nozzle gas Elektroda collet dibagi agar dapat kompres agar sesuai ketat di sekitar elektroda ketika tutup elektroda diperketat. Untuk menghindari arus beban terlalu berat pada elektroda torch dibangun dengan cara yang transfer saat ini untuk elektroda berlangsung sangat dekat dengan titik elektroda Topi torch panjang, ditampilkan pada gambar, bisa ditukar dengan versi yang lebih pendek agar torch untuk digunakan di daerah terlarang. Namun, cap biasanya begitu lama sehingga dapat menutupi elektroda panjang normal. TIG torch tersedia dalam berbagai ukuran dan desain sesuai dengan maksimum yang diperlukan beban saat ini dan keadaan di mana torch akan digunakan. Ukuran torch juga akan tergantung pada kapasitas pendinginan selama pengelasan.

Gambar 2.17 Torch TIG

18


Beberapa torch yang dibangun sedemikian rupa bahwa itu adalah gas shielding mengalir yang mendinginkan torch. Namun, Torch juga memberikan off panas ke udara sekitar. Torch lainnya dibangun dengan tabung pendingin. torch air-cooled terutama digunakan untuk pengelasan dengan intensitas arus yang lebih besar dan AC-las. Biasanya air-cooled TIG torch lebih kecil dari sebuah torch berpendingin udara yang dirancang untuk intensitas maksimum saat yang sama. Beberapa torch TIG baru juga memiliki pemicu pada pegangan torch untuk mengendalikan arus las selama pengelasan. Fungsi dari nozzle gas untuk memimpin shielding gas turun sekitar zona las dan dengan demikian menggantikan udara atmosfer. Nosel gas mengacaukan ke torch TIG sehingga dapat ditukar jika diperlukan. Hal ini biasanya terbuat dari bahan keramik mampu tahan panas besar. Ukuran nozzle gas sering ditunjukkan oleh nomor yang mengacu pada diameter interior dari lubang itu 1/16 ". Sebuah nozzle gas tidak ada. 4 memiliki diameter interior dari 4/16 "sesuai dengan 6,4 mm.

Gambar 2.18 Gas Lens Tipe lain dari nozzle gas adalah lensa gas yang dibangun dengan cara yang shielding gas melewati meskipun grid kawat untuk membuat aliran gas lebih stabil pada jarak yang lebih jauh.

19


Gambar 2.19 Aliran Gas Shielding Keuntungan dari aliran gas yang panjang adalah kenyataan bahwa elektroda dapat memiliki tongkat-out lebih lama sehingga memungkinkan tukang las untuk memiliki pandangan yang lebih baik dari kolam las. Dengan cara diffuser gas itu juga mungkin untuk mengurangi konsumsi gas pelindung. Sumber daya untuk TIG welding umumnya memiliki tegangan rangkaian terbuka dari sekitar 70 sampai 80 V. Untuk pengelasan dengan arus sumber listrik langsung digunakan bahwa memperbaiki arus bolak-balik dari jaringan suplai dari 400 V ke output cocok untuk proses TIG dan pada saat yang sama perubahan intensitas saat ini ke tingkat yang ditetapkan oleh tukang las pada mesin las . Mesin las modern mampu las dari pengelasan baik dalam mode DC atau beberapa unit memberikan kedua mode AC dan DC. Sistem kontrol peralatan TIG dapat berupa sangat sederhana atau sangat maju dengan banyak fungsi yang berbeda. Dalam versi yang paling sederhana hanya pengelasan saat ini dikendalikan dan shielding gas dihidupkan / off oleh katup kecil di Torch TIG. Box TIG lebih maju mampu mengendalikan shielding gas sehingga menyebabkan tempat pengelasan sebelum busur dinyalakan, dan menunda gangguan shielding gas setelah saat pengelasan terputus. Ini berarti bahwa elektroda tungsten dan kolam las juga dilindungi dari udara atmosfer selama periode pendinginan. Selanjutnya, box TIG biasanya memiliki fasilitas pengapian untuk menghindari menggaruk elektroda terhadap benda kerja dan dengan demikian merusak titik elektroda. Fasilitas pengapian ini dapat menjadi unit frekuensi tinggi (HF) yang 20


meningkatkan frekuensi untuk 2-4000000 periode per detik dan tegangan untuk beberapa ribu volt. Frekuensi tinggi dan tegangan memungkinkan untuk menghasilkan percikan antara titik elektroda dan permukaan benda kerja yang mentransfer busur.

Gambar 2.20 Pengapian Frekuensi Tinggi Tipe lain dari kontrol kunci box dapat menjadi unit dimasukkan yang mampu membatasi arus hubung singkat pada saat pengapian, sehingga ketika pengelasan dimulai titik elektroda tungsten dapat ditempatkan langsung pada benda kerja tanpa menempel. kontrol kemudian meningkatkan intensitas arus pengelasan ketika elektroda diangkat dari benda kerja sehingga memicu busur. Jenis kontrol memiliki beberapa nama seperti misalnya LIFTARC atau LIFTIG.

Gambar 2.21 Pengapian Dengan Metode LIFT Kemungkinan lain untuk mengontrol pengapian adalah: Kontrol kemiringan yang memungkinkan untuk pra- program peningkatan arus pengelasan saat pengelasan dimulai dan penurunan arus pengelasan saat pengelasan berhenti.

21


kontrol kemiringan sangat penting pada akhir pengelasan untuk membantu menghilangkan porositas dan menyusut lubang.

Ketika pengelasan dilakukan dengan fulsing modus pengelasan las pada prinsipnya deretan pengelasan tempat tumpang tindih untuk sebagian besar atau lebih kecil tergantung pada kecepatan pengelasan.

Gambar 2.22 Contoh Las Dengan Busur Pulsing Banyak mesin ganda saat ini dilengkapi dengan fungsi kontrol yang memungkinkan untuk memodifikasi kurva dari arus bolak-balik dalam rangka untuk membuat lebih persegi, dan juga mengubah keseimbangan antara positif dan semi-periode negatif.

Gambar 2.23 Contoh Kurva AC Dimodifikasi Kemungkinan kontrol ini sangat menguntungkan ketika las TIG aluminium, magnesium dan paduan. Shielding gas memiliki beberapa fungsi. Salah satunya adalah untuk menggantikan udara atmosfir sehingga tidak akan menggabungkan dengan Daerah las dan elektroda pijar tungsten. Selain itu, gas shielding juga memainkan peran penting sehubungan dengan pengalihan arus dan panas di busur. Untuk TIG pengelasan dua dari gas inert yang digunakan adalah argon (Ar) dan helium (He) yang argon adalah lebih sering digunakan. Kedua gas perisai aktif dapat dicampur dengan satu sama lain atau masing-masing dari mereka dicampur dengan jenis gas yang memiliki efek mengurangi. Untuk mengatakan bahwa gas adalah mengurangi sarana yang dapat menggabungkan dengan oksigen. Sehubungan dengan TIG pengelasan dua gas mengurangi, hidrogen (H2) dan nitrogen (N2) yang digunakan.

22


Untuk perlindungan dari bagian belakang lasan dapat menguntungkan untuk menggunakan campuran gas mengurangi, N2 / H2, yang disebut gas dukungan. Gas shielding disediakan dalam silinder baja dicat warna standar untuk membuat mudah dikenali. Untuk tujuan ini warna silinder yang sebenarnya dan warna daerah bahu yang digunakan.

Gambar 2.24 Pilihan Warna Silinder Tekanan dalam silinder baja adalah antara 200 dan 300 bar. Untuk menggunakan shielding gas tekanan tinggi harus dikurangi untuk tekanan kerja yang sesuai. Sebuah katup penurun tekanan digunakan untuk mengurangi tekanan. Katup penurun tekanan biasanya dilengkapi dengan alat pengukur di mana tekanan silinder yang sebenarnya bisa dibaca. Dalam rangka menyesuaikan gas flow yang diperlukan untuk TIG pengelasan gambar di bawah ini menunjukkan tekanan-mengurangi katup dengan flowmeter dimasukkan.

Gambar 2.25 Flowmeter 23


Dalam flowmeter ada bola kecil yang ditinggikan oleh gas yang mengalir sehingga memungkinkan untuk membaca aliran gas dalam liter per menit. Harap dicatat bahwa pengukuran meter flowmeter harus ditempatkan secara vertikal dan yang flowmeter yang dirancang untuk jenis digunakan gas perisai yang lain ada risiko untuk kesalahan bacaan. Tidak semua katup penurun tekanan dilengkapi denganh flowmeter. Beberapa jenis memiliki alat pengukur kerja dengan skala liter, atau menggunakan flowmeter terpisah.

Gambar 2.26 flowmeter Dengan Skala Liter Sebuah flowmeter, yang mengukur langsung pada nozzle gas, dapat digunakan untuk mengontrol bahwa jumlah yang diminta dari shielding gas ada pada pembukaan nosel gas.

Gambar 2.27 Pengukuran Langsung Pada Nozzle Gas 24


Jumlah shielding gas tergantung pada diameter bagian dalam nozzle gas. Diindikasikan nilai untuk jumlah shielding gas. 2.2.1 Elektroda Pengelasan TIG Untuk TIG pengelasan elektroda diterapkan terutama terbuat dari tungsten. tungsten murni merupakan bahan tahan panas sangat dengan titik fusi sekitar 3,380 ˚C. Dengan paduan tungsten dengan beberapa persen dari oksida logam konduktivitas elektroda dapat ditingkatkan yang memiliki keuntungan yang demikian dapat menahan beban yang lebih tinggi saat. Oleh karena elektroda tungsten paduan memiliki masa hidup lebih lama dan sifat pengapian lebih baik dari elektroda tungsten murni. Oksida logam yang paling sering digunakan digunakan untuk paduan tungsten adalah: 1.

Thorium oxide ThO2

2.

Zirconium oxide ZrO2

3.

Lanthanum oxide LaO2

4.

Cerium oxide CeO2

Tabel 2.3 Spesifikasi Elektroda Trade Name:

Classification:

AWS Color Id

Pure Tungsten

EWP

Green

2% Ceriated Tungsten

EWCe-2

Orange

1.5% Lanthanated Tungsten

EWLa-1.5

Gold

2% Lanthanated Tungsten

EWLa-2

Blue

EWTh-1

Yellow

2% Thoriated Tungsten

EWTh-2

Red

Zirconated Tungsten

EWZr-1

Brown

1% Thoriated Tungsten

Speciication:

AWS A5.12

Sebagai elektroda tungsten murni dan yang paduan berbeda terlihat sama, adalah mustahil untuk membedakan antara mereka. Oleh karena itu warna indikasi standar pada elektroda telah disepakati. Elektroda ditandai dengan warna tertentu pada 10 mm terakhir.

25


Gambar 2.28 Elektoda TIG Jenis yang paling umum digunakan dari elektroda tungsten adalah: 1.

Tungsten murni ditandai dengan warna hijau. elektroda ini terutama digunakan untuk pengelasan AC dalam aluminium dan paduan aluminium.

2.

Tungsten dengan 2% thorium ditandai dengan warna merah. elektroda ini banyak digunakan untuk pengelasan baja non-paduan dan rendah-paduan serta baja tahan karat.

3.

Tungsten dengan 1% lanthanum ditandai dengan warna hitam. elektroda ini sama-sama cocok untuk pengelasan semua logam weldable TIG. Elektroda tungsten tersedia dalam diameter yang berbeda 0,5-8 mm. Dimensi yang

paling sering digunakan untuk TIG pengelasan elektroda 1,6 - 2,4-3,2 dan 4 mm. Diameter elektroda dipilih atas dasar intensitas saat ini, jenis elektroda yang disukai dan apakah itu bolak atau arus searah. Kondisi yang penting untuk memperoleh hasil yang baik dari las TIG adalah bahwa titik elektroda tungsten harus Ground dengan benar. Ketika pengelasan dilakukan dengan polaritas saat ini dan negatif langsung, titik elektroda harus mengerucut untuk mendapatkan busur terkonsentrasi yang akan memberikan profil penetrasi sempit dan mendalam. Thumb mengikuti aturan menunjukkan hubungan antara diameter elektroda tungsten dan panjang titik Ground nya. Sebuah sudut runcing kecil memberikan kolam las sempit dan lebih besar sudut runcing yang lebih luas las weld pool.

Gambar 2.29 Contoh Pembentukan Elektroda Tungsten Untuk Pengelasan DC

26


Sudut runcing juga memiliki pengaruh kedalaman penetrasi las.

Gambar 2.30 Hubungan Antara Sudut Runcing dan Daerah Las Menumpulkan titik elektroda untuk membuat daerah datar dengan diameter sekitar 0,5 mm dapat meningkatkan masa elektroda tungsten.

Gambar 2.31 Titik Elektroda Datar Untuk AC pengelasan TIG elektroda tungsten dibulatkan sebagai selama proses pengelasan itu begitu berat dimuat bahwa itu meleleh menjadi bentuk globular setengah.

Gambar 2.32 Tungsten Elektroda Untuk Pengelasan AC 27


Ketika grinding elektroda titik harus menunjuk ke arah rotasi dari disk grinding sehingga jejak grinding akan tidak memanjang elektroda.

Gambar 2.33 Grinding Tungsten Elektroda Dalam rangka untuk mendapatkan grinding tambahan denda elektroda, penggunaan mesin gerinda terutama untuk grinding elektroda dapat menguntungkan. Mesin tersebut memiliki berputar berlian dilapisi disc yang membuat jejak grinding sangat halus. Biasanya mesin ini dilengkapi dengan perangkat untuk fiksasi elektroda dengan sudut penggilingan disesuaikan menambah grinding seragam.

Gambar 2.34 Mesin Gerinda Tungsten 28


2.3. Desain Sambungan Las Salah satu yang harus dipersiapkan sebelum melakukan pengelasan adalah pembuatan kampuh las. Kampuh las berguna sebagai tempat pengisian logam pengisi (elektroda) yang ikut mencair. Bentuk kampuh sangat mempengaruhi efisiensi sambungan dan jaminan sambungan Sambungan kampuh V dipergunakan untuk menyambung logam atau plat dengan ketebalan 6-15 mm. Sambungan ini terdiri dari sambungan kampuh V terbuka dan sambungan kampuh V tertutup. Sambungan kampuh V terbuka dipergunakan untuk menyambung plat dengan ketebalan 6-15 mm dengan sudut kampuh antara 60º - 80º, jarak akar 2 mm, tinggi akar 1-2 mm ( Sonawan, 2004).

Gambar 2.35 Kampuh V Las Terbuka (Sonawan, 2004)

Gambar 2.36 Kampuh V Las Tertutup (Sonawan, 2004) Harsono.W, Pada dasarnya pemilihan bentuk kampuh menuju kepada penurunan pemasukan panas dan penurunan logam las pada tingkat harga terendah dan tidak menurunkan mutu dari sambungan. 29


Lincoln Electric, ada tiga aturan dalam pemilihan sambungan dan kampuh: 1.

Pemilihan sambungan yang memerlukan sedikit logam pengisi.

2.

Penggunaan akar kampuh yang minimum dengan sudut yang kecil agar dapat mengurangi jumlah logam pengisi.

3. Pada pelat yang tebal menggunakan kampuh ganda untuk mengurangi logam pengisi. Pada penelitian ini alur kampuh yang sesuai dengan tebal material pelat yang digunakan (4 mm) jadi alur kampuh yang sesuai yaitu alur V tunggal, bentuk dan ukuran kampuh telah di standarkan oleh American Welding Society (AWS). Dengan variasi sudut kampuh 35° dan 60°, menggunakan kuat arus 80A, 90A dan 100 A. Desain sambungan las dan bentuk sambungan (welding joint), serta bentuk dan ukuran alur las dalam konstruksi untuk merancang sambungan las adalah: 1.

Persyaratan umum atau spesifikasi mutu (kekuatan) yang diinginkan.

2.

Bentuk dan ukuran konstruksi las

3.

Tegangan timbul akibat pengelasan (residual stress), maupun tegangan yang diperhitungkan akan timbul akibat pemakaian (pembebanan)

4.

Jenis proses las yang boleh dipakai Beberapa Standar telah mengatur jenis – jenis sambungan, ada Sembilan jenis alur sambungan (kampuh) las yang utama. Sebelum memulai proses pengelasan terlebih dahulu ditentukan jenis sambungan las

yang akan dipilih. Hal-hal yang harus diperhatikan bahwa sambungan yang dibuat akan mampu menerima beban (beban statis, beban dinamis, atau keduanya). Dengan adanya beberapa kemungkinan pemberian beban sambungan las, maka terdapat beberapa jenis sambungan las, yaitu sebagai berikut: 1.

Kampuh V Tunggal Sambungan V tunggal juga dapat dibuat tertutup dan terbuka. Sambungan ini juga lebih

kuat dari pada sambungan persegi, dan dapat dipakai untuk menerima gaya tekan yang besar, serta lebih tahan terhadap kondisi beban statis dan dinamis. Pada pelat dengan tebal 5 mm–20 mm penetrasi dapat dicapai 100%. 2.

Kampuh Persegi

30


Sambungan ini dapat dibuat menjadi 2 kemungkinan, yaitu sambungan tertutup dan sambungan terbuka. Sambungan ini kuat untuk beban statis tapi tidak kuat untuk beban tekuk. 3.

Kampuh V Ganda Sambungan ini lebih kuat dari pada V tunggal, sangat baik untuk kondisi beban statis

dan dinamis serta dapat menjaga perubahan bentuk kelengkungan sekecil mungkin. dipakai pada ketebalan 18 mm-30 mm. 4.

Kampuh Tirus Tunggal Sambungan ini digunakan untuk beban tekan yang besar. Sambungan ini lebih baik dari

sambungan persegi, tetapi tidak lebih baik dari pada sambungan V. Letaknya disarankan terbuka dan dipakai pada ketebalan pelat 6 mm-20 mm. 5.

Kampuh U Tunggal Kampuh U Tunggal dapat dibuat tertutup dan terbuka. Sambungan ini lebih kuat

menerima beban statis dan diperlukan untuk sambungan berkualitas tinggi. Dipakai pada ketebalan 12 mm-25 mm. 6.

Kampuh U Ganda Sambungan U Ganda dapat juga dibuat secara tertutup dan terbuka, sambungan ini

lebih kuat menerima beban statis maupun dinamis dengan ketebalan pelat 12 mm-25 mm dapat dicapai penetrasi 100%. 7.

Kampuh J Ganda Sambungan J ganda digunakan untuk keperluan yang sama dengan sambungan V

ganda, tetapi tidak lebih baik untuk menerima beban tekan. Sambungan ini dapat dibuat secara tertutup ataupun terbuka. Jenis-jenis sambungan las diperlihatkan pada gambar 2.8.

31


Gambar 2.37 Jenis Alur Sambungan Las (Sumber: Harsono Wiryosumarto, 2000)

2.4. Metalurgi Las Pengelasan adalah proses penyambungan dengan menggunakan energy panas, karena proses ini maka logam disekitar lasan mengalami siklus termal cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan – tegangan termal. Hal ini sangat erat hubunganya dengan ketangguhan, cacat las, retak dan lain sebagainya yang umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi las, Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro

32


akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone. Harsono W , menjelaskan daerah lasan terdiri dari tiga bagian: 1.

Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair kemudian membeku.

2.

Fusion Line, garis penggabungan atau garis batas cair antara logam las dan logam Induk

3.

Daerah pengaruh panas disebut HAZ (Heat Affected Zone), adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las selama pengelasan mengalami pemanasan dan pendinginan yang cepat Pembagian daerah lasan dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.38 Pembagian Daerah Las 2.5. Pengaruh Panas Pengelasan Panas pengelasan pada paduan aluminium akan menyebabkan terjadinya pencairan sebagian, rekristalisasi, peralutan padat atau pengendapan, tergantung pada tingginya suhu pada daerah las. Karena perubahan struktur ini biasanya terjadi penurunan kekuatan dan ketahanan korosi dan kadang-kadang daerah las menjadi getas, Struktur mikro daerah HAZ dari paduan yang dapat diperlaku-panaskan ditunjukkan pada gambar 2.41.

33


Gambar 2.39 Struktur Mikro Daerah Las dari Paduan Aluminium (Wiryosumarto, 2004) Pada paduan yang dapat dikeras-endapkan, akan terjadi butir-butir endapan yang kasar sehingga pada daerah ini terjadi penurunan kekuatan dan ketahanan korosi yang paling besar. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa makin besar masukan panas makin besar pula penurunan sifat-sifat yang baik.

2.6. Aluminium 2.6.1. Sejarah Aluminium Orang pertama yang telah berhasil memisahkan aluminium adalah H.Davy yaitu pada tahun 1808. Pada tahun 1825 Oersted dapat menghasilkan aluminium yang lebih murni dengan jalan memanaskan natrium amalgama dan natrium aluminium klorida. Pada tahun 1854, Henari Saint Clavil Deauville memproduksi aluminium dari natrium aluminium klorida dengan pemanasan menggunakan logam natrium sebagai katalisator. Proses ini telah berlangsung kurang lebih 35 tahun. Pada tahun 1886 Charles Hall dari USA menghasilkan aluminium dari proses elektrolisa alumina yang dipisahkan dari campuran kriolit (Na3AlF6). Pada tahun yang sama Poult Heroult dari prancis mendapatkan hak paten dari negaranya untuk proses yang sama dengan Hall. Pada tahun 1983 kapasitas produksi aluminium dengan metode Hall-Heroult ini meningkat dan berkembang pesat.(Grjotheim , 1988). Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi (sesudah oksigen dan silicon), mencapai 8,2 % dari massa total. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida terhidrasi yang mengandung 50 sampai 60 34


% Al2O3, 1 sampai 20 % Fe2O3, 1 sampai 10 % silikat sedikit sekali titanium, zirconium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain, dan sisanya 20 sampai 30 % adalah air. Bauksit dimurnikan melalui proses Bayer, yang mengambil manfaat dari fakta bahwa oksida alumina amfoter larut dalam basa kuat tetapi besi (III) oksida tidak. Bauksit mentah dilarutkan dalam natrium hidroksida Al2O3 (s) + 2 OH (aq) + 3 H2O (l) 2 Al(OH)4 (aq) dan dipisahkan dari besi oksida terhidrasi serta zat asing tak larut lainnya dengan penyaringan (Oxtoby, 2003). 2.6.2

Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium Titik cair aluminium 6600C dan titik didihnya 18000C. Untuk bahan penghantar

kemurniannya mencapai 99,5 % dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak ( tembaga lebih kuat dibanding aluminium), Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran. Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat (misalnya hantaran transmisi diatas tanah) sebab daya hantar panas/daya hantar listrknya kira-kira 60 % daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga (yang panjang dan penampangnya sama) dibutuhkan penampang 60 % lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga. Aluminium adalah logam yang sangat ringan (berat jenis aluminium 2,56 atau 1/3 berat jenis tembaga) dan tahanan jenis 2 X 10-8 atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg / mm2. Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek, Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel aluminium (beberapa kawat yang dipilih) dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan. Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak (yang dipakai antara lain pada kondensor). Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio. Barang35


barang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut. Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi (Sumanto, 1994) Aluminium adalah logam yang ringan dengan berat jenis 2.7 gram/cm3 setelah Magnesium (1.7 gram/cm3) dan Berilium(1.85 gram/cm3) atau sekitar 1/3 dari berat jenis besi maupun tembaga. Konduktifitas listriknya 60 % lebih dari tembaga sehingga juga digunakan untuk peralatan listrik. Selain itu juga memiliki sifat penghantar panas, memiliki sifat pantul sinar yang baik sehingga digunakan pula pada komponen mesin, alat penukar panas, cermin pantul, komponen industri kimia dll. Aluminium merupakan logam yang reaktif sehingga mudah teroksidasi dengan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida, alumina (Al2O3) dan membuatnya tahan korosi yang baik. Namun bila kadar Fe, Cu dan Ni ditambahkan akan menurunkan sifat tahan korosi karena kadar aluminanya menurun. Penambahkan Mg, Mn tidak mempengaruhi sifat tahan korosinya. Aluminium bersifat ulet, mudah dimesin dan dibentuk dengan kekuatan tarik untuk aluminium murni sekitar 4~5 kgf/mm2. Bila diproses penguatan regangan seperti dirol dingin kekuatan bisa mencapai ± 15 kgf/mm2. Tabel 2.4 Sifat-sifat Aluminium Murni Tinggi Sifat-sifat

Alumunium murni tinggi

Struktur Kristal

FCC

Desitas pada 20ºC

2.698(sat.10³kg/m³)

Titik cair

660.1(ºC)

Koefisien mulur panas kawat 20º~ 100ºC

23.9(10ˉ6/K)

Konduktifitas panas 20 º ~ 400ºC

23.8(W/(m·k)

Tahanan listrik 20ºC

2.69(10ˉ8KΩ·m)

Modulus elastisitas

70.5(GPa)

Modulus kekakuan

26.0(GPa)

Tabel 2.5 Macam-macam Aluminium dan Paduannya serta Kode Penamaan Klasifikasi Aluminium

36


Al paduan untuk dimesin

Al murni (seri 1000) Paduan jenis tidak dapat Paduan Al-Mn (seri 3000) di perlakukan panas (non- Paduan Al-Si (seri 4000) heat-treatable)

Paduan

jenis

perlakuanpanas

Paduan Al-Mg (seri 5000)

dapat Paduan Al-Cu (seri 2000) (heat- Paduan Al-Mg-Si (seri 6000)

treatable) Al paduan untuk coran

Paduan Al-Zn (seri 7000) Paduan Al-Si (Silumin)

Non-heat-treatable alloy

Heat-treatable alloy

Paduan Al-Mg (hydronarium)

Paduan Al-Cu (Lautal) Paduan Al-Si-Mg (Silumin, Lo-ex)

Beberapa macam paduan aluminium tempa/pengerjaan: 1. Paduan Al-Cu a. Paduan aluminium seri 2000, biasanya terkenal dengan sebutan duraluminium atau super duraluminium. b. Kandungan Si yang lebih banyak pada A2014 dibandingkan A2017 membuat A2014 dapat ditingkatkan kekuatannya dengan melakukan perlakuan panas pendinginan cepat (quenching) lalu dipanaskan lagi ditemperatur di bawah suhu rekristalisasi dan didinginkan dalam udara (tempering). c. Kandungan Cu dan Mg yang rendah pada A2117 membuat lebih tidak keras sehingga digunakan untuk bahan rivet. d. Kandungan Ni yang ditambahkan pada A2018 meningkatkan kekuatan tahan panasnya sehingga digunakan untuk komponen tahan panas dengan daerah panas penggunaan antara 200~250°C. 2. Paduan Al-Mn a. Merupakan paduan aluminum seri 3000.

37


b. Penambahan Mn sekitar 1.2% pada A3003 meningkatkan kekuatan 10% dari pada aluminium murni dengan sifat tahan korosi dan sifat mampu mesin yang sama dengan aluminium murni. c. Digunakan untuk peralatan dapur, panel. 3. Paduan Al-Mg a. Merupakan paduan aluminium seri 5000 b. A5005 yang memiliki Mg yang rendah digunakan untuk aksesoris. c. Sedangkan paduan yang memiliki Mg antara 2 ~ 5% digunakan untuk material konstruksi seperti A5052, A5056, A5083. d. Untuk meningkatkan kekuatan terhadap korosi tegangan (stress-corrosion), Mn dan Cr ditambahkan. 4. Paduan Al-Mg-Si a. Merupakan paduan aluminium seri 6000. b. Memiliki sifat tahan korosi dan kekuatan yang tinggi. c. Contoh: A6061 digunakan untuk material konstruksi dan A6063 untuk bingkai arsitektur 5. Paduan Al-Zn-Mg a. Merupakan paduan aluminium seri 7000. b. Contoh: A7075 memiliki kekuatan yang tinggi sehingga banyak digunakan untuk material konstruksi pesawat terbang. Beberapa macam paduan aluminium coran: Dibandingkan dengan aluminium paduan memiliki unsur paduan yang lebih banyak dan memiliki butiran yang lebih kecil yang disebabkan oleh adanya penambahan Ti. 1. Paduan Al-Cu Tuang/Cor. a. Mengandung Cu 4~5% dengan sifat dimesin yang baik namun memiliki sifat cor yang kurang baik. b. Untuk komponen mobil, komponen hidrolis untuk pesawat terbang 2. Paduan Al-Si Tuang a. Mengandung Si 10~13% dan biasa disebut Silumin. b. Digunakan untuk penutup kotak 38


c. Penambahan Si 17 ~25% meningkatkan kekuatan suhu tinggi dengan koefisien mulur panas yang kecil, sehingga digunakan untuk silinder, piston dll. 3. Paduan Al-Cu-Ni-Mg Tuang a. Mengandung Ni 2%, Mg 1.5%. b. Memiliki kekuatan suhu tinggi yang baik, serta koefisien mulur panas yang kecil sehingga digunakan untuk silinder head, mesin disel, piston dan sejenisnya. Pengkodean aluminium umumnya berdasarkan standar AA (Aluminium Association of America) dengan menggunakan penamaan 4 angka.

Gambar 2.40 Pengkodean Alumunium 1.

Huruf pertama A adalah singkatan dari Aluminium

2.

Angka ke-2 : menunjukkan jenis paduannya seperti ditunjukkan di tabel berikut:

Tabel 2.6 Jenis Paduan Alumunium 1 : Alumunium murni dengan kadar 5 : Paduan Al-Mg 99% tau lebih

3.

6 : Paduan Al-Mg-Si

2 : Paduan Al-Cu-Mg

7 : Paduan Al-Zn-Mg

3 : Paduan Al-Mn

8 : Paduan selain yang disebutkan

4 : Paduan Al-Si

9 : Untuk cadangan penaman

Angka ke-3 : menggunakan angka 0 ~ 9. 0 menunjukkan paduan dasar, sedangkan 1 ~ 9 menunjukkan perbaikan dari paduan.

4.

Angka ke-4 dan 5 menunjukkan kadar kemurnian aluminium untuk aluminum murni. Contoh : A1100 memiliki unsur paduan total 1% dengan aluminium 99 % A1050 memiliki unsure paduan 0.5% dengan aluminium 99.5%

5.

Angka ke-6 menunjukkan bentuk dari material P : Plate (pelat), W: Wire (kawat), T: Tube (tabung), B: Bar (batang)

6.

Angka ke-7 menunjukkan macam perlakuan panas yang telah dilakukan seperti ditunjukkan di tabel berikut ini: 39


Tabel 2.7 Macam-macam Arti Kode Alumunium

Tabel 2.8 Kandungan Unsur Kimia Alumunium

Keterangan: Tr.= Treatment sB= kekuatan tarik (MPa)

40


sy 0.2= tegangan luluh metode offset 0.2% (MPa) El(%)= perpanjangan=elongation (%)

2.7. Heat Affected Zone (HAZ) Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone (HAZ). Daerah hasil pengelasan yang akan kita temui bila kita melakukan pengelasan, yaitu :

Gambar 2.41 Daerah Pengaruh Panas Keterangan : 1.

Logam Las (Weld Metal) Adalah daerah dimana terjadi pencairan logam dan dengan cepat kemudian membeku.

2.

Fusion Line Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z.

3.

H A Z ( Heat Affected Zone ) Merupakan daerah yang dipengaruhi panas dan juga logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan 41


dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup tinggi . 4.

Logam Induk (Parent Metal) Merupakan logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat. Daerah HAZ merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena selain berubah

strukturnya juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri. Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada daerah lasan. Proses las terjadi proses pemanasan dan juga pendinginan maka dapat dikatakan proses las juga proses heat treatment hanya saja terjadinya lokal, tidak seperti proses heat treatment pada umumnya. Untuk melihat fenomena proses tersebut dapat dilihat pada grafik siklus termal las.

Gambar 2.42 Grafik Siklus Thermal Las Pencairan logam saat pengelasan menyebabkan adanya perubahan fasa logam dari padat hingga mencair. Ketika logam cair mulai membeku akibat pendinginan cepat, maka akan terjadi perubahan struktur mikro dalam deposit logam las dan logam dasar yang terkena pengaruh panas (Heat affected zone/HAZ). Struktur mikro dalam logam lasan biasanya berbentuk columnar, sedangkan pada daerah HAZ terdapat perubahan yang sangat bervariasi. Sebagai contoh, pengelasan baja karbon tinggi sebelumnya berbentuk pearlite, maka seelah pengelasan struktur mikronya tidak hanya pearlite, 8 tetapi juga terdapat bainite dan martensite . Perubahan ini mengakibatkan perubahan pula sifat-sifat logam dari sebelumnya. 42


Struktur mikro pearlite memiliki sifat liat dan tidak keras, sebaliknya martensite mempunyai sifat keras yang getas. Biasanya keretakan sambungan las berasal dari struktur mikro ini.

Gambar dibawah mendeskripsikan distribusi temperatur pada logam dasar yang sangat bervariasi telah menyebabkan berbagai macam perlakuan panas terhadap daerah HAZ logam tersebut. Logam lasan mengalami pemanasan hingga termperatur 1500° C dan daerah HAZ bervariasi mulai 200° C hingga 1100° C (lihat Gambar 3). Temperatur 1500° C pada logam lasan menyebabkan pencairan dan ketika membeku membentuk struktur mikro. Temperatur 200° C hingga 1100° C menyebabkan perubahan struktur mikro pada logam dasar baik ukuran maupun bentuknya.

Gambar 2.43 Distribusi Temperatur Pada Logam Di dalam proses pengelasan pasti akan kita jumpai sesuatu yang bernama HAZ,hal inilah yang sangat berpengaruh terhadap umur logam pengelasan,Mungkin diantara sahabat ada yang mengerti apa itu HAZ pada proses pengelasan dan ada pula yang belum mengerti,disini saya akan menjelaskan sedikit tentang apa itu HAZ dan proses terjadinya HAZ (Heat Affected Zone). HAZ (Heat Affected Zone) adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat.sedangkan proses terjadinya HAZ / Filosofi HAZ sendiri terjadi di logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis dari sambungan las.

43


Secara visual daerah yang dekat dengan garis lebur las maka susunan struktur logamnya semakin kasar, Pada daerah HAZ terdapat tiga titik yang berbeda, titik 1 dan 2 menunjukkan temperatur pemanasan mencapai daerah berfasa austenit dan ini disebut dengan transformasi menyeluruh yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit kemudian bertransformasi menjadi austenit 100%. Titik 3 menunjukkan temperatur pemanasan, daerah itu mencapai daerah berfasa ferit dan austenit dan ini yang disebut transformasi sebagian yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit berubah menjadi ferit dan austenit.

Gambar 2.44 Perubahan Struktur Fasa Daerah HAZ sekitar kampuh las yang tidak meleleh terkena pemanasan sengit dan ini menyebabkan mikro-struktur baja untuk mengubah. Tingkat perubahan ini tergantung pada komposisi bahan dan kecepatan dimana HAZ dipanaskan. Kecepatan pendinginan juga penting dan itu tergantung pada ketebalan material, dimensi benda kerja, input panas yang dihasilkan oleh proses pengelasan dan metode pendinginan. 1 Weld metal 2 Incomplete 3 Overheated 4 Normalised 5 Incomplete transformation 6 Parent material

44


Gambar 2.45 Heat Affected Zone

2.8. Pengamatan Struktur Mikro Sifat-sifat fisis dan mekanik dari material tergantung dari struktur mikro material tersebut. Struktur mikro dalam logam (paduan) di tunjukkan dengan besar, bentuk dan orientasi butirannya, jumlah fasa, proporsi dan kelakuan dimana mereka tersusun atau terdistribusi. Struktur mikro dari paduan tergantung dari beberapa faktor seperti, elemen paduan, konsentrasi dan perlakuan panas yang diberikan. Pengujian

struktur mikro

atau mikrografi dilakukan dengan bantuan mikroskop dengan koefisien pembesaran dan metode kerja yang bervariasi.

45


Gambar 3.46 Mikroskop Optik

Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan pengujian struktur mikro adalah: 1.

Pemotongan (Sectioning)

2.

Pengamplasan (Grinding)

3.

Pemolesan (Polishing)

4.

Etsa (Etching)

5.

Pemotretan. Struktur mikro logam las biasanya kombinasi dari struktur mikro dibawah ini:

a.

Batas

butir

ferit,

terbentuk pertama kali

pada transformasi

austenitferit

biasanya terbentuk sepanjang batas austenit pada suhu 1000- 650ºC. b.

Ferit Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase,struktur mikro ini terbentuk pada suhu 750-650ºC di sepanjang batas butir austenit, ukurannya besar dan pertumbuhannya cepat sehingga memenuhi permukaan butirnya.

c.

Ferit acicular, berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil dan mempunyai orientasi arah yang acak. Biasanya ferit acicular ini terbentuk sekitar suhu 650ºC dan mempunyai ketangguhan paling tinggi dibandingkan struktur mikro yang lain.

d.

Bainit, merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenite dan terbentuk pada suhu 400500ºC. Bainit mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan ferit, tetapi lebih rendah dibanding martensit.

e.

Martensit akan terbentuk, jika proses pengelasan dengan pendinginan sangat cepat struktur ini mempunyai sifat sangat keras dan getas sehingga ketangguhannya rendah. Struktur mikro dari spesimen yang telah dilas, yang terbentuk di daerah pengaruh

panas, atau HAZ ditentukan oleh komposisi kimia logam induk, atau base metal dan pola

46


atau kecepatan pendinginan dari daerah las. Kombinasi kom posisi dan laju pendiningan dapat membentuk fasa-fasa yang sensitif terhada timbulnya retak. Untuk logam baja, retak dingin di daerah pengaruh panas, HAZ biasanya terjadi pada daerah yang berfasa martensite. Beberapa unsur yang ditambahkan sebagai paduan akan mempertinggi sifat mampu keras baja dan dapat juga mempertinggi sensitifitas retak dingin. Artinya beberapa unsur yang ditambahkan akan menyebabkan logam yang dilas menjadi lebih mudah retak. Untuk itu, harus diusahakan kandungan unsure paduan tersebut dibuat serendah mungkin. Struktur bahan dalam orde kecil sering disebut struktur mikro. Struktur ini tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi harus menggunakan alat pengamat struktur mikro. Penelitian ini menggunakan mikroskop cahaya. Persiapan yang dilakukan sebelum mengamati struktur mikro adalah pengefraisan spesimen, pengampelasan, pemolesan dan pengetsaan. Setelah dipilih, bahan uji diratakan kedua permukaannya dengan menggunakan mesin frais, dalam pendinginan harus selalu terjaga agar tidak timbul panas yang mempengaruhi struktur mikro. Setelah rata digosok dengan menggunakan ampelas mulai dari yang kasar sampai yang halus. Arah pengampelasan tiap tahap harus diubah, pengampelasan yang lama dan penuh kecermatan akan menghasilkan permukaan yang halus dan rata. Bahan yang halus dan rata itu diberi autosol untuk membersihkan noda yang menempel pada bahan. Langkah terakhir sebelum dilihat struktur mikro adalah dengan mencelupkan spesimen kedalam larutan etsa dengan penjepit tahan karat dan permukaan menghadap keatas. Kemudian spesimen dicuci, dikeringkan dan dilihat stuktur mikronya. Contoh foto mikrostruktur aluminium dan paduannya

Gambar 2.47 Contoh Struktur Mikro Aliumunium

47


2.9. Pengujian Hasil Pengelasan Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanis dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mengalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis adalah suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal. Lebih ringkasnya kekerasan itu dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan/material untuk menahan beban induksi atau penetrasi (penekanan). Di dunia teknik umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian : 1.

Brinnel (HB/BHN) Metoda uji kekerasan yang di ajukan oleh J.A Brinell pada tahun 1900an ini merupakan

uji kekerasan lekukan yang pertamakali banyak digunakan dan di susun pembakuannya (dieter, 1987). Uji kekerasan ini berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam menggunakan indentor. Indentor untuk brinell berbentuk bola dengan diameter 10 mm, diameter 5 mm, diameter 2,5 mm, dan diameter 1 mm, itu semua adalah diameter bola standar

internasional.

Bola brinell yang standar internasional tersebut ada 2 bahan pembuatannya. Ada yang terbuat dari baja yang di keraskan/dilapis chrom, dan ada juga yang terbuat dari tungsten carbide. Tungsten carbide lebih keras dari baja, jadi tungsten carbide biasanya dipakai untuk pengujian benda yang keras yang dikhawatirkan akan merusak bola baja. Namun untuk pengujian bahan yang tingkat kekerasannya belum diketahui, alangkah baiknya jika kita mengujinya terlebih dahulu menggunakan metoda rockwell c, dengan menggunakan indentor kerucut intan, untuk menghindari rusaknya indentor. Seperti yang kita ketahui bahwa intan adalah logam yang paling keras saat ini, jadi intan tidak akan rusak jika di indentasikan ke material yang keras. Untuk bahan/ material pengujian brinel harus disiapkan terlebih dahulu. Material harus bersih dan diusahakan halus (minimal N6 atau digerinda). Harus rata dan tegak lurus, bersih dari debu, karat, dan terak. Standar : 1.

ASTM E10 48


2.

ISO 6506 Cara/metoda pengujian Brinell persiapkan alat dan bahan pengujian : A. mesin uji kekerasan Brinell (Brinell Hardness Test B. indentor bola (bola baja atau bola carbide) C. benda uji yang sudah di gerinda D. amplas halus E. stop watch f. mikroskop pengukur F. indentor di tekankan ke benda uji/material dengan gaya tertentu. (untuk base ferro biasanya menggunakan 3000 kgf) G. tunggu hingga 10 – 30 detik (biasanya 20 detik) H. bebaskan gaya dan lepaskan indentor dari benda uji I. ukur diameter lekukan yang terjadi menggunakan mikroskop pengukur. (ukur beberapa kali di beberapa tempat dan posisi dan ambil nilai pengukuran yang paling besar)

Gambar 2.48 Brinnell Test Rumus untuk mencari beban yang sesuai : P =C×𝐷𝐷2 ………………………………………...(2.1) Dimana: P = Beban yang diberikan

49


C = Konstanta bahan yang akan di uji ( jika bahannya base ferro maka konstantanya 30) D = Diameter indentor Dalam uji kekerasan Brinell, metode optik, ukuran lekukan yang ditinggalkan oleh indentor diukur. Berbeda dengan metode Vickers juga optik, yang melibatkan indentor berbentuk piramida yang ditekan menjadi spesimen, metode Brinell menggunakan indentor bola. Semakin besar indentor tersisa di permukaan benda kerja (spesimen) oleh indentor Brinell dengan diameter bola didefinisikan dan uji kekuatan didefinisikan, lembut bahan diuji. Dalam rangka untuk menentukan kekerasan Brinell (HBW) sesuai dengan ISO 6506, bola itu, logam keras (tungsten carbide) indentor ditekan ke dalam spesimen (benda kerja) dengan beban uji yang ditetapkan (antara 1 kgf dan 3000 kgf). Brinell kekerasan (HBW) hasil dari hasil bagi gaya tes diterapkan (F dalam newton (N)) dan luas permukaan yang indent sisa pada spesimen (proyeksi indentor) setelah menarik diri kekuatan uji (lihat rumus di bawah ini ). Untuk menghitung luas permukaan lekukan bulat residual, mean aritmetik (d) dari dua diagonal tegak lurus (d1 dan d2 dalam mm) digunakan, karena daerah basis dari indentasi Brinell sering tidak tepat putaran. Prinsip fungsional Brinell Prinsip fungsional Brinell

Gambar 2.49 Prinsip Fungsional Brinell

50


Uji kekerasan Brinnel dapat dirumuskan sebagai berikut : HB= π 2

P

………………..…………(2.2)

D�D-√𝐷𝐷 2 +𝑑𝑑 2 �

Dimana : D = diameter bola (mm) d = impression diameter (mm) P = Load (beban) (Kgf) HB = Brinnel Result (HB)

Gambar 2.50 Tropong Hardness Tester

Gambar 2.51 Contoh Pengamatan dengan Teropong Brinell Dalam prakteknya, formula tidak dihitung untuk setiap tes tunggal untuk menentukan nilai kekerasan. Atau, nilai kekerasan dapat dibaca dari tabel atau diprogram khusus software tes, yang menunjukkan nilai kekerasan untuk semua diameter bola standar dan beban uji sebagai fungsi dari rata-rata diameter indentor. 51


Dalam rangka untuk mematuhi batas-batas ini, kekuatan uji harus dikoordinasikan dengan diameter bola. Hal ini menyebabkan berbagai indeks kekuatan-diameter (juga disebut sebagai tingkat pembebanan atau faktor beban) dalam metode Brinell, dimana hasil bagi gaya uji dan kuadrat dari diameter bola dipertahankan konstan: B = 0,102 * F / D2. Lima indeks kekuatan-diameter umum adalah 1, 2,5, 5, 10 dan 30. Pengujian dari bahan dengan diameter bola yang berbeda dan kekuatan uji harus dilakukan dalam indeks kekuatan-diameter yang sama untuk mencapai hasil tes sebanding. Diameter bola harus dipilih sedemikian rupa sehingga indent meliputi daerah benda kerja terbesar mungkin - representatif untuk spesimen. Menurut standar (ISO 6506), beban uji harus ditingkatkan untuk nilai akhir minimal dalam jangka waktu dua sampai maksimal delapan detik Umumnya, waktu tinggal untuk beban uji sepuluh sampai 15 detik (s). Jika waktu tinggal adalah lagi, durasi dalam detik juga harus ditetapkan dalam nilai kekerasan, misalnya: 210 HBW 5/250/30 (waktu tinggal 30 detik).

52


)

Recommend Documents