MOTTO
“… Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat ...” ( Q.S. Al Mujadilah : 11 )
“Our knowledge is a little island in a great ocean of nonknowledge.” ( Isaac Bashevis )
“The greatest enemy of knowledge is not ignorance, it is the illusion of knowledge.” ( Stephen Hawking )
“Take risks and reach your big dream.”
iv
PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur kehadirat Illahi, kupersembahkan tulisan ini kepada: 1. Allah
SWT,
Pemilik
segala
keagungan,
kemuliaan,
kekuatan
dan
kesempurnaan. Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, semua yang kuhadapi adalah kemauan-Mu, segala puji hanya bagi-Mu, ya Allah, Pemilik alam semesta, tempat bergantung segala sesuatu, tempat kumemohon pertolongan. 2. Junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Manusia terbaik di muka bumi, uswatun hasanah, penyempurna akhlak, sholawat serta salam semoga selalu tercurah padanya, keluarga, sahabat dan pengikutnya yang istiqomah sampai akhir zaman. 3. Kasih sayang dan cinta yang tak pernah putus dari Bapak, Ibu dan Kakak serta keluarga besar tercinta. Kasih sayang kalian takakan pernah kulupakan sepanjang hidupku. 4. Bapak Dr. Triyono, ST., MT dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT yang tak pernah lelah untuk membimbing tugas akhir saya. 5. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin UNS khususnya angkatan 2009.
v
ABSTRAK
PENGARUH KOMPOSISI GAS PELINDUNG DAN ARUS PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN PLUG WELDING STAINLESS STEEL SUS 304L Januar Tri Prasetyo Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
[email protected] __________________________________________________________________ Pengaruh komposisi gas pelindung dan arus pengelasan terhadap sifat fisik mekanik sambungan plug welding stainless steel SUS 304L, telah diteliti pada studi ini. Metode pengelasan yang digunakan adalah MIG welding dengan tebal plat 3mm. Variasi arus pengelasan yang digunakan adalah 80 A; 100 A; dan 120 A. Variasi komposisi gas pelindung yang digunakan adalah 100% Ar; 92,5% Ar7,5% CO2; 85% Ar-15% CO2 ; 77,5% Ar-22,5% CO2; 100% CO2. Pengujian struktur makro dan mikro dilakukan untuk mengetahui sifat fisik sambungan las. Pengujian tarik-geser dan kekerasan mikro Vickers dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik sambungan las. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar arus pengelasan dan kandungan CO2 pada gas pelindung mengakibatkan kapasitas dukung beban tarikgeser meningkat dan kekerasan menurun. Variasi arus pengelasan 120 A dan gas pelindung 77,5% Ar-22,5% CO2 menghasilkan sambungan las dengan kapasitas dukung beban geser tertinggi. Ukuran nugget meningkat seiring dengan meningkatnya arus pengelasan dan kandungan CO2 pada gas pelindung, karena meningkatnya heat input menyebabkan luasan area peleburan material meningkat.
Kata kunci: las MIG, plug welding, gas pelindung, gas Argon, gas CO2, stainless steel
vi
ABSTRACT
THE EFFECT OF SHIELDING GAS COMPOSITION AND WELDING CURRENT TO MECHANICAL PROPERTIES OF PLUG WELDING JOINT STAINLESS STEEL SUS 304L Januar Tri Prasetyo Mechanical Engineering Engineering Faculty of Sebelas Maret University
[email protected] __________________________________________________________________ The effect of shielding gas composition and welding current on the mechanical-physical properties of plug welding joint stainless steel SUS 304L has been investigated. Metal Inert Gas (MIG) welding was used to join stainless steel 304L with thickness of 3 mm. The variations of welding current were 80 A, 100 A, and 120 A, While the variations of shielding gas were 100% Ar; 92,5% Ar-7,5% CO2; 85% Ar-15% CO2 ; 77,5% Ar-22,5% CO2; 100% CO2. Macro and micro structural tests were conducted to determine the physical properties of the welded joint. Tensile-shear testing and micro hardness Vickers were done to determine the mechanical properties of welded joints. The results show that the higher level of welding current and CO2 content in the shielding gas, the more tensile-shear load bearing capacity and decreased hardness. The welding current of 120 A and shielding gas 77,5% Ar-22,5% CO2 produced welded joints with the highest tensile-shear load bearing capacity. The nugget size increased as the higher level of welding current and the CO2 content in the shielding gas due to the increasing of heat input.
Keywords: MIG welding, plug welding, shielding gas, Argon gas, CO2 gas, stainless steel
vii
KATA PENGANTAR
Puji sukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Pengaruh Komposisi Gas Pelindung dan Arus Pengelasan terhadap Sifat Mekanik Sambungan Plug Welding Stainless Steel SUS 304L”. Adapun tujuan penulisan ini untuk memenuhi persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Penulis menghaturkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada : 1.
Bapak Dr. Triyono, ST., MT. selaku pembimbing I yang telah dengan sabar memberikan bimbingan, arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
2.
Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT. selaku pembimbing II yang telah memberikan banyak koreksi dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
3.
Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT., Bapak Teguh Triyono, ST. M.Eng, dan Ibu Indri Yaningsih, ST. MT. selaku dosen penguji.
4.
Bapak Agustinus Sujono, ST., MT selaku pembimbing akademik.
5.
Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST. MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
6.
Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST. MT. selaku koordinator Tugas Akhir.
7.
Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah turut serta mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.
8.
Seluruh staff karyawan administrasi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan kemudahan dalam hal administrasi.
9.
Semua laboran Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
10. Ibu, Ayah, dan Kakak serta keluarga yang telah memberikan doa dan motivasi hingga terselesaikannya tugas akhir ini.
viii
11. Teman skripsi Jaarshyan, Kresnawan, Budy, Afif, Sabdono, Fuad, Okky, Fauzan, Risdy dan teman-teman di Laboratorium Material dan Getaran yang telah menemani penulis baik dalam keadaan suka maupun duka selama menyelesaikan skripsi di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. 12. Semua rekan-rekan S1 reguler angkatan 2009 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Semoga Allah SWT membalas semua budi baik kalian semuanya. 13. Teman- teman “ll Romantico” Anjar, Prasekky, Adibto, Hendro, Hari, Akmal, Azhar, dan Imam yang telah memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran dan kritik demi kesempurnaan tugas akhir ini penulis terima dengan ikhlas. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap tugas akhir ini dapat berguna dan digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Januari 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman Halaman Judul...........................................................................................
i
Surat Penugasan ........................................................................................
ii
Halaman Pengesahan ................................................................................
iii
Motto .........................................................................................................
iv
Persembahan .............................................................................................
v
Abstrak ......................................................................................................
vi
Kata Pengantar ..........................................................................................
viii
Daftar Isi ..................................................................................................
x
Daftar Gambar ..........................................................................................
xii
Daftar Tabel ..............................................................................................
xiv
Daftar Rumus ...........................................................................................
xv
Daftar Lampiran .......................................................................................
xvi
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ..............................................................
3
1.3 Batasan Masalah ....................................................................
3
1.4 Tujuan dan Manfaat ..............................................................
4
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................
5
2.2 Dasar Teori ............................................................................
7
2.2.1. Gas Metal Arc Welding (GMAW) ........................
7
2.2.2. Baja Tahan Karat...................................................
10
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian ..................................................................
13
3.2 Alat dan Bahan ......................................................................
13
3.3 Prosedur Penelitian.................................................................
18
3.3.1. Proses Pengelasan ...................................................
18
3.3.2. Pengujian Spesimen ................................................
20
x
3.3.3. Analisa Data ...........................................................
21
3.4. Diagram Alir ........................................................................
22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Struktur Makro .....................................................................
23
4.2 Struktur Mikro ......................................................................
30
4.3 Ukuran Butir ........................................................................
35
4.4 Hasil Pengujian Kekerasan ...................................................
38
4.5 Hasil Pengujian Tarik-Geser ................................................
44
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ..........................................................................
48
5.2 Saran ......................................................................................
48
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................
49
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1
Konstruksi pengelasan yang memiliki profil yang rumit...
2
Gambar 2.1
Proses pengelasan Plug weld.............................................
5
Gambar 2.2
Perbandingan jumlah inklusi pada variasi gas...................
6
Gambar 2.3
Pengaruh arus pengelasan terhadap kekuatan tarik dan kekuatan impact .................................................................
7
Gambar 2.4
Skema pengelasan GMAW ...............................................
8
Gambar 2.5
Peralatan Las GMAW.............................. .........................
9
Gambar 2.6
Pengaruh gas pelindung pada penetrasi .............................
10
Gambar 3.1
Mesin Las MIG-250 ..........................................................
13
Gambar 3.2
Mesin Milling ....................................................................
14
Gambar 3.3
Kawat elektroda ER308L ..................................................
14
Gambar 3.4
Tabung gas argon ..............................................................
15
Gambar 3.5
Gas mixture .......................................................................
15
Gambar 3.6
Universal Testing Machine................................................
16
Gambar 3.7
Alat uji struktur makro Olympus/ SZ 1145 TR .................
17
Gambar 3.8
Alat uji struktur mikro Euromex Holland .........................
17
Gambar 3.9
Alat uji kekerasan vikers ...................................................
18
Gambar 3.10 Bentuk benda kerja dan dimensinya ..................................
19
Gambar 3.11 Foto spesimen hasil lasan .................................................
20
Gambar 3.11 Spesimen uji setelah di-mounting .....................................
21
Gambar 3.13 Indentor dan hasil penekanan uji kekerasan vickers .........
21
Gambar 3.14 Diagram Alir Metode Penelitian .......................................
22
Gambar 4.1
Foto makro nugget gas pelindung 100% Argon ...............
24
Gambar 4.2
Foto makro nugget gas pelindung 92,5% Ar-7,5% CO2 ...
25
Gambar 4.3
Foto makro nugget gas pelindung 85% Ar-15% CO2 .......
27
Gambar 4.4
Foto makro nugget gas pelindung 77,5% Ar-22,5% CO2 .
28
Gambar 4.5
Foto makro nugget gas pelindung 100% CO2 ..................
29
Gambar 4.6
Grafik perbandingan arus pengelasan terhadap diameter nugget sambungan las untuk setiap variasi jenis gas
Gambar 4.7
pelindung ...........................................................................
30
Struktur mikro logam induk Stainless Steel 304L .............
31
xii
Gambar 4.8
Struktur mikro HAZ pada variasi komposisi gas pelindung 85% Ar-15% CO2 . ...........................................
34
Struktur mikro pada weld metal .......................................
32
Gambar 4.10 Struktur mikro pada daerah HAZ .....................................
34
Gambar 4.11 Pola perhitungan besar butir dengan metode Planimetri ..
35
Gambar 4.9
Gambar 4.12 Grafik perbandingan komposisi gas pelindung dan arus pengelasan terhadap diameter butir rata-rata pada HAZ stainless steel 304L............................................................
37
Gambar 4.13 Distribusi titik penekanan ..................................................
38
Gambar 4.14 Grafik hubungan kekerasan mikro dengan komposisi gas pelindung pada arus pengelasan 80 A ...............................
39
Gambar 4.15 Grafik hubungan kekerasan mikro dengan komposisi gas pelindung pada arus pengelasan 100 A .............................
40
Gambar 4.16 Grafik hubungan kekerasan mikro dengan komposisi gas pelindung pada arus pengelasan 120 A ............................. Gambar 4.17 Grafik
hubungan
kekerasan
mikro
dengan
arus
pengelasan pada komposisi gas pelindung 100% Ar ....... Gambar 4.18 Grafik
hubungan
kekerasan
mikro
dengan
40
40
arus
pengelasan pada komposisi gas pelindung 92,5% Ar7,5% CO2 .......................................................................... Gambar 4.19 Grafik
hubungan
kekerasan
mikro
dengan
40
arus
pengelasan pada komposisi gas pelindung 85% Ar-15% CO2 .................................................................................... Gambar 4.20 Grafik
hubungan
kekerasan
mikro
dengan
40
arus
pengelasan pada komposisi gas pelindung 77,5% Ar22,5% CO2 ........................................................................ Gambar 4.21 Grafik
hubungan
kekerasan
mikro
dengan
40
arus
pengelasan pada komposisi gas pelindung 100% CO2 .....
40
Gambar 4.22 Grafik hubungan arus pengelasan dan kapasitas daya dukung beban tarik-geser pada variasi komposisi gas pelindung ...........................................................................
42
Gambar 4.23 Bentuk patahan hasil uji tarik-geser ..................................
43
xiii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1
Komposisi kimia stainless steel SUS 304L .......................
18
Tabel 3.2
Parameter Pengelasan ........................................................
19
Tabel 4.1
Hubungan antara perbesaran yang digunakan dengan pengali Jeffries...................................................................
xiv
36
DAFTAR RUMUS
Halaman Rumus 3.1
Rumus untuk mencari kekerasan vickers .................................
21
Rumus 4.1
Rumus untuk menghitung jumlah butir (NA) ............................
36
Rumus 4.2
Rumus untuk menghitung ukuran butir (G) ..............................
37
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Print Out hasil uji Geser Tarik ..............................................
53
Arus 80 A & Gas Pelindung 100% Ar ..................................
53
Arus 80 A & Gas Pelindung 92,5% Ar-7,5% CO2 ...............
56
Arus 80 A & Gas Pelindung 85% Ar-15% CO2 ...................
59
Arus 80 A & Gas Pelindung 77,5% Ar-22,5% CO2 ..............
62
Arus 80 A & Gas Pelindung 100% CO2 ................................
65
Arus 100 A & Gas Pelindung 100% Ar .................................
68
Arus 100 A & Gas Pelindung 92,5% Ar-7,5% CO2 ...............
71
Arus 100 A & Gas Pelindung 85% Ar-15% CO2 ...................
74
Arus 100 A & Gas Pelindung 77,5% Ar-22,5% CO2 .............
77
Arus 100 A & Gas Pelindung 100% CO2 ...............................
80
Arus 120 A & Gas Pelindung 100% Ar ..................................
83
Arus 120 A & Gas Pelindung 92,5% Ar-7,5% CO2 ...............
86
Arus 120 A & Gas Pelindung 85% Ar-15% CO2 ...................
89
Arus 120 A & Gas Pelindung 77,5% Ar-22,5% CO2 .............
92
Arus 120 A & Gas Pelindung 100% CO2 ...............................
95
Data kekerasan Mikro Vickers Arus 80 A ..............................
98
Data kekerasan Mikro Vickers Arus 100 A ............................
99
Data kekerasan Mikro Vickers Arus 120 A ............................
100
Data Sheet SUS 304L .............................................................
101
xvi
