KEKERASAN DAN TEGANGAN TARIK LASAN BAJA ST-37 PADA POSISI VERTIKAL DAN HORIZONTAL Author Guidance
: Afrian Sugiharto : I Dewa Gede Ary Subagia ST.,MT.,PhD : Ir. I Nyoman Budiarsa, M.T.,PhD
ABSTRAK Las adalah suatu cara untuk penyambungan logam dengan cara dipanaskan sampai mencair. terdapat banyak teknik dalam pengelasan salah satunya adalah teknik pengelasan SMAW. Teknik pengelasan ini umum nya banyak digunakan untuk penyambungan konstruksi jembatan, penyambungan pipa dan semua bahan yang terbuat dari logam. Pengujian ini dilakukan dengan membuat sebanyak 5 spesimen untuk posisi pengelasan vertikal dan 5 spesimen untuk posisi pengelasan horizontal. Metode yang digunakan untuk pengujian yaitu radiography,NDT Ultrasonik,uji metalografi, uji kekerasan Vickers,dan uji tarik. Hasil pengujian menunjukkan nilai tegangan lebih besar terjadi pada posisi pengelasan vertikal yaitu lebih besar 0.118 kg/mm2 dari posisi pengelasan horizontal, dan memiliki nilai modulus yang lebih kecil dibandingkan dengan posisi pengelasan horizontal. Sedangkan posisi pengelasan horizontal memiliki nilai tegangan lebih kecil dibandingkan dengan posisi pengelasan vertikal tetapi memiliki nilai modulus yang lebih besar yaitu 178.92 kg/mm2 dibandingkan dengan posisi pengelasan vertikal. Pada pengujian kekerasan Vickers nilai kekerasan pada posisi horizontal lebih besar dari nilai posisi pengelasan vertikal. Pada pengujian radiografi diambil 1 cacat terbesar dari posisi pengelasan vertikal dan horizontal. Kemudian cacat terbesar di uji dengan NDT ultrasonik dan hasilnya adalah tidak ada cacat yang terjadi. Pada uji metalografi dilakukan pada area patahan dan hasilnya adalah jenis patahan ductile pada kedua posisi. Kata kunci : Las,vertikal,horizontal,NDT,cacat.
iii
HARDNESS AND TENSILE STRESS STEEL WELD ST-37 ON VERTICAL AND HORIZONTAL POSITION Author Guidance
: Afrian Sugiharto : I Dewa Gede Ary Subagia ST.,MT.,PhD : Ir. I Nyoman Budiarsa, M.T.,PhD
ABSTRACT Las is a way of connecting the metal by heating to melt. There are many techniques in welding one of which is the SMAW welding techniques. This welding technique is generally widely used for connecting the construction of the bridge, connecting pipes and all materials made of metal. Testing is done by making as many as 5 specimens for welding positions vertical and 5 horizontal specimens for welding positions. The method used for testing, namely radiography, ultrasonic NDT, metallographic test, Vickers hardness test and tensile test. The test result show value of a strains greater in vertical welding positions are greater 0118 kg / mm2 of horizontal welding positions, and has a modulus value that is smaller than the horizontal welding position. Whereas horizontal welding position has a strains value smaller than the vertical welding position but has a modulus greater value of is 178.92 kg / mm2 compared to the vertical welding position. On the Vickers hardness test hardness value in the horizontal position is greater than value of the vertical welding position. On testing radiographic taken 1 biggest flaw of vertical and horizontal welding positions. Then biggest flaw in the test with ultrasonic NDT and the result is no defect happens. On the metallography test performed on the fault area and the result is a kind of ductile fracture in the second position. Keywords: weld, vertical, horizontal, NDT, defect.
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
rahmat-Nya
penulis
dapat
menyelesaikan
Skripsi
yang
berjudul
“KEKERASAN DAN TEGANGAN TARIK LASAN BAJA ST-37 PADA POSISI VERTIKAL DAN HORIZONTAL” Dalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak I Dewa Gede Ary Subagia ST.,MT.,PhD Selaku Dosen Pembimbing I. 3. Bapak Ir. I Nyoman Budiarsa, M.T.,PhD Selaku Dosen Pembimbing II. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. I Wayan Surata M.Erg Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 6. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan proposal skripsi. 7. Kepada rekan – rekan dan semua pihak jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian proposal skripsi Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, 12 Oktober 2016
Penulis
v
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PERNGESAHAN .......................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................................... ii KATA PENGANTAR ..................................................................................................... v DAFTAR ISI ................................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah......................................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah ........................................................................................... 3 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................................. 4 2.1 Las Elektroda ................................................................................................ 4 2.1.1 Elektroda ............................................................................................ 5 2.1.2 Bahan Fluks ........................................................................................ 6 2.1.3 Busur Listrik dan Mesin las ............................................................... 8 2.1.4 Pergerakan Elektroda9 2.1.5 Posisi Pengelasan ............................................................................. 10 2.2 Metalurgi Las .............................................................................................. 11 2.3 NDT (Non Destructive Testing) Metode Ultrasonik .................................. 12 2.3.1 Gelombang Ultrasonik ..................................................................... 12 2.3.2 Jenis Gerak Gelombang ................................................................... 13 2.3.3 Macam-Macam Inspeksi Ultrasonik ................................................ 14 2.3.4 Cara Mengidentifikasi Cacat pada Lasan ......................................... 16 2.4 Uji Tarik ..................................................................................................... 17 2.5 Uji Kekerasan Vickers ................................................................................ 18 vi
2.6 NDT Radiografi .......................................................................................... 20 2.7 Uji Metalografi ............................................................................................ 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................... 21 3.1 Metode Penelitian ....................................................................................... 21 3.1.1 Variabel Uji ...................................................................................... 21 3.1.2 Geometri Spesimen .......................................................................... 21 3.1.3 Rumusan Sifat Mekanis ................................................................... 23 3.2 Tahap Penelitian ......................................................................................... 23 3.3 Diagram Alir Penelitian .............................................................................. 25 3.4 Bahan Penelitian ......................................................................................... 26 3.4.1 Baja ST 37 ........................................................................................ 26 3.4.2 Elektroda .......................................................................................... 26 3.5 Alat Penelitian ............................................................................................ 26 3.5.1 Mesin Las ......................................................................................... 26 3.5.2 NDT Ultrasonik ................................................................................ 27 3.5.3 NDT Radiografi ............................................................................... 28 3.5.4 Uji Tarik ........................................................................................... 28 3.5.5 Uji Kekerasan ................................................................................... 29 3.5.6 Uji Metalografi ................................................................................. 29 3.6 Tahap Pengujian ......................................................................................... 30 3.6.1 Proses Pembuatan Spesimen ............................................................ 30 3.6.2 Pengambilan Data ............................................................................ 32 3.6.3 Analisa Data ..................................................................................... 33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 34 4.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Sambungan Las............................................... 34 4.1.1 Hasil Uji Tarik.................................................................................. 34 4.2 Data Hasil Kekerasan Vickers Sambungan Las ......................................... 35 4.2.1 Hasil Uji Kekerasan Vickers ............................................................ 36 4.3 Hasil Pengujian NDT (Non Destructive Testing)....................................... 37 4.3.1 NDT Radiografi ............................................................................... 37 4.3.2 NDT Ultrasonik ................................................................................ 42 vii
4.4 Hasil Pengujian Metalografi ....................................................................... 43 4.4.1 Hasil Uji Metalografi Posisi pengelasan Vertikal ............................ 43 4.4.2 Hasil Uji Metalografi posisi pengelasan Horizontal ....................... 44 4.5 Pembahasan ................................................................................................ 46 BAB V PENUTUP ......................................................................................................... 48 5.1Kesimpulan ................................................................................................... 48 5.2Saran ............................................................................................................. 48 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 50 PERNYATAAN ............................................................................................................. 52 LAMPIRAN ................................................................................................................... 53
viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pelelehan Elektroda....................................................................................... 4 Gambar 2.2 Perbedaan Arus ............................................................................................. 4 Gambar 2.3 Mesin Las AC ............................................................................................... 9 Gambar 2.4 Gerakan Elektoda Melingkar ...................................................................... 10 Gambar 2.5 Posisi Pengelasan Horizontal ...................................................................... 11 Gambar 2.6 Posisi Pengelasan Vertikal .......................................................................... 11 Gambar 2.7 Daerah HAZ ................................................................................................ 12 Gambar 2.8 Skema Teori-Teori Gelombang .................................................................. 13 Gambar 2.9 Jenis-jenis Gelombang ................................................................................ 14 Gambar 2.10 Macam-macam Inspeksi Ultrasonik.......................................................... 15 Gambar 2.11 Skema Analisa Cacat ................................................................................ 16 Gambar 2.12 Spesimen Uji Tarik ................................................................................... 18 Gambar 2.13 Tipe-tipe lekukan piramid intan: (a) lekukan yang sempurna, (b) lekukan bantal jarum, (c) lekukan berbentuk tong .................................. 19 Gambar 3.1 Dimensi Spesimen Sambungan Las ............................................................ 22 Gambar 3.2 Spesimen uji tarik........................................................................................ 23 Gambar 3.3 Spesimen uji kekerasan Vickers ................................................................. 23 Gambar 3.4 Diagram alir penelitian................................................................................ 26 Gambar 3.5 Mesin las listrik ........................................................................................... 28 Gambar 3.6 NDT ultrasonik ........................................................................................... 28 Gambar 3.7 Film radiografi ............................................................................................ 29 Gambar 3.8 Alat uji tarik ................................................................................................ 29 Gambar 3.9 Alat uji kekerasan Vickers .......................................................................... 30 Gambar 3.10 Mikroskop ................................................................................................. 30 Gambar 3.11 Posisi pengelasan ...................................................................................... 31 Gambar 3.12 spesimen Uji tarik ..................................................................................... 32 Gambar 3.13 spesiment uji Vickers ................................................................................ 32 Gambar 3.14 titik pengujian Vickers .............................................................................. 33 Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Tegangan dan Modulus Elastisitas ........................... 34 Gambar 4.2 specimen uji tarik terjadi patah pada daerah HAZ ..................................... 35 Gambar 4.3 titik pengujian kekerasan Vickers ............................................................... 36 ix
Gambar 4.4 grafik kekerasan Vickers ............................................................................. 37 Gambar 4.5 spesimen V1 ................................................................................................ 37 Gambar 4.6 Spesimen V2 ............................................................................................... 38 Gambar 4.7 Spesimen V3 ............................................................................................... 38 Gambar 4.8 Spesimen V4 ............................................................................................... 39 Gambar 4.9 Spesimen V5 ............................................................................................... 39 Gambar 4.10 Spesimen H1 ............................................................................................. 40 Gambar 4.11 Spesimen H2 ............................................................................................. 40 Gambar 4.12 Spesimen H3 ............................................................................................. 41 Gambar 4.13 Spesimen H4 ............................................................................................. 41 Gambar 4.14 Spesimen H5 ............................................................................................. 42 Gambar 4.15 Indikasi layar spesimen V3 posisi pengelasan vertikal ............................. 42 Gambar 4.16 Indikasi layar spesimen H4 posisi pengelasan horizontal ......................... 43 Gambar 4.17 Mikrostruktur patahan uji tarik Posisi pengelasan Vertikal dengan perlakuan polishing ...................................................................... 43
Gambar 4.18 Mikrostruktur patahan uji tarik Posisi pengelasan Vertikal tanpa perlakuan polishing ......................................................................... 44 Gambar 4.19 Mikrostruktur patahan uji tarik posisi pengelasan Horizontal dengan perlakuan polishing ...................................................................... 44 Gambar 4.20 Mikrostruktur patahan uji tarik posisi pengelasan Horizontal tanpa perlakuan polishing ......................................................................... 45 Gambar 4.21 Foto Makro patahan .................................................................................. 45
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Elektroda Baja Lunak (AWS A5.1-64T) ........................................ 5 Tabel 2.2 Hubungan Diameter Elektroda dengan Arus Pengelasan ................................. 5 Tabel 2.3 Macam dan Fungsi Bahan Fluks ....................................................................... 6 Tabel 2.4 Pembagian metode inspeksi ultrasonik .......................................................... 15 Tabel 2.5 Ukuran Spesimen Uji Tarik ASTM D-638 ..................................................... 18 Tabel 3.1 Ukuran Spesimen Uji Tarik ASTM D-638 ..................................................... 23 Tabel 3.2 Komposisi Baja Karbon Rendah Tipe ST 37 .................................................. 27 Tabel 3.3 Komposisi Elektroda ....................................................................................... 27 Tabel 4.1 Data Regangan,Tegangan,dan Modulus ......................................................... 34 Tabel 4.2 Data nilai Kekerasan Vickers pada posisi pengelasan Vertikal ...................... 36 Tabel 4.3 Data nilai Kekerasan Vickers pada posisi pengelasan Horizontal .................. 36
xi
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Secara teori dari Deutche Industrie Normen (DIN) las adalah ikatan metalurgi
pada sambungan logam atau logam paduan yang dilakukan dalam keadaan lumer atau cair. Dari definisi tersebut dapat dijabarkan lebih lanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Ada banyak cara pengelasan yang dapat dilakukan salah satunya adalah las elektroda terbungkus dalam cara pengelasan ini digunakan kawat elektroda logam yang dibungkus dengan fluks. Dewasa ini teknik las telah dipergunakan secara luas dalam penyambungan batang-batang pada konstruksi bangunan baja dan konstruksi mesin. Luasnya penggunaan teknologi ini disebabkan karena bangunan dan mesin yang dibuat dengan mempergunakan teknik penyambungan ini menjadi lebih ringan dan proses pembuatannya juga lebih sederhana, sehingga biaya keseluruhannya menjadi lebih murah. Lingkup penggunaan teknik pengelasan dalam konstruksi sangat luas, meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja, bejana tekan, dan lain sebagainya. Disamping untuk pembuatan, proses las dapat juga dipergunakan untuk reparasi misalnya untuk mengisi lubang-lubang pada coran, membuat lapisan keras pada perkakas dan macammacam reparasi lainnya. Pengelasan bukan tujuan utama dari konstruksi, tetapi hanya merupakan sarana untuk mencapai ekonomi pembuatan yang lebih baik. Karena itu rancangan las dan tata cara pengelasan harus betul-betul memperhatikan kesesuaian antara sifat-sifat las dengan kegunaan konstruksi serta keadaan disekitarnya. ( Sumber: Harsono W.1988) Saat ini pengujian cacat las masih lemah, karena cacat yang terjadi secara menyeluruh pada bagian dalam lasan. Untuk dapat menganalisa cacat tersebut salah satu metode yang ditawarkan yaitu Non Destructive Testing (NDT) ultrasonic. NDT adalah suatu cara pengujian dengan tidak merusak benda yang akan diuji, di dalam NDT terdapat metode - metode untuk pengujian tersebut salah satunya adalah NDT ultrasonik. Kelebihan dari NDT Ultrasonik ini yaitu dapat mendeteksi kedalaman cacat serta panjang cacat yang terjadi, tetapi memiliki kekurangan bila mendeteksi
2
cacat permukaan. Baja ST- 37 banyak sekali penggunaannya antara lain untuk konstuksi jembatan atap penyangga rumah dan lain sebagainya. Bertitik tolak dari ulasan dan kajian yang telah telah dilakukan terlihat cacat pengelasan menjadi salah satu factor menurun nya sifat mekanis sambungan. Dengan demikian, melalui penelitian yang dilakukan akan di uji cacat pengelasan dengan menggunakan NDT. Dari hasil riset sebelumnya terkait hasil pengelasan yang dilakukandan dipelajari diantaranya oleh (Imam P. 2008) mempelajari cacat las elektroda dengan Non Destructive Testing (NDT), dan (Pudin S. 2012) tentang pengaruh posisi pengelasan terhadap kekuatan tarik dan kekerasan pada sambungan las pipa. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan cacatlasan secra dini sehingga keutuhan knstruksi/struktur dapat dipertahankan. Selain itu bertujuan untuk mewujudkan efektifitas dari NDT dalam menganalisa cacat pada pengelasan. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental yaitu menggunakan variasi posisi terhadap cacat pengelasan. 1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana tegangan tarik hasil pengelasan dengan posisi Vertikal dan Horizontal ? 2. Bagaimana kekerasan hasil pengelasan dengan posisi Vertikal dan Horizontal ? 3. Bagaimana struktur makro hasil pengelasan dengan posisi Vertikal dan Horizontal ? 4. Bagaimana kualitas pengelasan dengan mengunakan NDT ultrasonik dan radiografi? 1.3 Tujuan penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui tegangan tarik hasil pengelasan dengan posisi Vertikal dan Horizontal. 2. Mengetahui struktur makro hasil pengelasan dengan posisi Vertikal dan Horizontal. 3. Bagaimana kualitas pengelasan dengan mengunakan NDT ultrasonik dan radiografi.
3
1.4 Batasan Masalah Sebagai batasan masalah ditunjukkan sebagai berikut :
1. Pembuatan spesimen setiap variasi elektroda dilakukan sebanyak 5 kali. 2. Suhu disekitar daerah pengelasan dianggap sama dengan suhu ruang dan konstan. 3. Selama pengelasan diameter elektroda, arus dan tegangan konstan. 4. Pengelasan dilakukan dari atas kebawah dengan arah melingkar. 5. Posisi pengelasan horisontal
-
.
6. Pendinginan dilakukan dengan pendinginan udara. 7. Pengujian kekerasan yang dilakukan adalah uji vickers. 8. Struktur mikro pada area HAZ, logam las, dan logam induk dianggap sama pada spesimen dengan elektroda yang sama. 9. Spesimen uji tanpa perlakuan mekanis maupun kimia. 1.5 Manfaat Penelitian Dari peneltian yang dilakukan akan memberikan manfaat diantaranya yaitu: 1. Memberikan pemahaman tentang proses pengelasan elektroda terbungkus dan pemanfaatan NDT dalam mengetahui cacat lasan secara internal. 2. Memberikan pemahaman mengenai kekuatan mekanis terhadap cacat pengelasan. 3. Data-data yang diperoleh dapat digunakan sebagai bahan refrensi bagi teknisi las.
