JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Analisa Kekuatan Material Carbon Steel ST41 Pengaruh Preheat dan PWHT Dengan Uji Tarik Dan Micro Etsa Bagus Cahyo Juniarso, Ir. Amiadji, M.M, M.Sc, Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] e-mail:
[email protected]
Abstrak— Dalam proses pengelasan, perlakuan panas preheat dan PWHT sangat berpengaruh pada hasil kuat tarik dan struktur micronya.. Perlakuan panas preheat maupun PWHT sangat diperhatikan terutama untuk badan kapal yang sering menerima tegangan-tegangan dinamis seperti sagging dan hogging. Preheat untuk menghilangkan hydrogen diffusible, dan PWHT untuk mengurangi tegangan sisa. Proses penelitian dimulai dengan melakukan pengelasan menggunakan proses SMAW dan FCAW pada perlakuan no heat treatment, variasi preheat (1330C, 1400C, 1470C) dan preheat 1400C variasi PWHT (5650C, 5950C, 6250C). Langkah selanjutnya pembuatan benda uji sesuai dengan standart dimensi uji tarik dan micro etsa. Hasil pengujian tarik dalam proses SMAW menunjukkan bahwa nilai tertinggi pada preheat 140˚C dengan nilai 422,69 MPa, hasil elongation tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C + PWHT 625˚C dengan nilai 26,73%. Hasil pengujian tarik dalam proses FCAW menunjukkan bahwa nilai tertinggi pada preheat 140˚C dengan nilai 540,10 MPa, hasil elongation tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C + PWHT 625˚C dengan nilai 29,28 %. Hasil perhitungan biaya baik pada SMAW dan FCAW, biaya termahal adalah pada perlakuan panas preheat + PWHT, dimana untuk SMAW adalah Rp.615.489,- dan FCAW adalah Rp.706.104,Kata Kunci— No Preheat, Preheat, Preheat + PWHT, SMAW, FCAW, Uji Tarik, Micro Etsa
P
I. PENDAHULUAN
ADA awalnya pemakaian pengelasan hanya berfungsi sebagai perbaikan dan pemeliharaan dari alat-alat yang terbuat dari logam baja sebagai proses perbaikan dari retakan, penyambungan material, maupun sebagai alat pemotongan pada material yang akan dibuang atau yang diperbaiki. Dengan adanya kemajuan teknologi dewasa ini yang semakin pesat didunia, dan demikian pula yang terjadi di Indonesia yang sangat memerlukan teknik pengelasan yang baik. Perkembangan teknologi pengelasan ini dapat dilihat melalui semakin kompleksnya proses penyambungan logam dengan proses pengelasan, dimana perubahan struktur logam yang disambung diharapkan mengalami perubahan strukur logam yang disambung sedetail mungkin sehingga didapat hasil pengelasan dengan kualitas dan mutu yang terjamin. Pada teknologi pengelasan terdapat jenis proses pengelasan yaitu SMAW dan FCAW yang termasuk dalam beberapa proses pengelasan tersebut. SMAW (Shield Metal Arc
Welding) adalah proses pengelasan yang menggunakan pengumpan (Elektrode) yang terbungkus, dalam artian Filler Metal yang berfungsi sebagai penyambung logam akan dibungkus flux yang berisi komposisi kimia yang bertujuan untuk menambahkan komposisi material yang tidak terdapat pada Filler Metal. FCAW (Flux Cored Arc Welding) adalah proses pengelasan yang menggunakan shielding gas untuk melindungi Elektrode Wire yang terkonsumsi habis pada saat proses pengelasannya. Selain beberapa proses pengelasan yang kompleks, kemajuan teknologi pengelasan juga memungkinkan melakukan beberapa perlakuan perlakuan khusus (treatment) pada material. Salah satunya adalah Preheat, Preheat adalah sebuah proses pemanasan pada material dengan suhu tertentu sebelum dilakukan proses pengelasan, hal tersebut dilakukan bertujuan untuk
merapatkan struktur material (Grain Size) agar pada proses pengelasan tidak terdapat udara yang masuk (Hydrogen Difusible) yang dapat menyebabkan retak dingin (Cold Crack). PWHT adalah bagian dari proses heat treatment yang bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa setelah proses pengelasa. Mengacu pada uraian diatas, penulis akan mengkaji bagaimana analisa perbandingan kekuatan material Carbon Steel ST41 pengaruh Preheat dan PWHT dengan uji tarik dan micro etsa. II. METODOLOGI Alur pengerjaan Tugas Akhir ini adalah sesuai dengan flowchart yang sesuai gambar dibawah ini :
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
2
B.2. SMAW Tabel 4 Data rata-rata hasil pengujian tarik benda uji dengan proses pengelasan SMAW
Gambar 1. Flow chart alur pengerjaan
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN A. Jumlah Benda Uji Jumlah benda uji yang digunakan pada penelitian ini adalah sebanyak 51 benda uji, dengan rincian sebagai berikut : Tabel 1. Jumlah benda uji Gambar 4. Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap kekuatan tarik pada pengelasan SMAW
B. Hasil Uji Tarik B.1. Speciment Uji Tarik Row Material Tabel 2 Data hasil pengujian Tensile row material Gambar 5 Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap elongation pada pengelasan SMAW
Tabel 3 Data hasil pengujian Tensile row material (ratarata)
Gambar 2. Benda uji material tidak dilas dan tanpa perlakuan panas sebelum diuji tarik (a) Sebelum diuji tarik; (b) Setelah diuji tarik
Gambar 6 Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap σ yield pada pengelasan SMAW
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) Dari grafik pada gambar 4, 5, dan 6 dapat diketahui bahwa : 1. Nh = no heat treatment (tanpa perlakuan panas) dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 424,84 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 22,82%, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 289,28 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW tanpa perlakuan panas mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material. 2. Ph1 = material dengan perlakuan preheat 1330C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 422,69 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 21,51 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 327,20 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1330C mempunyai nilai kuat tarik, nilai elongation, dan nilai σ yield lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai elongation, dan nilai σ yield row material. 3. Ph2 = material dengan perlakuan preheat 1400C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 479,11 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 22,54%, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 440,56 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1400C mempunyai nilai kuat tarik dan nilai σ yield lebih rendah daripada nilai kuat tarik dan nilai elongation row material, dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai elongation row material. 4. Ph3 = material dengan perlakuan preheat 1470C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 430,40 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 24,05 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 294,53 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1470C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material 5. Pw1 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5650C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 468,32 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 26,47 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 344,72 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5650C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material. 6. Pw2 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5950C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 427,92 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 22,86 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 376 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5950C mempunyai nilai kuat tarik dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik dan nilai elongation row material, dan nilai σ yield lebih tinggi daripada nilai σ yield row material. 7. Pw3 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 6250C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar
3
466,80 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 26,73 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 358,14 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan SMAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 6250C mempunyai nilai kuat tarik dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik dan elongation row material.Dan mempunyai nilai σ yield lebih tinggi daripada nilai σ yield row material B.3. FCAW Tabel 5 Data rata-rata hasil pengujian tarik benda uji dengan proses pengelasan FCAW
Gambar 7. Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap kekuatan tarik pada pengelasan FCAW
Gambar 8 Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap elongation pada pengelasan FCAW
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
Gambar 9 Grafik pengaruh heat treatment dan PWHT terhadap σ yield pada pengelasan FCAW
Dari grafik pada gambar 7, 8, dan 9 dapat diketahui bahwa : 1. Nh = no heat treatment (tanpa perlakuan panas) dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 540,10 Mpa ,hasil ratarata elongation sebesar 22,29%, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 421,16 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW tanpa perlakuan panas mempunyai nilai kuat tarik dan nilai σ yield lebih tinggi daripada nilai kuat tarik dan σ yield row material, dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai elongation row material. 2. Ph1 = material dengan perlakuan preheat 1330C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 425,31 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 26,34 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 321,34 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1330C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material. 3. Ph2 = material dengan perlakuan preheat 1400C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 441,98 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 22,91%, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 368,84 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1400C mempunyai nilai kuat tarik dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik dan elongation row material, dan nilai σ yield lebih tinggi daripada nilai σ yield row material. 4. Ph3 = material dengan perlakuan preheat 1470C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 424,84 Mpa, hasil ratarata elongation sebesar 23,84%, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 318,85 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1470C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material.
4
5. Pw1 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5650C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 395,71 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 24,82 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 254,63 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5650C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material.. 6. Pw2 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5950C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 456,70 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 23,40 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 426,33 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 5950C mempunyai nilai kuat tarik dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik dan elongation row material, dan nilai σ yield lebih tinggi daripada σ yield row material. 7. Pw3 = material dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 6250C dengan hasil kuat tarik rata-rata sebesar 411,07 Mpa, hasil rata-rata elongation sebesar 29,28 %, dan hasil rata-rata σ yield sebesar 257 Mpa. maka dapat disimpulkan material dengan proses pengelasan FCAW dengan perlakuan preheat 1400C + PWHT 6250C mempunyai nilai kuat tarik, nilai σ yield dan nilai elongation lebih rendah daripada nilai kuat tarik, nilai σ yield dan elongation row material. C. Hasil Micro Etsa C.1. Analisa Micro Etsa di Daerah HAZ Pada Perlakuan No Heat Treatment Dan Preheat Pada analisa micro etsa di semua proses pengelasan, SMAW dan FCAW dan semua proses preheat dan PWHT. Hal ini dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu analisa bagian HAZ dan weld metal. Untuk analisa material micro etsa pada proses SMAW dan FCAW untuk bagian material yang tidak mendapatkan panas dan mendapatkan perlakuan preheat 1330C, 1400C, 1470C pada daerah HAZ.
Gambar 9 Hasil Foto Micro Etsa Pada Proses Pengelasan No Heat Dan Preheat di Daerah HAZ
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
5
Tabel 6 Perbandingan Jumlah Prosesntase Fasa Di Daerah HAZ
Gambar 11 Hasil Foto Micro Etsa Pada Proses Pengelasan Variasi PWHT di Daerah Weld Gambar 10 Hasil Foto Micro Etsa Pada Proses Pengelasan No Heat Dan Preheat di Daerah Weld Metal
Tabel 9 Perbandingan Jumlah Prosesntase Fasa Di Daerah Weld Metal
Tabel 7 Perbandingan Jumlah Prosesntase Fasa Di Daerah Weld Metal
Pada tabel 6 dan 7dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur preheat maka akan semakin banyak pula presentase jumlah fasa ferit daripada presentase jumlah fasa perlitnya hal ini dikarenakan pendinginan yang lambat membuat garis transformasi pada grafik Continous Cooling transformation akan cenderung ke kanan melewati daerah fasa ferit. C.2. Analisa Micro Etsa di Daerah HAZ Pada Perlakuan No Heat Treatment Dan Preheat
Pada tabel 8 dan 9dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur preheat maka akan semakin banyak pula presentase jumlah fasa ferit daripada presentase jumlah fasa perlitnya. Pada dasarnya berapapun variasi temperatur PWHT yang digunakan pada material tidak akan merubah jenis fasa dari daerah fasa martensit, ferit, dan perlit (dibawah temperatur kritis A1, yang dapat dilihat pada tabel FE-C diagram) menuju fasa austenit (diatas temperatur kritis A1, yang dapat dilihat pada tabel FE-C diagram). Temperatur kritis A1 yaitu sebesar 723 O C, variasi temperatur PWHT hanya akan berpengaruh pada besarnya pengurangan tegangan sisa (strees relief) pada material akibat proses pengelasan D. Analisa Biaya D.1. SMAW
Gambar 10 Hasil Foto Micro Etsa Pada Proses Pengelasan Variasi PWHT di Daerah HAZ Tabel 8 Perbandingan Jumlah Prosesntase Fasa Di Daerah HAZ
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
6
tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C + PWHT 595˚C dengan nilai 426,33 MPa. B. Analisa Micro Etsa Hasil micro etsa pada proses pengelasan SMAW dan FCAW tidak ada perbedaan yang signifikan, semakin tinggi temperatur pengelasan maka jumlah fasa ferit lebih banyak daripada fasa perlitnya. Ha itu menyebabkan material mempuyai sifat ductile.
D.2. FCAW
C. Analisa Biaya Biaya proses pengelasan FCAW lebih mahal dibanding biaya proses pengelasan SMAW. Sementara, dari ketiga perlakuan panas, preheat+PWHT adalah perlakuan panas dengan biaya yang paling mahal dibanding perlakuan panas no heat maupun preheat UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua yang selalu memberikan semangat, doa, dan dukungan baik moril maupun materiil. Untuk Dosen Pembimbing dan berbagai pihak yang telah membantu selama proses pengerjaan Tugas Akhir. Ucapan terimakasih juga ditujukan kepada Bapak Dr. Ir. A.A. Masroeri, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Sistem Perkapalan yang telah memberikan manajemen yang baik kepada mahasiswa, sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Sarjana dengan baik dan tepat waktu DAFTAR PUSTAKA [1].
IV. KESIMPULAN A. Analisa Uji Tarik Material Tidak Dilas dan Tanpa Perlakuan Panas Kuat tarik dari ketiga speciment material tidak dilas dan tanpa perlakuan panas adalah sebesar 471,2 Mpa. Sedangkan elongationnya adalah 30,73 %. SMAW Hasil kuat tarik tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C dengan nilai 422,69 MPa , hasil elongation tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C + PWHT 625˚C dengan nilai 26,73% dan hasil σ yield tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C dengan nilai 440,56 MPa FCAW Hasil kuat tarik tertinggi pada pengelasan dengan no heat treatment dengan nilai 540,10 MPa , hasil elongation tertinggi pada pengelasan dengan preheat sebesar 140˚C + PWHT 625˚C dengan nilai 29,28 % dan hasil σ yield
ASTM ASME VIII: Rules for Construction of Pressure Vessels, Division I. [2]. ASME IX: Welding and Brazing Qualifications. [3]. ASTM A370: Standart Test Method And Definition for Machanical Testing of Steel Product. [4]. BKI 2006, Volume VI, Section 09: Heat Treatment. [5]. BKI 2006, Volume VI, Section 11: Mechanical and Technological Test. [6]. Callister, Willey 2007. Materials Science and Engineering And Introduction 7e [7]. Novembri Yusuf. 2008. PWHT (Pos Weld Heat Treatment). Diambil dari http://hazwelding.wordpress.com/2008/04/29/pwht-welding/. Terakhir diakses tanggal 14 Mei 2013 [8]. Rois Tokin, 2013. Pengujian Mikro dan Makro Etsa. Diambil dari http://rois-takin.blogspot.com/2013/04/pengamatan-struktur-mikro-danmakro.html. terakhir diakses tanggal 21 Mei 2014. [9]. Prosedur Uji Tarik 2013. Diambil dari http://www.alatuji.com/article/detail/2/uji-tarik. terakhir diakses 28 Mei 2014 [10]. Winarto, PhD. (2011), Pelatihan Introduction To Welding Engineer, Asosiasi Pengelasan Indonesia, Jakarta.
