5
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Pengelasan Dengan Las Tig Beberapa tulisan yang menjadi acuan dari penelitian ini untuk mengetahui kekuatan tarik las: Aljufrri, (2008). Dari hasil penelitiannya menyatakan: a). Dari variasi kampuh α70º,80º dan 90º menggunakan kuat arus 100A menghasilkan kekuatan tarik yang berbeda, kekuatan tarik yang tertinggi dihasilkan oleh sudut kampuh α90ْº dengan kekuatan arus 100A sedangkan kekuatan tarik rendah terjadi pada kampuh α70º dengan kekuatan arus 150A.b). Pengelasan TIG untuk paduan A-Mg 5083, besar sudut kampuh factor kuat arus sangat mempengaruhi hasil lasan (kekuatan tarik). Disini terlihat kuat arus 100A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih baik dibadingkan 125A dan !50A. c). Dari hasil pengujian statistic dengan menggunakan metoda anova, pengujian hipotesa menggunakanS2 (varian dalam set) sebagai pembanding dari hipotesa interaksi yang dilakukan menunjukkan bahwa rasio varian interaksi lebih kecil dari fraktil distribusi varian (S22/S12< V20,975) hal tersebut mengginduksiksn Pemeriksaan cacat las NDT (Non Destructif Test) menggunakan peralatan ultra sonic test ke 27 spesimen aluminium Mg 5083 yang telah mengalami pengelasan tidak menunjukkan adanya cacat las.e). Pengamatan struktur makro pada bagian patahan dari specimen AlMg 5083 menunjukkan hasil secara umum penampakan strutur makro pada setiap variasi sudut kampuh dan kuat arus pengelasan memiliki bentuk butir yang
5
6
dendritik. Penampakan struktur makro pada setiap variasi arus pengelasan dan sudut kampuh memiliki bentuk butir yang sama.(equiased). 1.
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 2.1. Proses GMAW atau disebut juga las TIG (tungsten inert gas) dimodifikasikan juga
dengan proses
menggunakan
fluks
yaitu
dengan
penambahan fluks yang magnetig (magnetizen - fluks) atau fluks yang diberikan sebagai inti (fluks cored wire).
Gambar 2.1 Proses pengelasan busur logam gas (GMAW) AFSA, 2004.
2.3.5 Struktur Mikro Alumunium Alumunium
memiliki
struktur
logam
membentuk FCC (Face Centered Cubic)
7
(Alumunium murni) (Alumunium dengan Cu, Mn, Mg) (Alumunium dengan Cu)
(Alumunium dengan Si)
(Alumunium dengan Zn)
(Alumunium dengan Ti)
(Alumunium dengan Mg)
Gambar 2.2 Struktur mikro Alumunium murni dan paduan (Aljufri, 2008).
Ronggo Bastian (2005). Menyatakan bahwa, kekuatan tarik pada saat yield dan ultimate tertinggi dihasilkan pada kondisi I yaitu pengelasan dengan arus 90 A yaitu sekitar 32.82 MPa (yield) dan 81,43 MPa (Ultimate). Elongation tertinggi dihasilkan pada kondisi III yaitu pengelasan dengan arus 130 A, yaitu sekitar 1,64 % dan elastisitas tertinggi dihasilkan pada kondisi I yaitu pengelasan dengan arus 90 A yaitu sekitar 43,29 kN/mm2. sedangkan reduksi penampang terbesar
8
dihasilkan pada kondisi II yaitu pengelasan dengan arus 110 A yaitu sekitar 9,74 %. Pada pengujian struktur mikro, khususnya pada daerah HAZ kandungan Mg2Al3 tertinggi dihasilkan pada pengelasan dengan arus 110 A yaitu sekitar 45,88 % dan pada daerah ini memiliki bentuk struktur mikro yang rapat. Sedangkan pada daerah weld metal memiliki kandungan Mg2Al3 tertinggi dihasilkan pada pengelasan dengan arus 110 A yaitu sekitar 23,00 %, dan bentuk struktur mikro yang dihasilkan lebih besar. Tabel 2.1 Hasil Uji Tarik (Ronggo Bastian, 2005). Tegangan tarik Kondisi I 90A
Kondisi II 110A
Kondisi III 130A
0.0418 KN/mm2
0.06265 KN/mm2
0.0597 KN/mm2
81.4389 MPa
62.65858 Mpa
59.70649 MPa
Dipo W., Yeyes M.
dan Heri S., (2007). Dari hasil penelitiannya
menyatakan: a). Hasil radiografi dari sambungan las spesimen tanpa repair terjadi defect yaitu porosity sebesar 1mm/inc, untuk sambungan las repair 1x mengalami defect berupa under cut, sedangkan untuk sambungan las repair 2x dan repair 3 kali tidak terlihat adanya cacat sehingga hasil lasan dinyatakan passed atau lolos uji radiografi. Walaupun hasil radiografi menunjukkan adanya cacat, cacat las yang terjadi masih masuk dalam batas yang diijinkan, sehingga sambungan lasan dinyatakan accepted. b). Kekuatan tarik material di darat masih lebih tinggi dibandingkan dengan kekuatan tarik yang mengalami Repair 1x, Repair 2x dan Repair 3x dengan penurunan kekuatan tariknya kurang dari 5%. Kekuatan tarik
9
hasil pengelasan Tanpa repair (54.036 Kgf/mm²) > Repair 1x (53.779 Kgf/mm²) > Repair 2x (53.756 Kgf/mm²) > Repair 3x ( 53.727 Kgf/mm²).
c). Dari
pengamatan struktur mikro, struktur material masih berupa ferit dan perlit dengan bentuk lamel dari perlit sangat kecil dan rapat antara lamel satu dengan lamel yang lain. Perubahan yang terjadi ada pada prosestase nilai ferrite dan perlite. Dengan adanya perlakuan panas jumlah perlite cenderung bertambah pada daerah HAZ. Sedangkan pada daerah base metal jumlah ferrite dan perlite cenderung seimbang/tetap. d). Kekerasan material semakin lama semakin bertambah dengan dilakukannya proses gouging dan pengelasan ulang. Kekerasan material pada daerah HAZ mengalami kenaikan yang sangat signifikan. Dengan adanya proses repair input panas yang diterima oleh daerah HAZ semakin besar sehingga nilai kekerasannya pun meningkat. Kenaikan nilai kekerasan rata-rata pada pengelasan repair satu kali sampai dengan repair tiga kali berturut-turut sebesar 5.03%, 7.4% dan 9.6%. 2.2 Pengelasan Dengan Las MIG GMAW (Gas Metal Arc Welding) adalah las logam gas mulia, kawat las pengisi yang juga berfungsi sebagai elektroda diumpankan secara terus menerus. Busur listrik terjadi antara kawat pengisi dan logam induk. Gas pelindung yang digunakan adalah gas Argon, helium atau campuran dari keduanya. Kawat pengisi dalam las MIG biasanya diumpankan secara otomatis, sedangkan alat pembakarnya digerakkan dengan tangan. Kawat las yang digunakan biasanya berdiameter antara 1,2 sampai 1,6 mm.
10
Gambar 2.3 Skema alat las GMAW (Bayu Dedi,P.dan Hendroprasetyo, w. 2006) Budiarsa,IN. 2008. Dari hasil penelitiaannya menyatakan bahwa: a). Besar arus, kecepatan volume aliran gas, dan interaksi kedua parameter tersebut, memberikan pengaruh pada proses las GMAW terhadap ketangguhan HAZ. b). Penggunaan besar arus sebesar 250 Amper akan memberikan ketangguhan rendah pada tiap-tiap kecepetan volume alir gas yang digunakan (17 liter/menit ,18 liter/menit, 19 liter/menit) c). Penggunaan kecepatan volume alir gas sebesar 19 liter/menit memberikan ketangguhan yang tertinggi pada tiap-tiap besar arus yang digunakan (240 Amper,250 Amper, 260 Amper) Surasno, (2008). Hasil penelitiannya menyatakan: Semakin tinggi masukan panas maka kekuatan sifat mekanik (kuat tarik dan batas lumer) semakin menurun secara bertahap. Nilai kekerasan pada logam induk 2024-T3 sedikit terpegaruh oleh masukan panas telah terjadi penurunan 8,1 % s/d 12,3 %, sedangkan daerah pengaruh panas (HAZ) terjadi penurunan tiggi 34,4% s/d 36,4%, sedang pada derah deposit logam las hamper tidak terjadi perubahan (1,3%) terhadap logam
11
filler.Pengelasan sambungan aluminium serie 2024-T3 harus dipilih masukan panas yang rendah, sehingga penurunan kuat tarik yang diperoleh 40,8% (masukan panas 3857 J/cm). Dalam hal perencanaan konstruksi sambungan las aluminium serie 2024-T3 kekuatan konstruksi harus berdasarkan pada perhitungan penurunan kekuatan tarik setelah bahan mengalami masukan panas dalam desain Welding Procedure Qualification yang telah teruji. 2.3 Struktur Mikro Aluminium Paduan Aluminium-Magnesium. Sudut diagram fase sangat penting diperhatikan mirip dengan
aluminium-tembaga paduan, dengan maksimum
kelarutan magnesium dalam aluminium di Al 17,4%. dan beberapa ciri khas, contoh dari aluminium-magnesium paduan komersial diberikan pada Gambar. 2.4
Gambar. 2.4 Contoh paduan aluminium-magnesium komersial. (ASM 2004 Metallography and Microstructures)
12
Koposisi mikrostruktur dari gambar 2.4 adalah: (a) Mikro menunjukkan Al3Fe (abu-abu) dan Mg2Si (hitam) di α-aluminium solidsolusi matriks (paduan jenis A518 dengan Mg 7,6%). ETSA: 0,5% HF. Pembesaran asli 560 ×. (b) Menunjukkan eutektik terner Mikrostruktur dan α-aluminium solid-solusi dendrit matriks (paduan jenis A512 dengan 4mg-1.8Si). ETSA: 0,5% HF. asli perbesaran 560 ×. Sumber: Ref 2 Hari, U., (2009). Hasil penelitiannya menyatakan : a). Pengujian komposisi kimia dengan penambahan unsur Cu dan perlakuan serta natural aging pada AlCu sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik dan struktur mikro. b). Dari hasil pengujian kekerasan dapat dilihat bahwa terdapat kenaikanm pada tiap-tiap penambahan Cu pada Al setelah mengalami perlakuan pelarutan dan natural aging. C). Penambahan Cu pada Al setelah dikenai perlakuan pelarutan dan natural aging berpengaruh juga pada kekuatan tarik dari hasil penelitian dapat dilihat hasilnya. Pada penambahan Cu (1%, 3% dan 5%) kekuatan tarik rata-rata mengalami peningkatan, pada Cu 1% kekuatan tarik rata-ratanya adalah 176,428 Mpa, Cu 3% kekuatan tarik rata-ratanya 203,659 Mpa dan pada penambahan Cu 5 % kekuatan tarik rata-ratanya 226,64 Mpa. d). Penambahan Cu juga mempengaruhi struktur mikro dimana pada setiap penambahan terlihat Cu bertambah banyak pada batas butir dan bentuk butirnya mengecil sehingga sifat mekaniknya meningkat.
13
Al
AlCu
2.5μm
Gambar 2.5 Struktur Mikro daerah tengah spesimen I Pembesaran 50 X Etsa NaOH 50 % dicampur Aquades 50 % (Utama, 2009).
Al AlCu
5μm
Gambar 2.6 Struktur Mikro daerah tengah spesimen I Pembesaran 100 X, Etsa NaOH 50 % dicampur Aquades 50 % (Utama, 2009).
14
Bayu Dedi,P.dan Hendroprasetyo, w. (2006). Pengamatan struktur mikro hasil pengelasan meliputi weld metal dan HAZ. Menurut Atlas Micro Structure of Aluminum, campuran 5083 terdiri dari senyawa Mg2 Al3dan (Fe,Mn)3SiAl12 yang menyatu dengan matrik aluminium. Kedua senyawa tersebut dapat menambah kekuatan dari campuran aluminium. Partikel hitam yang terdispersi merata pada matrik Aluminium yang berwarna putih adalah Mg2Si, sedangkan partikel yang berwarna abu-abu adalah (Fe,Mn)3SiAl12. Untuk partikel berwarna kebiru-biruan merupakan Mg2 Al3.
Gambar 2.7 Partikel penyusun Aluminium 5083 ( Bayu Dedi,P.dan Hendroprasetyo, w. 2006). 2.4 Sifat-sifat Teknis Alumunium Rasyid, M. dkk. 2009. Menyatakan bahwa: Sifat Mekanis dari aluminium adalah: a) Kekuatan Kekuatan dan kekerasan aluminium tidak begitu tinggi. Namun, dengan adanya pemaduan dan heat treatment dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasannya.
15
Kebanyakan material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme penguatan bahan logam yang disebut precipitation hardening. Dalam precipitation hardening harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahapan, yaitu solid solution treatment: memanaskan hingga diatas garis solvus untuk mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, quenching: didinginkan dengan cepat untuk mempertahankan struktur mikro fasa padat homogeny agar tidak terjadi difusi, dan aging: dipanaskan dengan temperatur tidak terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak membentuk precipitate. Selain itu, ada beberapa cara pengujian kekerasan yang berstandar yang digunakan untuk menguji kekerasan logam yaitu antara lain pengujian Brinell, Rockwell, Vickers, Shore, dan Meyer. b) Modulus Elastisitas Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang elastis memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk. c) Keuletan (ductility) Semakin tinggi tingkat kemurnian aluminium maka akan semakin tinggi tingkat keuletannya.
16
d) Fatigue (Kelelahan) Bahan aluminium tidak menunjukan batas kepenatan, karena aluminium akan gagal jika ditekan. e) Recyclability (daya untuk didaur ulang) Aluminium adalah 100% bahan yang didaur ulang tanpa downgrading dari kualitas. Yang kembali dari aluminium, peleburannya memerlukan sedikit energy, hanya sekitar 5% dari energy yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam proses daur ulang. f) Reflectivity (daya pemantulan) Aluminium adalah reflektor yang terlihat cahaya serta panas, dan yang bersama-sama dengan berat rendah, membuatnya ideal untuk bahan reflektor misalnya perabotan ringan.
Tabel 2.2 Sifat-sifat Teknis Aluminium (Rasyid,M. dkk. 2009) Kemurnian Al (%) 99,996
Sifat-sifat
>99,0
Dianil
75% dirol dingin
Dianil
H18
Kekuatan tarik (kg/mm2)
4,9
11,6
9,3
16,9
Kekuatan mulur (0,2%)(kg/mm2)
1,3
11,0
3,5
14,8
Perpanjangan (%)
48,8
5,5
35
5
17
27
23
44
Kekerasan Brinell
17
Tensile strength
Antara 230 sampai 570 MPa
Modulus young
Antara 69 sampai 79 GPa
Yield strength
Antara 215 sampai 505MPa
Ultimate strength
455 mPa
Regangan
10-25%
Shear strength
30 mPa
Gambar 2.8 Perbandingan uji tarik baja dan alumunium (Rasyid,M.dkk.2009). Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisik Aluminium ((Rasyid,M. dkk. 2009) Kemurnian Al (%) Sifat-sifat Massa jenis (20oC)
99,996
>99,0
2,6989
2,71
18
Titik cair (0C) Panas jenis (cal/g.oC)(100oC) Hantaran listrik koefisien temperatur(/oC) Koefisien pemuaian (20o
100 C) Jenis kristal, konstanta kisi
660,2
653-657
0,2226
0,2297
64,94
59 (dianil)
23,86×10-6
23,5×10-6
fcc, a=4,013 kX
fcc, a=4,04 kX
2.5 Uji Kekerasan Bayu Dedi,P. dan Hendroprasetyo, W. (2006). Hasil penelitiannya menyatakan bahwa: Setelah melakukan uji metalografi (foto mikro) dan pengujian kekerasan menggunakan Vickers, dari analisa hasil pengujian, diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu : 1). Dari analisa hasil foto mikro diperoleh jumlah partikel magnesium silikat (Mg2Si) tertinggi sebesar 11.2% pada proses 4x repair. Hal ini dikarenakan semakin banyaknya jumlah masukan panas pada material tetapi jumlah partikel Mg2Al3 mengalami penurunan. 2). Dari pengujian kekerasan diperoleh nilai rata-rata kekerasan tertinggi pada daerah base metal adalah 144.67 HV. Nilai rata rata kekerasan pada daerah HAZ, terendah sebesar 115 HV pada proses normal, sedang nilai kekerasan tertinggi pada proses 2x repair sebesar 134.33 HV. Pada daerah weld metal, nilai kekerasan tertinggi adalah 125.67 HV pada proses 2x repair dan terendah sebesar 106.33 HV pada proses normal. 3). Pengelasan ulang memberikan pengaruh buruk pada aluminium 5083 terhadap sifat metalurgi yaitu material menjadi getas atau brittle.
19
Metode pengukuran kekerasan dilakukan dengan uji Vickers, dengan mengacu pada standar ASTM (E 92– 82, 2003), angka kekerasan Vickers dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
…………………………( 2.1)
Pengujian Vickers, dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.9 Prinsip uji Vickers (ASTM, E 92–82, 2003).
