KEKUATAN TARIK DAN KEKERASAN SAMBUNGAN LAS BAJA ST 37 DENGAN MENGGUNAKAN VARIASI ELEKTRODA Oleh Dosen Pembimbing
: Deddy Hermanto : I Dewa Gede Ary Subagia ST.,MT.,Ph.D : Ir. I Nyoman Budiarsa, M.T.,Ph.D ABSTRAK
Definisi pengelasan menurut DIN (Deutsche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Dalam proses penyambungan ini adakalanya disertai dengan tekanan dan material tambahan (filler material). Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan kekerasan vickers. Elektroda yang digunakan tipe E 6013 dan E 7016, jarak pengisi logam las 2 mm dengan sudut 60̊. Proses pengelasan pada material ST 37 dengan posisi horisontal dan arus konstan 120 A. Sebagai evaluasi dari sambungan las digunakan Non Destructive Testing (NDT), NDT yang digunakan adalah NDT Radiografi dan Ultrasonik. Pada jenis elektroda E 6013 nilai kekuatan tarik lebih tinggi dengan nilai kekuatan tariknya yaitu σu=38,166 kg/mm2 sedangkan untuk jenis elektroda E 7016 nilai kekuatan tariknya σu=37,514 kg/mm2 selisih nilai kekuatan tarik sebesar 0,652 kg/mm2. Dari grafik nilai kekerasan vickers pada base metal dan HAZ sama yaitu VHN rata-rata = 1,9 untuk setiap sambungan las pada jenis elektroda E 6013 dan E 7016. Nilai kekerasan vickers pada logam las memiliki nilai terbesar , untuk jenis elektroda E 6013 yaitu VHN rata-rata = 2,2 sedangkan untuk jenis elektroda E 7016 yaitu VHN rata-rata = 2,3. Untuk evaluasi hasil las dengan menggunakan NDT menunjukkan bahwa pada NDT radiografi menunjukkan cacat yang terjadi pada material. Sedangkan pada NDT ultrasonik tidak menunjukkan cacat yang terjadi karena cacat pada NDT radiografi masih masuk dalam standart. Hasil uji metalografi pada patahan spesimen uji memperlihatkan material ferrite dan pada spesimen patahan uji tarik memperlihatkan patahan ductile. Kata Kunci : Pengelasan, kekuatan tarik, kekerasan, NDT, cacat
iii
TENSILE STRENGTH AND HARDNESS WELDING JOINTS STEEL ST 37 USING VARIATIONS ELECTRODES
Author
: Deddy Hermanto
Guidance
: I Dewa Gede Ary Subagia ST.,MT.,Ph.D : Ir. I Nyoman Budiarsa, M.T.,Ph.D
ABSTRACT Definition of welding according to DIN (Deutsche Industrie Normen) is a metallurgical bond at the junction of the metal or metal alloy that is carried out in the molten or liquid state. In other words, the weld is the local connection of several metal rods by using heat energy. In this connection process is sometimes accompanied by pressure and additional material (filler material). This experiment is tensile test and hardness vickers. Electrodes used type E 6013 and E 7016, a distance of 2 mm weld filler metal with an angle of 60. The welding process in ST 37 material with a horizontal position and a constant current of 120 A. As an evaluation of welded joints used Non Destructive Testing (NDT), NDT is used NDT Radiography and Ultrasonic. On the type of electrode E 6013 value higher tensile strength with its strength values are σu = 38.166 kg /mm2 while for the type of electrode E 7016 the value of its strength σu = 37.514 kg / mm2 tensile strength increment of 0.652 kg / mm2. Vickers hardness value of the graph in base metal and HAZ same that VHN average = 1.9 for each weld joints on the type of electrode E 6013 and E 7016. vickers hardness value in the weld metal has the greatest value, for this type of electrode E 6013 is VHN mean = 2.2, while for the type of electrode E 7016 is VHN average = 2.3. For the evaluation of welds using NDT shows that in NDT radiography showed defects that occur in the material. While the NDT ultrasonic does not indicate defects that occur due to defects in the radiographic NDT is still included in the standard. Metallographic test results in the fracture test specimens showed ferrite material and the tensile test specimens fracture showed ductile fracture. Keyword : Welding, tensile strength, hardness, NDT, defects
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Kekuatan Tarik Dan Kekerasan Sambungan Las Baja ST 37 Dengan Menggunakan Variasi Elektroda” 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 Nyoman Gde Antara, M.Eng selaku Dosen Penguji I. 5. Bapak I Made Widyarta, ST., M.Eng Sc., Ph.D selaku Dosen Penguji II. 6. Bapak Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT selaku Dosen Penguji III. 7. Bapak Prof. Dr. Ir. I Wayan Surata M.Erg Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 8. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 9. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan skripsi. 10. Kepada rekan – rekan dan semua pihak jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian 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, September 2016 Penulis v
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................... ii ABSTRAK ............................................................................................................. iii ABSTRACT ........................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ............................................................................................ v DAFTAR ISI.......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................................. xi DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 1 1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................. 2 1.4 Batasan Masalah ................................................................................... 2 1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................ 2 BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 3 2.1 Las Busur Listrik .................................................................................... 3 2.1.1 Elektroda .................................................................................. 4 2.1.2 Pergerakan Elektroda ................................................................ 6 2.2 Baja Karbon ............................................................................................ 6 2.2.1 Baja Karbon Rendah ................................................................. 7 2.2.2 Baja Karbon Sedang ................................................................. 7 2.2.3 Baja Karbon Tinggi .................................................................. 7 2.3 NDT (Non Destructive Testing) Metode Ultrasonik ................................. 7 2.3.1 Cara Mengidentifikasi Cacat pada Lasan ................................. 9 2.4 NDT Radiografi .................................................................................... 10 2.5 Uji Tarik ............................................................................................... 10
vi
2.6 Uji Kekerasan ....................................................................................... 11 2.6 Uji Metalografi ..................................................................................... 13 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 14 3.1 Metode Penelitian ................................................................................. 14 3.1.1 Variabel Uji ............................................................................ 14 3.1.2 Geometri Spesimen................................................................. 14 3.1.3 Rumusan Sifat Mekanis .......................................................... 16 3.2 Tahap Penelitian ................................................................................... 16 3.3 Diagram Alir Penelitian ........................................................................ 18 3.4 Bahan Penelitian ................................................................................... 19 3.4.1 Baja ST 37 .............................................................................. 19 3.4.2 Elektroda ................................................................................ 19 3.5 Alat Penelitian ...................................................................................... 19 3.5.1 Mesin Las ............................................................................... 19 3.5.2 NDT Ultrasonik ...................................................................... 20 3.5.3 NDT Radiografi ...................................................................... 21 3.5.4 Uji Tarik ................................................................................. 21 3.5.5 Uji Kekerasan ......................................................................... 22 3.5.6 Uji Metalografi ....................................................................... 22 3.6 Tahap Pengujian ................................................................................... 23 3.6.1 Proses Pembuatan Spesimen ................................................... 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 25 4.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Sambungan Las .......................................... 25 4.2 Data Hasil Kekerasan Vickers Sambungan Las ...................................... 26 4.3 Hasil Pengujian NDT (Non Destructive Testing) ................................... 28 4.3.1 NDT Radiografi ...................................................................... 29 4.3.2 NDT Ultrasonik ...................................................................... 34 4.4 Data Pengujian Struktur Mikro .............................................................. 35 4.4.1 Hasil Uji Struktur Mikro Elektroda E 6013 ............................. 35 4.4.2 Hasil Uji Struktur Mikro Elektroda E 7016 ............................. 36 BAB V PENUTUP ................................................................................................ 38 5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 38 5.2 Saran..................................................................................................... 38 vii
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 40 PERNYATAAN ................................................................................................... 41 LAMPIRAN.......................................................................................................... 42
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Pelelehan elektroda ................................................................................... 3 Gambar 2.2 Jenis-jenis elektroda .................................................................................. 5 Gambar 2.3 Gerakan elektroda melingkar dan posisi pengelasan horisontal ................... 6 Gambar 2.4 Prinsip pengukuran cepat ........................................................................... 8 Gambar 2.5 Skema analisa cacat ................................................................................... 9 Gambar 2.6 Internal undercut ......................................................................................10 Gambar 2.7 Longitudinal root crack. ............................................................................10 Gambar 2.8 Tipe-tipe lekukan piramid intan. ................................................................12 Gambar 3.1 Dimensi spesimen sambungan las..............................................................14 Gambar 3.2 Spesimen uji tarik .....................................................................................15 Gambar 3.3. Spesimen uji kekerasan vickers ................................................................15 Gambar 3.4 Diagram alir penelitian ..............................................................................18 Gambar 3.5 Mesin las listrik .........................................................................................20 Gambar 3.6 NDT Ultrasonik ........................................................................................20 Gambar 3.7 Film radiografi .........................................................................................21 Gambar 3.8 Alat uji tarik .............................................................................................21 Gambar 3.9 Alat uji kekerasan vickers..........................................................................22 Gambar 3.10 Mikroskop ...............................................................................................22 Gambar 3.11 Arah pengelasan ......................................................................................23 Gambar 3.12 Pembuatan spesimen uji tarik ..................................................................23 Gambar 3.13 Pembuatan spesimen uji kekerasan ..........................................................24
ix
Gambar 4.1 Spesimen Setelah Uji Tarik .......................................................................25 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Kekuatan Tarik ........................................................26 Gambar 4.3 Skema Pengambilan Data Kekerasan Vickers ............................................27 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kekerasan Vickers Rata-Rata ...................................28 Gambar 4.5 Indikasi layar spesimen D2 Elektroda E 6013 ............................................34 Gambar 4.6 Indikasi layar spesimen E3 Elektroda E 7016 ............................................34 Gambar 4.7 Material patahan uji tarik dengan elektroda E 6013 ...................................35 Gambar 4.8 Patahan uji tarik pada spesimen dengan elektroda E 6013..........................35 Gambar 4.9 Mikrostruktur patahan uji tarik yang dihaluskan pada sambungan elektroda E 6013 ....................................................................................36 Gambar 4.10 Material patahan uji tarik dengan elektroda E 7016 .................................36 Gambar 4.11 Patahan uji tarik pada spesimen dengan elektroda E 7016........................37 Gambar 4.12 Mikrostruktur patahan uji tarik yang dihaluskan pada sambungan elektroda E 7016 .....................................................................................37
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Elektroda dari Baja Lunak ........................................................... 5 Tabel 2.2 Hubungan Diameter Elektroda dengan Arus Pengelasan ............................... 6 Tabel 2.3 Komposisi Elektroda ..................................................................................... 6 Tabel 3.1 Ukuran Spesimen Uji Tarik ..........................................................................15 Tabel 3.2 Komposisi Baja Karbon Rendah Tipe ST 37 ................................................19 Tabel 3.3 Komposisi Elektroda .....................................................................................19 Tabel 4.1 Data Kekuatan Tarik .....................................................................................25 Tabel 4.2 Hasil Uji Kekerasan Vickers..........................................................................27 Tabel 4.3 Gambar Hasil Uji NDT Radiografi Elektroda E 6013 ....................................29 Tabel 4.4 Gambar Hasil Uji NDT Radiografi Elektroda E 7016 ....................................31
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Lembar asistensi .......................................................................................42 Lampiran 2. SK Skripsi / Pembimbing..........................................................................43 Lampiran 3. Data Hasil Pengujian ................................................................................44 Lampiran 4. Foto-Foto..................................................................................................55
xii
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Teknologi pengelasan dengan elektroda terbungkus 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. (Wiryosumarto, 1988) Definisi pengelasan menurut DIN (Deutsche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Dalam proses penyambungan ini adakalanya disertai dengan tekanan dan material tambahan (filler material). Material logam yang dapat disambung dengan teknik las diantaranya yaitu baja, logam paduan, logam coran dan lain-lain. Salah satu material yang banyak dipakai dalam pengelasan adalah baja, ada beberapa jenis baja yang dipakai salah satunya baja karbon rendah. Pada penelitian ini material yang dipakai baja karbon rendah tipe ST 37. Selain harga material ini murah, baja ST 37 banyak digunakan pada kontruksi baja, rangka jembatan, tiang transmisi dan menara air. Oleh karena itu peneliti ingin meniliti kekuatan tarik dan kekerasan hasil sambungan las dengan baja ST 37 dengan variasi elektroda E 6013 dan E 7016. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana kekuatan tarik hasil pengelasan dengan elektroda E 6013 dan E 7016? 2. Bagaimana kekerasan hasil pengelasan pada elektroda E 6013 dan E 7016? 3. Bagaimana struktur pada patahan uji tarik hasil pengelasan dengan elektroda E
2
6013 dan E 7016? 4. Bagaimana kualitas pengelasan dengan mengunakan NDT ultrasonik dan radiografi? 1.3 Tujuan penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui kekuatan tarik hasil pengelasan pada elektroda E 6013 dan E 7016. 2. Mengetahui kekerasan hasil pengelasan pada elektroda E 6013 dan E 7016. 3. Mengetahui struktur pada patahan uji tarik hasil pengelasan dengan elektroda E 6013 dan E 7016. 4. Mengetahui kualitas pengelasan dengan mengunakan NDT ultrasonik dan radiografi. 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. Elektroda yang digunakan E 6013 dan E 7016. 5. Pengelasan dilakukan dari atas kebawah dengan arah melingkar. 6. Posisi pengelasan horisontal dengan sudut 10 ̊ - 25 .̊ 7. Pengujian kekerasan yang dilakukan adalah uji vickers. 8. Uji metalografi pada patahan material pengujian tarik. 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 mengevaluasi hasil pengelasan tanpa merusak material. 2. Data-data yang diperoleh dapat digunakan sebagai bahan refrensi bagi teknisi las.
