Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
PENGARUH SUDUT ELEKTRODA PADA PROSES PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH La Ode Sabaruddin Mahasiswa Jurusan S-1Teknik Mesin Universitas Halu Oleo, Kendari
[email protected] Abstrak Tujuan penelitian ini untuk mengetahui tingkat pengaruh kekuatan Tarik dan sifat kekerasan baja karbon rendah atau baja paduan. Penelitian ini menggunakan eksperimen yang bersifat komparasi terhadap penggunaan kampuh las V dengan menggunakan variasi sudut elektroda 50°, 70° dan 90°. Bahan yang digunakan adalah baja karbon rendah yang telah di uji kandungan komposisinya, kampuh yang digunakan adalah kampuh las V dengan sudut bukaan kampuh 60°, Elektroda yang digunakan adalah elektroda merk ESAB seri AWSE6013 dengan diameter 3.2 mm dengan arus sebesar 110 ampere. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kekuatan tarik baja karbon rendah terbesar terdapat pada sudut 70° yakni sebesar 407.41 N/mm², sedangkan pada sudut elektroda 50° nilai kekuatan tarik baja karbon rendah sebesar382.04 N/mm² dan pada sudut 90° kekuatan tarik sebesar 374.60 N/mm². Nilai kekerasan baja karbon tertinggi terdapat pada sudut elektroda 70° yakni pada logam induk sebesar 133,26 Kg/mm2, pada logam las sebesar 156,97Kg/mm2dan pada HAZ sebesar 170,77 Kg/mm2. Hal ini disebabkan distribusi panas terhadap material pengelasan sehingga terbentuk struktur ferit kasar, bainit dan ferit halus. Kata kunci : Sifat Mekanik, Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Vickers.
Abstract The purpose this study to the determine level of influence tensile strength and hardness properties lowcarbon steel or alloy steel. This study using experimental method toward the using ofseam welds V by using the electrodes angle variation of 50°, 70° and 90°. The material used is low carbon steel that its compositions has been tested before. The seam used is seam welds V with weldsopening angle of 60°.The electrodes used is ESAB brand, AWSE6013 series, with diameterof 3.2 mm and electrical currentof 110 Amperes. The result of the research shows that the major tensile strength of low carbon steel is at the angle of 70° which is equal to 407.41 N/mm², while the values of tensile strength of low carbon is equal to 382.04 N/mm²in electrode angle of 50°and at the angle of 90° the tensile strenght is equalto 374.60 N/mm². Highest Carbon steel hardness value is at the electrode angle of 70° that is on the metal stem of 133,26 Kg/mm2, on the weld metal of 156,97Kg/mm2 and on HAZ of 170,77 Kg/mm2. This is due to the heat distribution of the welding material thus formed a rough ferrite, bainite, and smooth ferrite. Keywords : Mechanic Properties, Shielded Metal Arc Welding ( SMAW ) ,Vickers
Pendahuluan Proses pengelasan merupakan proses penyambungan logam yang paling banyak digunakan pada saat ini, karena pengelasan mempunyai banyak keuntungan antara lain : praktis, hasilnya dapat diandalkan, effisien, dan ekonomis. Shielded Metal Arc Welding (SMAW) atau las elektroda terbungkus merupakan proses pengelasan yang paling banyak digunakan. Pada pengelasan dikenal juga posisi pengelasan. Dimana posisi pengelasan merupakan pengaturan posisi atau letak gerakan elektroda las. Posisi pengelasan yang diambil oleh operator las biasanya
pada oven pemanas elektroda hingga temperatur 150ºC. Setelah itu dilakukan analisa terhadap cacat dari hasil pengelasan dan analisa terhadap kekerasan, kekuatan tarik serta harga impak dari hasil pengelasan tersebut. Dari hasil pengujian mekanik terdapat perbedaan diantara kondisi elektroda tersebut dan dapat direkomendasikan bahwa elektroda yang di panaskan terlebih dahulu memiliki ketangguhan dan sifat mampu las yang lebih baik.
01
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
tergantung dari letak kampuh-kampuh atau celahcelah benda kerja yang akan dilas. Pada pergerakan elektoda ada banyak sekali untuk beberapa posisi pengelasan, tetapi tujuannya adalah sama yaitu mendapatkan deposit logam las dengan permukaan yang rata dan halus dan menghindari terjadinya takikan dan percampuran terak. Oleh karena itu untuk mendapatkan kekuatan hasil lasan yang maksimal. Perlu adanya metode-metode yang di gunkan agar dalam melakukan pengelasan mendapatkan hasil yang di inginkan, dalam hal ini sifat mekanik yang baik.
Tinjauan Pustaka Yusril Irwan (2010) Pengaruh Kondisi Elektroda Terhadap Sifat Mekanik Hasil Pengelasan Baja Karbon Rendah Hasil pengelasan yang baik juga ditentukan oleh elektroda yang digunakan dalam proses pengelasan. Untuk itu dalam penelitian ini ditelaah pengaruh jenis dan kondisi elektroda terbungkus terhadap pengelasan SMAW pada baja karbon rendah ST42. Proses penyambungan logam baja karbon rendah ST-42 menggunakan elektroda jenis E7016 dan E7018. Pada kedua jenis elektroda yang digunakan diperlakukan berbagai macam kondisi pada elektroda tersebut, diantaranya kondisi elektroda baru dikeluarkan dari bungkusnya, elektroda dilembabkan di udara bebas, elektroda terlebih dahulu dicelupkan ke dalam air dan elektroda terlebih dahulu dipanaskan Baja Paduan Rendah Baja karbon rendah mengandung karbon 0.3 % atau kurang. Kebanyakan baja karbon rendah merujuk kepada mild steel dan digunakan untuk struktur umum. Umumnya dinamakan mild steel maksudnya adalah kandungan karbonnya sangat rendah sehingga pengerasan kuens diabaikan, baja karbon yang mengandung karbon 0,25% atau kurang dan tensile strength sekitar 400 N/mm² atau kurang. Sudut Elektroda Untuk sistem sambungan fillet, pengaturan sudut elektroda sangatlah penting. Saat proses pengelasan, usahakan posisi elektroda membagi sudut yang dibentuk oleh pelat yang disambung sama besar.Sudut antara elektroda dengan benda kerja arah memanjang Sudut elektroda yang terbentuk pada arah gerakkan elektroda membentuk sudut dengan kisaran 70º – 80º. Sewaktu terjadinya proses pengelasan sudut, pengelasan ini harus dijaga tetap konstan. Sudut antara elektroda dengan benda kerja arah melintang Sudut antara elektroda dan benda
e-ISSN:2502-8944
Kusmayadi analisa hasil pengelasan smaw butt joint pada baja aisi 1020 dengan variasi tebal plat Kegagalan pada logam las bisa disebabkan banyak faktor, misalnya tegangan sisa yangterjadi pada spesimen setelah proses pengelasan.
Hal ini menekankan dapat di sebabkan selama proses pengelasan,panas logam tidak merata .diterima. Perbanyakan panas selama pengelasan dapat dipengaruhi oleh ketebalan piring. Dalam penelitian ini, AISI 1020 baja yang digunakan sebagai spesimen di las dengan pantat sendi. Teknik pengelasan digunakan terlindung Shielded Metal Arc Welding (SMAW) dengan berbagai ketebalan 5 mm, 10 mm dan 15 mm Setelah pengelasan, sampel diuji dengan menggunakan XRD (X-Ray Difraction) dan analisis lebih lanjut melalui pengukuran rietveld pemodelan menggunakan Rietica Uji program yang dilakukan untuk setiap variasi ketebalan. Dari penelitian ini menunjukkan bahwa tertinggi tegangan sisa hasil pengelasan diperoleh pada 10 dan 15 mm ketebalan plat, yaitu sebesar 103,2 Mpa (Variasi ketebalan yang sama) Pengertian Las Pengelasan adalah penyambungan dua buah logam padat dengan mencairkannya melalui pemanasan. Persyaratan berhasilnya penyambungan adalah (Okumura, 1981): 1. Bahwa benda padat tersebut dapat cair saat dipanaskan 2. Bahwa antara benda padat tersebut ada kesesuaian sifat lasnya sehingga tidak melemahkan kekuatan sambungan 3. Bahwa cara sambungan harus sesuai dengan sifat benda yang disambung. Las SMAW (Shielded Metal Arc Welding) Proses pengelasan SMAW yang umumnya disebut Las Listrik adalah proses pengelasan yang menggunakan panas untuk mencairkan material dasar dan elektroda. Panas tersebut ditimbulkan oleh lompatan ion listrik yang terjadi antara katoda dan anoda (ujung elektroda dan permukaan plat yang akan dilas ) dengan kata lain teknik pengelasan ini memanfaatkan panas busur listrik yang timbul karena perbedaan tegangan antara elektroda terbungkus dengan material yang akan disambung. Elektroda Terbungkus Pengelasan dengan menggunakan las busur listrik memerlukan kawat las (elektroda) yang terdiri dari satu inti yang terbuat dari logam yang dilapisi lapisan dari campuran kimia. Fungsi dari elektroda sebagai pembangkit dan sebagi bahan tambah. Elektroda terdiri
02
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
kerja yang di las pada arah melintang ini membentuk sudut 90º. Pembentukan sudut ini juga harus dijaga tetap konstan. Sifat Mekanik Material Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik.
Persentase pengecilan yang terjadi apat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : q=
100% =
100%
(3)
Dimana : q = Reduksi penampang (%) Ao = Luas penampang mula (mm2) A1 = Luas penampang akhir (mm2)
e-ISSN:2502-8944
dari dua bagian yaitu bagian yang berselaput (fluks)dan tidak berselaput yang merupakan pangkal untuk menjepitkan tang las. Fungsi dari fluks adalah untuk melindungi logam cair dari lingkungan udara, menghasilkan gas pelindung, menstabilkan busur. Besar Arus Listrik Besarnya arus pengelasan yang di perlukan tergantung pada diameter elektroda, tebal bahan yang di las, jenis elektroda yang dgunakan, geometri sambungan, diameter inti Pengujian Tarik Proses pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik benda uji. Pengujian tarik untuk kekuatan tarik daerah las di maksudkan untuk mengetahui apakah kekuatan las mempunyai nilai yang sama, lebih rendah atau lebiih tinggi dari kelompok raw materials. Pengujian tarik untuk kualitas kekuatan tarik dimaksudkan unutk mengetahui berapa nilai kekuatannya dan dimanakah letak putusnya suatu sambungan las. Berikut kurva tegangan vs regangan
Pengujian Kekerasan (Callister.2001) Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 1360. Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan : (4) Dimana : P = beban yang digunakan (kg) d = panjang diagonal rata-rata (mm) ө = sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136°
Metodologi Penelitian
Gambar 1. Diagram Tegangan –regangan σu=
(1)
Dimana : σu = Tegangan nominal (kg/mm2) Fu = Beban maksimal (kg) Ao = Luas penampang mulai dari penampang batang (mm2)
Tempat, Alat dan Bahan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan mei sampai Oktober 2015 di Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo. Peralatan yang digunakan dalam penelitian terdiri dari : a. Gergaji mesin digunakan untuk memotongmotong plat baja yang akan dijadikan specimen.
Regangan (persentase pertambahan panjang) yang diperoleh dengan membagi perpanjangan panjang ukur (ΔL) dengan panjang ukur mula – mula benda uji. Ε= x100% =
x100%
(2)
Dimana : ε = Regangan (%) L = Panjang akhir (mm)
03
Vol. 1, No.1 Mei 2016
b.
c.
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Gergaji tangan digunakan sebagai alat memotang sudut spesimen yang akan dibuat Kampuh Las. Kikir digunakan untuk membentuk dan menghaluskan atau finishing permukaan kampuh specimen agar rata.
e-ISSN:2502-8944
Lo = Panjang awal (mm) Pembebanan tarik dilakukan terus menerus dengan menambahkan beban sehingga akan mengakibatkan perubahan bentuk pada benda berupa pertambahan panjang dan pengecilan luas permukaan dan akan mengakibatkan kepatahan pada beban.
Pembuatan kampuh Pembuatan kampuh V dengan menggunakan gergaji besi manual. Bahan yang telah dipersiapkan dipotong dengan mesin gergaji, dengan ukuran panjang 140 mm x lebar 30 mm x tebal 10 mm sebanyak 18 sampel untuk specimen uji tarik sebanyak 9 dan 9 sampel untuk specimen uji kekerasan. Jadi jumlah sampel keseluruhan sebanyak 18 sampel, bukaan kampuh pada kampuh V sebesar 60°.
Gambar 2. Bentuk kampuh las c. Proses pengelasan Langkah-Langkah Yang Dilakukan Dalam Proses Pengelasan Adalah: 1. Memper siapkan mesin las SMAW 2. Mempersiapkan benda kerja yang akan dilas pada meja pengelasan 3. Mengikat/memegang benda kerja pada meja pengelasan. 4. Kampuh yang digunakan jenis kampuh V ° terbuka,dengan sudut 60 . 5. Mempersiapkan elektroda sesuai dengan arus dan ketebalan plat, dalam penelitian ini dipilih elektroda jenis E6013 dengan diameter elektroda3,2mm. 6. Menyetel arus mesin las 110 A, kemudian salah satu penjepitnya dijepitkan pada kabel yang digunakan untuk menjepit elektroda. Mesin las dihidupkan dan elektroda digoreskan sampai menyala. Amperemeter dan kecepatan pengelasan yang di anggap konstan. 7. Melakukan proses pengelasan sesuai spesifikasi atau ukuran benda uji. 8. Membuka (loading) hasil proses pengelasan. 1. Hasil dan Pembahasan proses pengolahan dan analisis data untuk mengetahui pengaruh variasi sudut elektroda pada proses pengelasan terhadap sifat mekanik baja karbon rendah.
d. Jangka sorong digunakan untuk mengukur specimen uji agar sesuai yang diinginkan dan dual gage digunakan untuk megukur besar Distorsi sudut specimen uji. e. Mesin Las Busur Listrik digunakan untuk melakukan aktifitas pengelasan specimen uji. Mesin ini menggunakan arus listrik yang dilengkapi dengan travo yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan pada mesin las. f. Tang digunakan untuk menjepit specimen atau memudahkan pengerjaan pada saat proses pengelasan. g. Ragum digunakan untuk menjepit specimen baik pada saat proses pemotongan specimen maupun pada saat proses pengikiran kampuh specimen. h. Amplas digunakan untuk menghaluskan permukaan specimen. i. Kamera digital digunakan untuk mengambil fotofoto untuk dijadikan bahan dokumentasi dalam proses penelitian. Bahan yang digunakan : a. Plat baja yang digunakan pada penelitian adalah baja karbon rendah. b. Elektroda atau kawat las ialah suatu benda yang dipergunakan untuk melakukan pengelasan listrik. Prosedur Penelitian a.
Pemilihan Bahan Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam bahan yang digunakan. Proses pengujian komposisi adalah untuk mengetahui seberapa besar unsur pembentuk bahan, misalnya C, Si, Cu, Mn, S, dan unsure lainnya. Langkah–langkah pengujian komposisi adalah sebagai berikut: 1. Potong bahan yang akan digunakan untuk specimen panjang 100 mm, lebar 50 mm dan tebal 10 mm, dibersihkan permukaannya sampai halus dan rata. 2. Sampel ditempatkan pada dudukan dan divakumkan.
Berikut pengolahan dan analisis data berdasarkan data hasil pengujian tarik dan kekerasan dengan variasi sudut elektroda 50°, 70° dan 90°
04
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
Uji Tarik Grafik dibawah ini akan dijelaskan pengaruh serta perbandingan kekuatan tarik akibat variasi sudut elektroda 50°, 70° serta 90°.
Gambar 3 elektroda setelah mengalami pengelasan dengan posisi 90˚
Gambar 5. Grafik Kekuatan Tarik Baja Karbon Rendah dengan Variasi Sudut Elektroda
Gambar 6. elektroda setelah mengalami pengelasan dengan posisi 50°
Gambar 4. Grafik Tegangan –Regangan pada dua sudut kampuh yang berbeda Pada grafik hubungan tegangan vs regangan diatas, dapat dilihat perbandingan kekuatan tarik masing-masing sudut elektroda pada pengelasan. Regangan tertinggi terdapat pada sudut 70° dibandingkan dengan sudut 50° dan 90°, hal ini disebabkan karena elektroda cair tersembur ke arah benda kerja atau bagian benda yang dilas dengan sempurna. Pengaruh ini disebabkan karena kecepatan geser elektroda yang mencair ketika proses pengelasan. 170,77 Kg/mm². hal ini diakibatkan oleh kecepatan geser elektroda yang mencair ketika proses pengelasan, sehingga bidang pengelasannya menjadi lebar dan dalam serta kualitas pengelasannya menjadi baik dalam hal ini kekerasannya lebih baik.
Gambar 7. Elektroda setelah mengalami pengelasan dengan posisi 70°
Dimana pada sudut elektroda 50° nilai kekuatan tarik baja karbon rendah sebesar 382.04 N/mm². Sedangkan pada sudut elektroda 70° terjadi peningkatan nilai kekuatan tarik sebesar ±105.37N/mm² dengan kisaran nilai kekuatan tarik sebesar 407.41N/mm² dan pada sudut 90° terjadi penurunan kekuatan tarik sebesar ± 102.81 N/mm² dengan kisaran kekuatan tarik sebesar 374.60 N/mm².
Kesimpulan Adapun yang menjadi kesimpulan dari penelitian ini
Uji Kekerasan
05
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
adalah sebagai berikut : 1. Kekuatan tarik baja karbon rendah terbesar terdapat pada sudut 70° yakni sebesar 407.41 N/mm², sedangkan pada sudut elektroda 50° nilai kekuatan tarik baja karbon rendah sebesar 382.04 N/mm² dan pada sudut 90° kekuatan tarik sebesar 374.60 N/mm². 2. Nilai kekerasan baja karbon tertinggi terdapat pada sudut elektroda 70° yakni pada logam induk sebesar 133,26 Kg/mm2, pada logam las sebesar 156,97Kg/mm2dan pada HAZ sebesar 170,77 Kg/mm2.
Daftar Pustaka Aksar P, 2014 Optimasi Desain Jig Trendgate Bed Untuk Proses Perakitan Komponen Pengangkat Matras Menggunakan Metode Studi Empiris, Tesis Universitas Pancasila Jurusan MTM-UP : Jakarta AWS D1.1/D1.1M:2014 (American Welding Society). Structural welding code steel, 550 N.W. Lejeune road, Miami, florida 33126 Daryanto, 2011, Teknik Mengelas Logam, Sarana Tutorial Nurani Sejahtera, Bandung. ESAB Welding Hand Book, Hal 15, Consumables For Manual And Automatic Welding : Sweden. Purwaningrum. Y (2006) Karakterisasi Sifat Fisis dan Mekanis Sambungan Las SMAW Baja A-287 Sebelum dan Sesudah PWHT. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia,Yogyakarta. Mursid. R (2009) Pengaruh Posisi dan Arus Las terhadap Kecepatan Geser Pengelasan pada Baja Lunak Dengan Menggunakan Las Busur Listrik AC. Universitas Tjut Nyak Dhien. Medan Yusril Irwan (2010) Pengaruh Kondisi Elektroda Terhadap Sifat Mekanik Hasil Pengelasan Baja Karbon Rendah Hasil pengelasan yang baik juga ditentukan oleh elektroda yang digunakan dalam proses pengelasan. Sofyan. B (2010) Pengantar Material Teknik. Salemba Teknika. Jakarta Kusmayadi (2012) analisa hasil pengelasan smaw butt joint pada baja aisi 1020 dengan variasi tebal plat
Gambar 8. Grafik sudut elektroda terhadap kekerasan Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai kekerasan logam induk, las dan HAZ dengan sudut elektroda 50°, 70°dan 90°. Dapat di lihat bahwa nilai kekerasan logam induk pada specimen dari sudut elektroda 50° adalah sebesar 131,67 Kg/mm². las sebesar 140,07 Kg/mm² dan HAZ sebesar 143,30 Kg/mm². logam induk specimen dari sudut elektroda 70° adalah sebesar 133,26 Kg/mm², daerah las sebesar 156,97 Kg/mm² dan HAZ sebesar 170,77 Kg/mm². sedangkan logam induk specimen dari sudut elektroda 90° adalah sebesar 132,22 Kg/mm², daerah las sebesar 145,19 Kg/mm² dan HAZ sebesar 159,29 Kg/mm². Sehingga dapat disimpulkan nilai kekerasan Vickers terbesar terdapat pada sudut elektroda 70° yakni pada logam induk sebesar 133,26 Kg/mm², daerah las sebesar 156,97 Kg / mm².
06
