SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
KAJIAN METALOGRAFI HASIL PENGELASAN TITIK (SPOT WELDING) ALUMINIUM PADUAN DENGAN PENAMBAHAN GAS ARGON Muh Alfatih Hendrawan1), Achmad Choironi Syaiful Huda2), Dany Maryanto3) 1,2,3) Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Surakarta Email :
[email protected] Abstrak Sebelumnya telah dilakukan penelitian dengan membandingkan kualitas sambungan las konvensional dan penambahan gas Argon. Hasilnya menunjukkan bahwa dengan penambahan gas Argon akan meningkatkan kualitas sambungan las titik pada material aluminium. Penelitian ini merupakan lanjutan dari sebelumnya dimana bertujuan untuk mengetahui bagaimana struktur makro dan mikro yang terbentuk dari hasil pengelasan spot welding dengan variasi parameter las dan debit gas argon pada aluminium paduan. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah Arus pengelasan 7 kA, 8 kA dan 9 kA waktu pengelasan 0.5 dt, 0.6 dt, dan 0.7 dt dengan variasi debit gas argon 5 L/menit, 10 L/menit dan 15 L/menit. Material aluminium paduan dengan ketebalan 1mm. Dari Hasil percobaan menunjukkan bahwa lebar nuggget terkecil adalah adalah 1.9 mm terjadi pada pengelasan arus 7000 A, waktu 0.5 detik dan debit gas argon 5 L/menit sedangkan diameter nugget terbesar adalah 2.5 mm pada pengelasan arus 9000 A, waktu 0.7 detik dan debit gas argon 10 L/menit. Dari hasil pengujian foto makro menunjukkan bahwa varisi debit gas argon memberikan pengaruh yang tidak berarti terhadap lebar diameter nugget. Atau dapat disimpulkan variasi debit gas argon tidak berpengaruh terhadap lebar diameter nugget yang dihasilkan. Hasil uji struktur mikro menunjukkan bahwa varisi debit gas argon memberikan pengaruh yang tidak berarti terhadap porositas yang terjadi pada nugget. Kata Kunci: Spot Welding, Aluminium Paduan, Gas Argon
Pendahuluan Dalam industri manufaktur Salah satu jenis proses pengelasan yang banyak digunakan adalah proses pengelasan titik (Spot welding) yaitu salah satu teknik pengelasan yang digunakan untuk menyambung dua plat atau lebih. Jenis pengelasan ini sering digunakan karena prosesnya yang cepat, hasil sambungan rapi, dan tidak membutuhkan material pengisi (filler). Material aluminium dan paduannya adalah salah satu jenis logam yang banyak digunakan dalam dunia industri karena sifatnya yang ringan tahan terhadap korosi dan merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. Karena sifat-sifat tersebut penggunaan bahan aluminium menjadi sangat luas seperti penggunanan pada alat-alat rumah tangga seperti bingkai jendela, rak dan lemari juga alat-alat dapur. Dalam industri otomotif beberapa komponen otomotif terbuat dari aluminium seperti mobil box atau bodi pesawat terbang. Dalam konstruksi seperti pembuatan pipa, tabung, tangki, kawat dan lain lain. Karena penggunaannya yang sangat luas maka penelitian tentang aluminium akan terus berkembang. Selain keunggulan sifat-sifat di atas aluminium juga memiliki sifat yang dipandang kurang baik yaitu aluminium sukar untuk dilas dan mudah teroksidasi dengan oksigen di udara. Oksidasi adalah proses bereaksi suatu material terhadap adanya oksigen disekitarnya, biasanya akan menimbulkan sifat-sifat yang kurang baik. Proses oksidasi akan berlangsung lebih cepat, ketika material dalam keadaan panas, sebagaimana pada proses pengelasan. Pada penelitian sebelumnya, Hendrawan (2012) telah membandingkan sambungan aluminium hasil pengelasan titik dengan metode konvensional dan penambahan gas Argon. Penelitiannya menyimpulkan bahwa adanya penambahan gas Argon akan Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 1
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
meningkatkan kekuatan hasil pengelasan yang terjadi, hal ini dikarenakan nugget pada sambungan las dengan gas Argon memiliki tingkat porositas yang lebih sedikit dibandingkan pengelasan konvensional. Kahraman pada tahun 2005 juga melakukan penelitian yang serupa pada material Titanium, dimana penelitiannya menyimpulkan bahwa kekuatan tarik hasil las dengan gas Argon lebih tinggi dibanding yang konvensional. Oleh karena itu, penelitian ini merupakan lanjutan dari sebelumnya, dimana untuk mengetahui lebih lanjut apakah ketika penambahan gas Argon divariasikan akan mempengaruhi kualitas sambungan las pada aluminium paduan, khususnya pada kajian metalografinya. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Menghitung lebar nugget hasil pengelasan spot welding 2. Mendiskripsikan hasil uji foto makro sambungan las 3. Mendiskripsikan uji struktur mikro pada logam las Studi Pustaka Kahraman, N (2005), dalam penelitiannya tentang pengaruh parameter las titik pada Titanium. Tebal Titanium 1,5 mm dengan parameter pengelasan, untuk arus konstan yaitu 10.000 A, gaya elektroda 2000 N, 4000 N, 6000 N dan waktu pengelasan 5 siklus, 15 siklus, 25 siklus serta suasana pengelasan pada udara terbuka dan menggunakan gas argon. Pengujian mekanik yang dilakukan meliputi pengujian kekuatan sambungan dengan metode pengujian tarik dan pengujian kekerasan dengan metode Vickers. Dari hasil uji tarik didapatkan bahwa hasil dari kekuatan tarik-geser dengan menggunakan gas argon lebih tinggi daripada di udara terbuka. Hasil uji kekerasan memperlihatkan bahwa daerah nugget (manik) adalah daerah yang paling keras diikuti dengan daerah HAZ dan logam induk. Shamsul J.B. dan Hisyam, M.M. (2007), meneliti tentang hubungan diameter nugget dan arus listrik pada pengelasan titik baja stainliss steel tipe 304, dan juga pengaruh besar arus listrik pada distribusi kekerasan mikro. Pada penggunaan arus listrik berbeda menunjukkan bahwa semakin besar arus listrik yang digunakan maka diameter nugget juga semakin besar, dimana untuk arus listrik 2,5 kA diameter nugget sebesar 3 mm, 3,75 kA sebesar 3 mm, 5 kA dan 6,25 kA sebesar 6 mm. Namun besar arus pengelasan tidak berpengaruh banyak pada distribusi kekerasan pada daerah pengelasan. Sedangkan Hendrawan pada tahun 2012 menyatakan bahwa adanya penambahan gas Argon pada pengelasan spot welding pada material Aluminium akan memberikan pengaruh positif pada sambungan las. Hal ini dibuktikan dengan berkurangnya porositas yang terjadi pada nugget untuk sambungan las yang menggunakan penambahan gas Argon. Metodologi penelitian • Bahan dan alat Material yang digunakan adalah aluminium paduan Al-Si yang mendekati seri 4000 ( Al 98,66 %; Si 0,4120 % ; Fe 0,,2270 % ) dengan panjang 101,6 mm lebar 25,4 mm dan tebal 1 mm. Adapun standar pengujian kekuatan sambungan dengan ASME IX, sehingga dimensi material uji sebagaimana pada gambar 2.
Gambar 1. Specimen percobaan dengan standar ASME IX Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 2
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Adapun diagram alir peneltian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut :
Gambar 2. Diagram alir penelitian Alat penelitian Fixture Komponen dirancang dengan mengikuti bentuk specimen material percobaan yang mengikuti standar ASME IX. Fixture ini berfungsi untuk menempatkan specimen ketika proses pengelasan dan berfungsi sebagai locator bagi pipa yang digunakan untuk mengalirkan gas Argon.
Gambar 3. Fixture penempatan benda kerja pada pengelasan spot welding dengan gas Argon Hasil dan Pembahasan Hasil pengujian foto makro
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 3
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Hasil pengujian foto mikro
Gambar 4. Hasil uji foto makro dan mikro Hasil pengukuran diameter nugget secara keseluruhan adalah sebagai berikut : tabel 4. Diameter nugget
Pembahasan Hasil Uji Struktur Makro Dan Mikro Arus dan waktu mempunyai pengaruh positif terhadap hasil pengelasan spot welding. Hal ini dapat dilihat dari persamaan H = I2.R.t bahwa semakin besar arus dan waktu maka semakin besar heat input yang diberikan, semakin besar heat input yang diberikan maka berpengaruh terhadap diameter nugget yang terbentuk. Tabel 3. hasil uji foto makro pengelasan spot welding yang menunjukkan terbentukknya nugget. Area yang ditandai kotak merah adalah besarnya diameter nugget yang terbentuk. Garis hitam tengah pada gambar adalah celah kedua logam aluminium. Besarnya hambatan diantara dua logam ini lebih besar dari pada tahanan dalam material. Ketika arus tinggi dialirkan pada kedua logam melalui dua ujung elektroda maka energi panas tertinggi terjadi diantara dua logam. Energi panas ini menghasilkan suhu tinggi yang menyebabkan kedua material meleleh. Material meleleh berawal dari satu titik pusat ditengah kemudian merambat melebar, karena kedua plat ditekan oleh elektroda maka kedua material yang meleleh menyatu. Saat arus berhenti dialirkan logam cair akan mengeras dan terbentuklah nugget seperti pada gambar 5.
Gambar 5. Proses terbentuknya nugget. (a) sebelum arus dialirkan, (b)awal arus dialirkan, (c) akhir arus dialirkan, (d) setelah nugget dingin, (e) hasil foto makro 20x. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 4
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Pada tabel 4. dapat dilihat bahwa diameter nugget terkecil terjadi pada proses pengelasan no 1 yaitu pada arus 7000 A, waktu 0.5 detik dan debit gas argon 5 L/menit, kemudian diameter nugget terbesar terjadi pada pengelasan no 26 yaitu pada arus 9000A, waktu 0.7 detik debit gas argon 10 L/menit. Dari data tersebut terlihat bahwa semakin besar arus dan waktu yang diberikan maka semakin besar diameter nugget yang terbentuk. Hasil pengujian foto struktur mikro terdapat pada tabel 5. foto diambil pada bagian nugget, bahan sheet metal adalah aluminium paduan mengandung 0.41 % Si, akan tetapi pada pembesaran 200x unsur Si tidak terlihat dalam struktur mikro. Hal ini karena kandungan Si yang terlampau sedikit untuk sebuah paduan Al-Si yaitu di bawah 1.65 % seperti terlihat pada gambar berikut. Sedangkan kandungan unsur Si yang digunakan pada paduan aluminium Al-Si menurut Aluminium Association adalah antara 4.5 % - 23 % Si.
Gambar 6. pembesaran diagram fasa Al-Si dengan Si<2% Pada gambar 5. hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa semakin besar debit gas argon yang dialirkan semakin sedikit porositas yang terjadi namun tak signifikan seperti yang terjadi pada pada gambar 4.6. Ini menunjukkan bahwa variasi debit gas argon memberikan sedikit pengaruh atau pengaruh yang positif namun tak signifikan.
Gambar 7. hasil penelitian perbandingan pengelasan di lingkungan udara bebas (kiri) dan lingkungan gas argon (kanan) (Hendrawan, 2012) Jika dibandingkan dengan penelitian sebelumnya oleh Hendrawan (2012) tentang pengaruh penggunaan gas lindung Argon pada pengelasan Spot welding pada bahan aluminium murni menunjukkan bahwa ada pengaruh yang signifikan penggunaan gas lindung Argon terhadap porositas yang terjadi dibandingkan dengan pengelasan tanpa menggunakan gas Argon seperti terlihat pada gambar 8. Namun pada penelitian ini menunjukkan bahwa variasi penggunaan debit gas Argon (5, 10, dan 15 L/menit) pada pengelasan Spot Welding memberikan pengaruh yang tidak berarti atau sedikit sekali pengaruh yang diberikan oleh variasi debit gas argon sehingga dapat dikatakan tidak berpengaruh terhadap porositas yang terjadi pada daerah nugget. Kesimpulan Dari analisa yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Dari hasil uji foto makro diameter nugget terkecil adalah 1.9 mm terjadi pada pengelasan arus 7000 A, waktu 0.5 detik dan debit gas argon 5 L/menit sedangkan diameter nugget terbesar adalah 2.5 mm pada pengelasan arus 9000 A, waktu 0.7 detik dan debit gas argon 10 L/menit. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 5
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
2. Hasil uji foto makro menunjuk-kan bahwa arus dan waktu memberikan pengaruh yang signifikan pada pembentukan nugget, sedangkan gas argon memberikan pengaruh yang tidak berarti pada pembentukan diameer nugget. 3. Hasil uji struktur mikro menunjukkan bahwa semakin besar debit gas argon yang diberikan maka semakin sedikit porositas yang terjadi namun pengaruh ini tidak signifikan. Ucapan Terima Kasih Terima kasih sebesar-besarnya kepada Universitas Muhammadiyah Surakarta melalui scheme Dana Penelitian Kolaboratif yang berkenan membiayai penelitian ini sampai selesai pada tahun 2013. Daftar Pustaka Amstead, B.H., Djaprie, S. (Alih Bahasa), 1995, Teknologi Mekanik, jilid I, PT. Erlangga, Jakarta. Hendrawan, Muh Alfatih, (2012), Studi Komparasi Kualitas Hasil Pengelasan Paduan Aluminium Dengan Spot Welding Konvensional Dan Penambahan Gas Argon, proceeding Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi (SNAST), Akprind, Yogyakarta Hendrawan, Muh Alfatih, Tutur Angga Kusuma (2013), Studi Metalografi Hasil Pengelasan Spot Welding Tipe Konvensional Dan Penambahan Gas Argon, proceeding Seminar Nasional Sains dan Teknologi ke-4 (SNST), Universitas Wahid Hasyim, Semarang Hendrawan, Muh Alfatih, (2013), Studi Pengaruh Variasi Volumetrik Gas Argon Dan Parameter Proses Pengelasan Spot Welding Terhadap Kualitas Sambungan Pada Paduan Aluminium, proceeding Simposium Nasional Teknologi Terapan I (SNTT), Universitas Muhammadiyah Surabaya, Surabaya Kahraman, N., (2005), The influence of welding parameter on the joint strength of resistence spotwelded titanium sheet, SPE Jurnal (november 2005). Shamsul, J.B., dan Hasyam, M.M., (2007), Penelitian tentang hubungan diameter nugget dan arus listrik pada pengelasan titik baja stainless steel tipe 304 dan pengaruh besar arus listrik pada distribusi kekerasan mikro, Jurnal Teknik Mesin Unhas. Unhas Ruukki, 2007, Resistance Welding manual, Rautaruukki Corporation, Finlandia. Sri Widarto, 2007, Menuju Juru Las Tingkat Dunia, Pradnya Paramita, Jakarta.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
MET05 - 6
