POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
KEKUATAN TARIK DAN GESER DENGAN PENGELASAN RESISTANCE SPOT WELDING (RSW) ANTARA BAJA KARBON RENDAH DENGAN ALUMINIUM Salim1, Triyono2 1
Mahasiswa Megister Teknik Mesin UNS 2 Staf Pengajar S2 Teknik Mesin UNS
ABSTRACT This study aims to determine the mechanical properties of the image area of a welded connection of two different metals. Resistant Welding Spot Welding method. In this welding jointing material is low carbon steel SS 400 with a 1 mm thick aluminum 6061 TI 2 mm and were given assistance filler powder between steel and aluminum alloys (Fe - 10% Al). Welding performed on two samples with the welding time and voltage output 5 seconds each - each 2.02 volt and 2.30 volt. Tests carried out by tensileshear testing machine, tension and metallographic cross. The test results showed for tensile shear test on the output voltage of 2.30 volts and 843 MPa for 2.02 volt output voltage of 830 MPa. Was to test tensile (cross tension) respectively - each amounting to 434 MPa and 6 MPa. Further to the metallographic photos with the same time and the higher the load voltage shows the union between a low carbon steel with a bridged aluminum filler, the better. Keyword, Las points, low carbon steel and aluminum, filler, tensile test shear, cross tension and metallography. 1. Pendahuluan Seiring dengan perkembangan teknologi dibidang industri manukfaktur, pengelasan merupakan bagian yang tidak terpisahkan. Salah satu jenis pengelasan adalah Resistance Spot Welding (RSW). RSW yaitu suatu proses penyambungan permanen
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
melalui peleburan lokal yang menghasilkan sesuatu produk sesuai panas, tekanan, metalurgi dari dua material yang berbeda baik sifat kimia dan mekaniknya. Jenis pengelasan ini bertujuan untuk meningkatan baik kwalitas maupun kwantitas. Metode ini sangat populer dalam proses pengelasan
107
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
industri otomotive, karena dengan metode ini lebih mudah, cepat, biaya rendah dan dapat di otomatisasi Ambroziak, dkk,. 2010) . Bahan yang digabungkan/dilas dapat satu jenis logam atau beda logam. Suatu industri manukfaktur, mempunyai tuntutan akan kebutuhan bahan yang berbeda untuk digabung menjadi satu dengan tujuan berat suatu kontruksi akan lebih ringan, tetapi tidak mengurangi kwalitas dari sifat mekanik dan fisiknya. Wiryosumarto, dkk (1985) mengatakan bahwa sebagian besar cacat las yang terjadi pada paduan aluminium adalah retak las dikarenakan pemisahan. Pada proses pengelasan RSW yang berbeda logam, agar supaya hasilnya memuaskan perlu adanya media penghubung dengan menggunakan material bantu (filler).
Maret 2012
satu dengan logam lain dapat menyatu dengan baik. Sulardjaka, dkk (2003) menjelaskan dalam pemilihan logam pengisi (filler) yang benar akan menghindari retak panas pada hasil lasan. Sehingga dalam penggunaan sambungan las, proses pengelasan dan pemilihan bahan dasar merupakan hal penting yang harus diperhatikan. Jenis filler akan berpengaruh terhadap perilaku mekanik sambungan las. Pemilihan filler pada pengelasan didasarkan pada komposisi logam induk (base metal), yang dilas, titik cair, pembekuan, cara pengelasan dan sifat lasan yang diinginkan. Pada penelitian ini dilakukan pengujian tarik dan geser serta pengamatan struktur mikro untuk mengetahui kekuatan hasil pengelasan dengan bahan bantu filler. Landasan Teori Proses pengelasan dengan metode Resistance Spot Welding , Menurut Cary, 1994 seperti pada gambar ini
Filler berguna untuk dapat menyembatani antar logam yang
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
108
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Di dalam proses pengelasan , energi yang diperoleh dari travo listrik mesin las berpindah melalui elektroda ke benda kerja logam induk. Energi yang berpindah ke benda kerja ini dapat dikatakan sebagai masukan panas (heat transfer). Masukan panas ini diserap oleh bahan induk merubah kondisi benda menjadi cair. Peningkatan masukan panas proses las akan memberikan perubahan sifat mekanik , yakni kecenderungan penurunan kuat tarik dipengaruhi oleh kenaikan masukan panas. (Surasno, 2008). Penurunan juga disebabkan proses pelarutan unsur paduan, sehingga bahan menjadi lunak (Gunawan Dwi Haryadi, dkk., 2004) Secara umum terdapat 3 daerah
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
Maret 2012
sambungan las , yaitu daerah pengelasan (Fusion Zone), daerah terpengaruh panas (heat effected zon, HAZ) dan daerah tak terpengaruh panas (unaffected zone). Dalam pengelasan RSW faktor daerah pengelasan yang menunjukan besar arus dan waktu pengelasan merupakan faktor penting yang mempengaruhi struktur mikro yang terbentuk serta kekuatan mekanik dari sambungan las yang dihasilkan.(Maradu Sibarani, dkk., 2005) Pemilihan filler pada pengelasan didasarkan pada komposisi logam induk (base metal) yang dilas, titik cair, pembekuan, cara pengelasandan sifat lasan yang diinginkan. Juga harus dipertimbangkan logam pengisi 109
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
(filler), komposisi logam las dapat dikontrol oleh komposisi logam induk dan ratio kelarutan (Kou, 1987). By.X. Sun dkk.,(2004) Setiap penambahan waktu pengelasan dan Load Voltage akan menambah kecepatan peleburan yang ahkirnya menyatu. Fenomena pengelasan antara baja karbon rendah dengan aluminium 6061 menjadi menarik untuk diteliti dari sisi kekuatan dan fotografinya pada daerah pengelasan. Karena masing – masing logam mempunyai sifat yang berbeda. Untuk baja karbon rendah mempunyai berat jenis 7800 C Si Mn P 0,2 0,09 0,53 0,01
kg/m3 sedangkan untuk aluminium 2700 kg/m3 sedangkan titik cair o baja karbon rendah 1350 C, aluminium 660 oC serta menggunakan material bantu berujud serbuk perpaduan antara baja dan aluminium 2. Metode Penelitian. Dalam penelitian ini digunakan baja karbon rendah jenis baja SS 400 dengan ukuran panjang 100 mm, lebar 20 mm dan tebal 1 mm. Komposisi baja SS 400 (%) :
S 0,04
Ni 0,03
Cr 0.03
Fe Bahan utama
Sumber :http://repository.gunadarma.ac.id:8500/119/1/lapisan_metalik_rahman_9_hal_pdf
Dihubungkan/di laskan dengan plat aluminium jenis Al 6061 TI dengan ukuran panjang 100 mm, Si 0,4 – 0,8
Fe 0,7
Cu 0,15 – 0,4
Mn 0,15
Mg 0,8 – 1,2
tebal 2 mm dan lebar 20 mm. Komposisi Al 6061 TI :
Cr 0,04 – 0,05
Zn 0,25
Ti 0,25
Al Bahan utama
Sumber :http://www.batan.go.id/ptbn/php/pdf-publikasi/urania-All/2009-vol 15-1/MRK Revisi-1.ad.pdf
Untuk menyembatani kedua logam tersebut di bantu dengan filler Fe - 10% Al. Pengelasan dilakukan di bengkel las UNS dengan metode pengelasan titik (Spot Welding). Peralatan yang digunakan dalam Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
penelitian ini terdiri atas peralatan untuk proses pengelasan las titik yaitu Stationary Spot Welding (AC Point Welder) dengan spesifikasi sebagai berikut : Rate power : 16 KVA 110
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
carbon steel : 3 x 3 mm ● Main input voltage : 380 volt ● Rate input current : 42 A • Cooling Water : 10 L/min ● Duty circle rating : 20 % • Ajustable class number : 6 ● Ajustable class number : 6 class class sebagai berikut : ● Maxs. Welding tickness of low Class Number Second Emty Load Voltage 1 1,60 Volt 2 1,78 Volt 3 2,02 Volt 4 2,30 Volt 5 2,67 Volt 6 3,20 Volt Proses Pengelasan : Bahan induk yang disambung adalah baja karbon rendah SS 400 dengan aluminium 6061 TI. Bahan filler paduan baja dan aluminium (Fe – 10% Al) dibentuk serbuk, yang ditabur ditengah - tengah antara kedua material yang akan dilas dengan jumlah secukupnya, perkiraan selebar ujung elektroda dari mesin las. Pengelasan menggunakan Voltage output 2,02 Volt untuk spesimen 1 dan 2,30
Volt untuk speimen 2 dengan lama waktu pengelasan sama yaitu 5 detik. Hasil pengelasan seperti tampak pada gambar 1. Pengujian Pengujian yang dilakukan ada 3 macam : tarik – geser (gambar 2) dan cross tension (gambar 3) dengan menggunakan mesin UTM merk SANS dan struktur mikro untuk foto mikro yang ada di laboratorium material UNS. 2,02 volt 2,30 Volt
Gambar 1. Hasil pengelasan Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
111
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
Gambar 2. Uji Tarik dan Geser
Gambar 3. Cross Tension Test
a. Hasil Uji Cross Tension
Gambar 4. Grafik uji cross tension
b. Hasil Uji tarik geser
Gambar 5. Grafik uji tarik geser Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
112
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
a. Pengamatan Metalografi
Aluminium Baja Filler
Aluminium
Gambar 6. Dari kiri ke kanan : Baja, Filler dan Aluminium
Filler
HAZ Baja
Gambar 7. Dari kiri ke kanan : Base Metal, HAZ, dan Filler
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
113
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
Haz
Haz
Gambar 8. HAZ 4. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan hasil penelitian dari dua sambungan las antara baja karbon rendah SS 400 dengan aluminium 6061 TI serta ditambah dengan bahan filler perpaduan antara baja dan aluminium (Fe – Al 10%) yang berbentuk serbuk untuk uji Cross tension dan tarik geser menunjukan semakin tinggi second emty load voltage – nya kekuatanya semakin besar dimana untuk harga 2,30 Volt menunjukan 434 MPa dan 2,02 Volt sebesar 6 MPa. (gambar 4.) untuk uji cross tension. Sedangkan untuk uji tarik geser menunjukan trend yang sama, pada 2,30 Volt menunjukan 843 MPa dan pada 2,02 Volt sebesar Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
830 MPa (gambar 5). Dari sini dapat dikatakan bahwa semakin tinggi load voltage tingkat peleburan material semakin besar yang berarti tingkat penyatuan dari kedua logam semakin baik. Dari grafik menunjukan semakin lebar kearah mendatar menunjukan intermetaliknya semakin tinggi. Untuk fotografi menunjukan perbedaan antara aluminium paling terang, disusul baja karbon rendah dan selanjutnya pada filler dan paling gelap adalah daerah HAZ (Heat Affected Zone) (gambar 6 ,7 dan .8)
114
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
5. Kesimpulan Setelah dilakukan pengujian tarik geser, cross tension dengan waktu penekanan pada pedal las yang sama 5 detik dan pengamatan mikro, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut dengan waktu yang sama semakin tinggi load voltage akan menghasilkan lasan yang lebih kuat. Disebabkan tingkat peleburan kedua benda semakin baik, maka tingkat penyatuan dari kedua material yang di las dengan media filler perpaduan antara kedua jenis logam yang disambung semakin sempurna. 6. Daftar Pustaka A.Ambroziak, M. Korzeniowski, (2010) Using Resistance Spot Welding For joining Aluminium elements in automotive Industry, Wroclaw University of Technology, Lukasiewicza 5 , 50-371 By X Sun, E.V Stephens, dkk, (2004) Resistance Spot Welding of Aluminium Alloy to Steel with Transition Material – From Process to Performance, Welding Journal
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
Maret 2012
Cary, Howard B, 1989 Modern Welding Technology, Prentice Hall, New Jersey Sri
Nugroho, dkk, 2010 ”Pengaruh Penggunaan Filler Metal ER-308, ER309, dan Inconel 82 pada pengelasan Dissimilar Metal antara Baja karbon A-106 dan baja tahan karat A312 TP304H,Undip,Semarang
Harsono Wiryosumarto, Teknologi Pengelasan Logam, Pradnya Paramita, Jakarta, 2004. Sulardjaka dan Jamasri, Pengaruh Jenis Filler Pada Pengelasan TIG Transversal Butt Joint Terhadap Perilaku Perambatan Retak Fatik Pada Pengelasan Paduan AL 6061 –T4, Media Teknik No. 4 Tahun XXV Edisi November 2003 Gunawan Dwi Haryadi dan Jamasri, Pengaruh Perlakuan Panas T – 82 Pada AL 6013 Yang Telah Mengalami Proses Pengelasan Terhadap Laju Perambatan Retak Fatik, Media Teknik No. 1 Tahun XXVI Edisi Februari 2004
115
POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 1
Maret 2012
Surasno, Pengaruh Masukan Panas Pada Las Aluminium 2024 - T3, Berita Teknologi Bahan Dan Barang Teknik No. 22/2008 Maradu Sibarani dan B. Bandriyana, Pengujian Kekerasan dan Kekuatan sambungan Las TIG Pada Pipa Zirkaloi -2 Pusat Teknologi Bahan Bakar dan daur Ulang (PTBDU-Batan, Komplek PUSPITEK, Serpong , Tangerang, Metalurgi, Volume 20, No. 2 Desember 2005 http://www.batan.go.id/ptbn/php/p df-publikasi/uraniaAll/2009-vol 15-1/MRK Revisi-1.ad.pdf http://repository.gunadarma.ac.id:8 500/119/1/lapisan_metalik_r ahman_9_hal_pdf
Tarik dan Geser dengan Pengelasan…
116
