Analisa Pengaruh Tebal Pelat Dan Kuat Arus Terhadap Distorsi Sudut, Struktur mikro Dan Kekerasan Pada Pengelasan Multilayer Pelat Datar Dengan Menggunakan GMAW Metal Transfer Type Pulsa
Oleh: Sukendro. Bs Nrp. 2108201003
1
Latar belakang • Baja AISI 1045 termasuk kategori baja heat treatable dan sering digunakan sebagai material komponen-komponen mesin. • Didalam proses pengelasan sering muncul distorsi pada hasil lasan. • Distorsi disebabkan pemuaian saat pemanasan dan penyusutan saat pendinginan tidak sebanding. • Siklus thermal pada pengelasan dapat mempengaruhi struktur mikro dan distribusi kekerasan di daerah-daerah pada hasil las. • Pengelasan sistem multilayer akan menimbulkan efek preheat dan postheat antar layer. • Hasil las dengan kekuatan yang tinggi pada sambungan las dapat dicapai dengan menggunakan pengelasan multilayer.
2
1
Perumusan masalah 1. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distorsi sudut arah longitudinal dan arah transversal yang muncul pada hasil lasan didalam system pengelasan multi layer? 2. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap struktur mikro hasil lasan? 3. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap kekerasan pada daerah-daerah hasil lasan? 4. Bagaimana bentuk model matematis yang dapat menggambarkan pengaruh tebal (t) dan arus (I) terhadap distorsi sudut?
3
Tujuan penelitian •
•
Mengidentifikasikan pengaruh perubahan tebal pelat (t) dan kuat arus (I) terhadap distorsi arah longitudinal dan transversal pada sistem pengelasan multilayer dengan menggunakan alat las GMAW metal transfer type pulsa. Mengidentifikasikan pengaruh terbesar dari variabelvariabel faktor terhadap respon distorsi sudut, struktur mikro, struktur makro dan kekerasan.
4
2
Manfaat penelitian •
•
Dari parameter las yang diambil untuk pengelasan, dapat digunakan sebagai referensi pada proses pengelasan yang akan datang dengan parameter dan material yang sama untuk mengurangi efek distorsi sudut yang ditimbulkan pada hasil las. Dapat menentukan dalam bentuk model matematis pengaruh efek pengaruh tebal pelat (t) dan kuat arus (I) dengan sistem pengelasan multilayer terhadap distorsi sudut menggunakan las GMAW tipe pulsa.
5
Batasan masalah 1. Material benda kerja yang digunakan memiliki komposisi kimia yang homogen. 2. Bentuk dan ukuran kampuh las sebelum dilas homogen sepanjang benda kerja. 3. Ketebalan pelat material benda kerja yang digunakan dianggap merata. 4. Kondisi mesin las, alat uji, dan alat ukur dalam kondisi terkalibrasi. 5. Luas benda kerja sebelum dilas tidak dilakukan variasi dan dianggap konstan pada semua spesimen benda kerja. 6
3
Penelitian sejenis 1. 2. 3. 4.
Menurut Anggono, distorsi sudut pada hasil pengelasan dengan menggunakan las SMAW dipengaruhi secara signifikan oleh tebal pelat (1997). Menurut Rusdianto, distorsi sudut dipengaruhi secara signifikan oleh tegangan, kuat arus, kecepatan pengelasan dan panjang pengelasan (1999). Menurut Suanda, distorsi sudut pada pengelasan baja lunak dengan las SAW dipengaruhi secara signifikan oleh kuat arus dan luas permukaan yang dilas (2001). Menurut Triyono, distorsi bowing pada pengelasan 2 baja yang tidak sejenis dengan menggunakan las GMAW dipengaruhi secara signifikan oleh masukan panas. (2006).
7
5.
6.
Menurut Pranowo, distorsi sudut yang timbul pada pengelasan sambungan T dapat dikurangi dengan pengaturan kedalam penetrasi yang ditentukan dengan oleh pemilihan parameter las yang tepat (2007). Menurut Awia, distorsi sudut, struktur mikro dan kekerasan hasil las pada pengelasan dengan las GMAW metal transfer type spray dipengaruhi secara signifikan oleh kuat arus dan tebal pelat (2009).
8
4
Skema las GMAW
9
Siklus termal pada proses pengelasan
Gb. Pengaruh tebal plat terhadap siklus thermal pada proses pengelasan
Gb. Pengaruh masukan panas terhadap siklus thermal pada proses pengelasan
10
5
Proses solidifikasi pada hasil lasan
11
Pengaruh layer dalam sistem pengelasan multilayer • SCGC (Subcritically Reheated Grain Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan dibawah temperatur A1, tetapi lebih dari 200ºC. • ICGC (Intercritically Reheated Grain Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan diantara temperatur A1 dan A3. • SCGR (Supercritically Reheated Grain Refined), yaitu daerah yang mengalami pemanasan antara temperatur A3 hingga 1200°C. • UAGC (Unaltered Grain-Coarsened), daerah yang terkena pemanasan kembali lebih dari 1200°C atau daerah yang terkena pemanasan kurang dari 200°C.
12
6
Bentuk-bentuk distorsi
13
Flowchart penelitian
14
7
Setting awal software minitab untuk mendapatkan formasi model CCD
15
Level yang digunakan pada variabel X1 dan X2
16
8
Komposisi kimia spesimen benda kerja dan elektroda • Baja AISI 1045
• Elektroda AWS ASME/SFA 5.18:ER.70 S-6 diameter 0,8 mm
17
Persiapan spesimen benda kerja 1. Bentuk groove yang digunakan didalam penelitian.
2. Jumlah layer yang digunakan didalam penelitian.
18
9
Rancangan desain eksperimen
19
Kecepatan pengelasan yang terukur pada tiap layer
20
10
Koordinat titik pengukuran dan penempatan benda kerja saat dilakukan pengukuran dengan dial indikator
y1 = 90 mm untuk tebal pelat 8 mm, y2 = 100 mm untuk tebal pelat 13 mm dan y3 = 120 mm untuk tebal pelat 20 mm yang dicapai saat setting dial indikator = 0
21
Penempatan koordinat titik pengukuran distorsi di benda kerja pada pengelasan dengan arus 150 A (Garis merah merupakan arah pengelasan)
Gb 1. Tebal 8 mm.
Gb 2. Tebal 13 mm.
Gb 3. Tebal 20 mm.
22
11
Lokasi pengambilan data didalam pengujian kekerasan
23
Pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distorsi sudut maksimum
24
12
1. Plotting data kedalam bentuk respon surface •
Pengaruh tebal pelat pada pengelasan dengan arus 125A.
Gb 1. Pengelasan dengan tebal pelat 8 mm. Gb 2. Pengelasan dengan tebal pelat 13 mm.
Gb 3. Pengelasan dengan tebal pelat 20 mm.
•
25
Distorsi sudut dalam arah longitudinal akibat pengaruh tebal pada pengelasan dengan arus 125 A. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi x = 80 mm)
26
13
•
Distorsi sudut dalam arah transversal akibat pengaruh tebal pada pengelasan dengan arus 125 A. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi z = 180 mm)
27
•
Pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm.
Gb 1. Pengelasan dengan kuat arus 125 A.
Gb 2. Pengelasan dengan kuat arus 150 A.
Gb 3. Pengelasan dengan kuat arus 175 A.
28
14
•
Distorsi sudut dalam arah longitudinal akibat pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi x = 80 mm)
29
Distorsi sudut dalam arah transversal akibat pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi z = 180 mm).
30
15
2. Struktur makro hasil lasan. L4 L2
Logam las
Logam induk
L3 L1
HAZ
L5
a. Kuat Arus 125 A.
a. Tebal 8 mm. L4
L3
Logam induk
Logam las
L2 L1
HAZ L5
b. Tebal 13 mm. L4
L3 L1
b. Kuat Arus 150 A. Logam induk
L2
HAZ
Logam las
L5
c. Tebal 20 mm. Gb 1. Pengaruh tebal pada kuat arus 125 A.
c. Kuat arus 175 A. Gb 2. Pengaruh kuat arus pada tebal 31 20 mm.
3. Struktur mikro hasil lasan
Gb 1. Daerah logam las
Gb 2. Daerah HAZ.
Gb 3. Daerah logam induk.
32
16
4. Pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distribusi kekerasan didaerah-daerah lasan 1. Pengaruh tebal pelat dengan arus pengelasan 125A.
33
2. Pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 8 mm
34
17
5. Model matematik 1. Model matematik untuk distorsi sudut maksimum didapat sebagai berikut: Ў = 2,03 + 0,84X1 - 0,93X2 + 0.48X12 + 0,61X22 – 0,29X12 +ε
(4.1)
2. Model matematik untuk distorsi sudut arah longitudinal didapat sebagai berikut: Ў = 1,996 + 0,83X1 - 0,92X2 + 0,48X12 + 0,61X22 – 0,297X12 +ε
(4.2)
3. Model matematik untuk distorsi sudut arah transversal didapat sebagai berikut: Ў = 1,369 + 0,68X1 - 0.69X2 + 0,41X12 + 0,496X22 – 0,262X12 +ε
(4.3) 35
Kesimpulan 1.
Efek kenaikan tebal pelat dan interaksinya dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kenaikan distorsi sudut pada hasil lasan arah longitudinal dan transversal, dimana kenaikkan tebal pelat dapat menyebabkan kenaikan distorsi sudut pada level kuat arus 125 A sebesar 45% untuk arah longitudinal dan 50% untuk arah transversal. Sedangkan untuk distorsi sudut maksimum mengalami kenaikan sebesar 45%. Distorsi sudut arah longitudinal cenderung mendekati liniear dan pada arah transversal berbentuk melengkung (curvature) pada hasil lasan dengan tebal 8 mm dan 13 mm.
2.
Efek kenaikan kuat arus dan interaksinya dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penurunan distorsi sudut pada hasil lasan arah longitudinal dan arah transversal, dimana penurunan distorsi sudut pada level tebal 20 mm mencapai 48% untuk arah longitudinal dan 50% untuk arah transversal, sedangkan untuk distorsi sudut maksimum terjadi penurunan sebesar 48%. Distorsi sudut arah longitudinal cenderung mendekati liniear dan pada arah transversal berbentuk melengkung (curvature) pada hasil lasan dengan tebal 8 mm dan 13 mm.
36
18
3.
Efek tebal pelat dan kuat arus dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap struktur mikro hasil lasan saat proses solidifikasi di logam las dan pembentukan struktur ferrit dan pearlit daerah HAZ.
4.
Efek tebal pelat dan kuat arus dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distribusi kekerasan didaerah hasil lasan, yang meliputi logam las, HAZ dan di logam induk pengaruhnya tidak terlalu signifikan.
5.
Efek tebal pelat dan kuat arus terhadap respon distorsi sudut dapat dimodelkan kedalam model matematik berbentuk kuadratik yang dapat menggambarkan model sistem dari penelitian dengan harga R2 = 98,2% untuk distorsi sudut maksimum, harga R2 = 98,1% untuk distorsi sudut arah longitudinal dan harga R2 = 97,9% untuk arah transversal, dimana secara statistik model dapat menggambarkan sistem dengan baik dan terjadi iteraksi antara tebal pelat dan kuat arus lebih didominasi kuat arus terhadap pengaruh respon distorsi sudut yang ditandai nilai negatif untuk faktor X12 pada model matematik untuk distorsi sudut maksimum, distorsi sudut arah lonngitudinal dan distorsi sudut arah transversal.
37
Terima kasih
38
19
Gb 1. Sisi awal pengelasan
Gb 2. Sisi akhir pengelasan 39
20
