PENGARUH MAGNET EXTERNAL TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA PENGELASAN BAJA SS 41 DAN BAJA AH 36 Deddy S. Utomo*, Mohammad Nurul Misbah, ST, MT** * Mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan ** Staf Pengajar Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Sukolilo – Surabaya (60111) ABSTRAK
Pada suatu proses pengelasan seringkali ditemui suatu masalah, apalagi pada pengelasan pada dua buah logam yang berbeda atau disebut bimetal. Pada pengelasan bimetal selama proses pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya konveksi. Hidrogen difusi sangat dipengaruhi oleh terjadinya sirkulasi akibat konveksi pada weld pool selama pencairan logam induk. Tingkat sirkulasi akibat konveksi pada weld pool tersebut dapat mempengaruhi porosity pada weld pool. Karena timbulnya porosity, sifat mekanik material hasil pengelasan akan terjadi perubahan khususnya pada kekuatan material. Ini disebabkan kepadatan dari weld pool berkurang karena tergantikan oleh gas-gas hydrogen. Oleh karena itu digunakan magnet eksternal untuk mengurangi porosity pada logam laslasan. Penggunaan maknet eksternal pada pengelasan material dapat dilakukan jika basemetal dan weld metal dapat terpengaruh gaya magnetik, maka dipilih baja SS 41 dan AH 36 sebagai bahan dasar dalam penelitian ini. Selain itu baja SS 41 dan AH 36 di dalam teknik perkapalan juga diaplikasikan pada pembuatan kapal LPD 39 khususnya dibagian deck Helicopter. Medan magnet yang dipakai adalah 0 gauss atau tanpa menggunakan magnet eksternal, 10 gauss atau medan magnet sedang dan 15 gauss sebagai medan magnet yang kuat. Pengujian yang digunakan adalah uji tarik, uji impak, uji Radiography dan uji metallography. Uji tarik sendiri digunakan untuk menentukan kekuatan dan keuletan material. Ini dimaksudkan karena aplikasinya dalam perkapalan yaitu digunakan untuk deck kapal harus diketahui analisa dari kekuatan material. Sedangkan uji impack untuk mengetahui tingkat ketangguhan pada material. Uji Radiography dan uji metallography digunakan untuk mengetahui porosity yang terjadi pada pengelasan. Kata kunci: medan magnet, bimetal, sifat mekanik, weld pool, konveksi 1. PENDAHULUAN Proses pengelasan bimetal adalah proses pengelasan yang menyambungkan dua macam logam yang berbeda. Pengelasan bimetal mempunyai tingkat kerumitan yang lebih tinggi dibanding dengan pengelasan dengan logam yang sejenis. Karena logam yang tidak sejenis mempunyai karakteristik yang berbeda satu sama lainnya. Sehingga proses pengelasan logam yang tidak sejenis membutuhkan beberapa teknik tertentu, misalnya pemilihan logam yang akan disambung harus tepat, pemilihan elektrode yang sesuai, pengaturan heat input yang tepat, serta pemilihan perlakuan panas pasca pengelasan yang tepat. Untuk itu dibutuhkan suatu cara agar pengelasan bimetal lebih dapat diterima dan pada akhirnya dapat diaplikasikan dengan baik sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu cara yang mungkin dapat dilakukan adalah penambahan magnet eksternal saat proses pengelasan. Magnet eksternal dapat dibangkitkan dengan adanya elektromagnet dari kumparan yang telah dialiri listrik. Pada proses pengelasan, terjadi sirkulasi logam cair pada weld pool. Sirkulasi logam cair pada weld pool, akan berpengaruh terhadap porositas dan pelarutan unsur-unsur lain sehingga nanti akan berpengaruh juga terhadap sifat mekanik baja.
1
2. TINJAUAN PUSTAKA
Pengelasan bimetal merupakan penyambungan dua logam yang memiliki karakteristik berbeda dengan menggunakan busur las. Proses pengelasan bimetal tentu lebih rumit dibanding pengelasan satu jenis logam. Daerah sambungan (kolam las) memiliki karakteristik yang rumit karena terjadi penggabungan dua logam yang berbeda. Selama proses pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya konveksi. Hidrogen difusi dan terlarutnya unsur-unsur zat pengotor weld pool sangat dipengaruhi oleh terjadinya sirkulasi akibat konveksi pada weld pool selama pencairan logam induk. Tingkat sirkulasi akibat konveksi pada weld pool tersebut dapat mempengaruhi homogenitas, hydrogen porosity, inklusi dan segregasi pada weld pool ((Messler, R.W. 1999, hal. 298). Arus konveksi yang bekerja pada weld pool selama proses pencairan logam dipengaruhi oleh gaya gravitasi yang disebut buoyancy force, gaya karena tegangan permukaan (konveksi marangoni) dan konveksi karena gaya elektromagnetik. Di antara ketiga gaya konveksi yang bekerja, gaya elektromagnetik pada pengelasan bimetal menjadi lebih rumit lagi, karena selain terjadi sirkulasi juga terjadi perpaduan antara dua logam yang memiliki karakteristik yang berbeda. Kondisi demikian tentu berpengaruh terhadap geometri kampuh las, homogenitas struktur, ketahanan korosi dan sifat-sifat lain yang menentukan kualitas hasil lasan. 3. METODOLOGI PENELITIAN Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat baja karbon SS 41 dan AH 36. Jenis baja ini digunakan pada konstruksi kapal khususnya dibagian deck helicopter. Dimensi dari material ini adalah sebagai berikut : Type baja : - SS 41 - AH 36 Masing-masing memililki : Panjang : 250 mm Lebar : 100 mm Tebal : 12 mm Jumlah : 3 potong Proses pengelasan Proses pengelasan dilakukan sesuai dengan welding procedure specification yang sudah ada yaitu pengelasan terdiri dari 4 layer, menggunakan ampere 120 A , voltage 30 V dan travel speed antara 300-350 mm/menit . Namun untuk memberi pengaruh medan magnet pada base metal digunakan yoke saat pengelasan berlangsung. Untuk menghindari kerusakan pada yoke karena panas proses pengelasan, kaki yoke diberi bantalan kayu. Untuk base metal yang memerlukan aliran medan magnet sebesar 10 gauss tebal bantalan kayu adalah 6 cm. untuk base metal yang memerlukan aliran medan magnet 15 gauss tebal bantalan kayu adalah 4,5 cm.
Gambar 3.1 Sketsa pembuatan medan magnet
2
Pengujian Radiography Pengujian Radiography dilakukan untuk mengetahui cacat di dalam lasan. Tujuannya adalah agar spesimen uji terhindar dari cacat lasan.Pengujian ini mengacu pada ASME IX. Pengujian Tarik Pengujian tarik dilakukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan akibat gaya tarik. Standar yang digunakan dalam pengujian ini adalah AWS D11. Pengujian Impak Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui ketangguhan batang uji yang bertakik terhadap pukulan (impact). Pengujian Impak mengacu pada AWS D11. Pengujian Metallography Ukuran spesimen test mengacu pada ASTM E3, standard makroetsa mengacu pada ASTM E340, sedangkan pembacaan hasil foto mikro mengacu pada ASM section 9 dan 7. 4. PENGUJIAN DAN ANALISIS 4.1 Visual Inspection
Dari pengamatan secara visual dapat diketahui tinggi manik las masing-masing pengelasan, yaitu untuk pengelasan tanpa menggunakan medan magnet tinggi manik las di bagian face dan root sebesar 2,7 mm, pengelasan yang menggunakan medan magnet 10 gauss dibagian face tinggi manik las 2,2 mm dan bagian root 2,9 mm. Dan untuk pengelasan yang menggunakan medan magnet 15 gauss dibagian face tinggi manik las 2,5 mm dan bagian root 2 mm. Hasil pengukuran tinggi manik las dari pengelasan ketiga metode pada bagian face dan root memenuhi standard. Yaitu tidak lebih dari 3 mm. 4.2 Pengujian Radiography Secara umum hasil yang didapatkan dari pengujian radiography sudah dapat memenuhi persyaratan. Meskipun pada plat ke 3 terdapat indikasi porosity, namun besarnya masih memenuhi standar yang berlaku. 4.3 Pengujian Makro Etsa
(a) Pengelasan tanpa medan magnet
(b) Pengelasan dengan menggunakan medan magnet 10 gauss.
(c) Pengelasan dengan menggunakan medan magnet 15 gauss.
Gambar 4.1 Hasil pengujian makro etsa. Material-1 memiliki luas HAZ yang paling besar yaitu 101mm2 dan terus mengecil sampai pada material-3 dengan luas HAZ 73.25 mm2. Ditinjau dari luasan HAZ material-3 memiliki sifat mekanik yang lebih baik di bandingkan dengan material-1 dan material-2. Adanya perbedaan luasan HAZ ini disebabkan oleh gaya elektromagnetik. Karena pada dasarnya selama
3
proses pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya konveksi. Arus konveksi yang bekerja pada weld pool selama proses pencairan logam dipengaruhi oleh gaya gravitasi, gaya karena tegangan permukaan dan gaya elektro magnetik. Semakin besar gaya elektromagnetik maka akan memperkecil luasan daerah HAZ. 4.4 Pengujian Metallography
base metal SS 41
base metal AH 36
Gambar 4.2 Hasil foto mikro pada bagian base metal
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36 Gambar 4.3 Hasil foto mikro pengelasan tanpa medan magnet
4
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36 Gambar 4.4 Hasil foto mikro pengelasandengan medan magnet 10 gauss
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36 Gambar 4.5 Hasil foto mikro pengelasan medan magnet 15 gauss
5
Tabel 4.1 Prosentase kandungan ferit dan perlit hasil foto mikro. Perlakuan Pengelasan
Ss 41
Base Metal Ferit Perlit (%) (%) 59.96 40.04
Ferit (%) 63.36
Ah 36
68.86
31.15
75.87
24.13
Ss 41
69.96
30.06
86.52
13.48
Ah 36
68.86
31.15
86.2
13.8
Ss 41
59.96
40.04
87.53
12.47
Ah 36
68.86
31.15
87.42
12.58
Material
Tanpa Medan Magnet Medan Magne 10 Gauss Medan Magne 15gauss
Haz Perlit (%) 36.64
Weld Metal Ferit Perlit (%) (%) 65.38
34.62
76.07
23.93
82.14
17.86
Dari hasil pengujian didapatkan bahwa kandungan ferit dan perlit baja SS 41memiliki prosentase perlit yang lebih benyak. Itu menunjukkan bahwa baja SS41 memiliki kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja AH 36. Dari penilaian tersebut kemungkinan sambungan las bimetal antara baja SS 41 dengan baja AH 36 akan mengalami titik rawan putus pada daerah HAZ baja SS 41 karena bersifat brittle. Selain itu perbedaan kandungan perlit den ferit pada daerah HAZ SS41 dan HAZ AH36 sangat sedikit jika dibandingkan dengan perbedaan kandungan perlit dan ferit basemetal antara baja SS 41 dengan baja AH 36. Dan kandungan perlit dan ferit kedua daerah HAZ tersebut terus menurun perbedaannya seiring dengan semakin besarnya medan magnet yang digunakan pada proses pengelasan. Ini dikarnakan kemampuan medan magnet untuk menghasilkan sirkulasi aliran pada weld metal ketika mencair, sehingga membantu fusion yang lebih baik. Kandungan perlit yang terdapat pada weld metal yang proses pengelasannya tanpa menggunakan medan magnet lebih besar dibandingkan kandungan perlit pada pengelasan dengan medan magnet. Ini menunjukkan bahwa sifat mekanik baja bimetal yang dialiri medan magnet semakin baik. Pada kasus ini adanya perbedaan persentase perlit dan persebarannya disebabkan karena pengaruh medan magnet terhadap pengintian bulir perlit. Bulir ferit merupakan bagian yang dapat ditarik oleh magnet. Pada saat logam menginti adanya medan magnet menarik ferit sehingga ferit yang dihasilkan lebih banyak jika dibandingkan dengan pengintian tanpa menggunakan medan magnet. 4.5 Pengujian Tarik Tabel 4.2 Perhitungan hasil uji tarik Medan magnet (gauss)
σ ult (Mpa)
σ yield (Mpa)
0
482
363
0
488
371
10
507
395
10
509
396
15
494
386
15
508
400
Dari pengujian tarik didapatkan data bahwa σult terbesar ada pada pengelasan yang menggunakan medan magnet 10 gauss yaitu sebesar 0.509 Mpa. Dan σyield terbesar ada pada pengelasan yang menggunakan medan magnet 15 gauss yaitu sebesar 0.400 Mpa. Patah spesimen yang terjadi di base metal juga terjadi pada spesimen yang mengunakan medan magnet pada proses
6
pengelasannya. Untuk yang menggunakan medan magnet 10 gauss hasil yang diperoleh tidak berbeda jauh dengan yang menggunakan medan magnet 15 gauss. Dan spesimen yang menggunakan perlakuan medan magnet keduanya memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari pengelasan biasa. Dari pengujian tarik ini hanya bisa dilihat perbedaan kuat tarik pada material yang menggunakan pengelasan tanpa medan magnet dengam pengelasan dengan menggunakan medan magnet. Sedangkan perbedaan kuat tarik variasi dari besarnya medan magnet tidak dapat dilihat karena spesimen sama-sama patah di daerah base metal yaitu pada material SS41.
4.6 Pengujian Impak Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Pengujian Impak B0
CSA
E
A
Bt
EL
Kuat Impak
mm
mm2
joule
mm
mm
mils
joule/mm2
Material-1
10
100
129.0
80
12.74
107.87
1.61
Material-2
10
100
145.8
80
12.30
90.55
1.82
Material-3
10
100
147.5
80
12.57
101.18
1.84
Spesimen
Dari tabel 4.6 dapat disimpulkan bahwa kuat impak spesimen yang menggunakan medan magnet terbesar yaitu 15 gauss pada proses pengelasannya memiliki kuat impak yang paling tinggi yaitu 1.84 joule/mm2 kemudian diikuti spesimen yang menggunakan medan magnet 10 gauss pada prases pengelasannya yaitu memiliki kuat impak 1.82. baru kemudian spesimen tanpa parlakuan medan magnet pada pengelasannya. Ketangguhan material dipengaruhi oleh struktur mikronya. Seperti hasil dari pengujian mikro bahwa penggunaan medan magnet 15 gauss memiliki kandungan perlit yang tersebar dan paling sedikit, bisa dikatakan ketangguhannya paling baik dibandingkan dengan menggunakan medan magnet 10 gauss dan tanpa medan magnet. Dari kondisi mikro ini tentu dapat dipakai sebagai asumsi prediksi hasil dari uji Impak. Dan dari pengujian impak merupakan penegasan pembuktian dari pengujian mikro.
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 1. Pada pengujian makroetsa luas HAZ paling kecil yaitu 73,25mm pada pengelasan dengan medan magnet sebesar 15 gauss. Kemudian pada penggunaan medan magnet 10 gauss didapatkan luas HAZ sebesar 73.5mm . Dan luas HAZ terbesar yaitu sebesar 101.5mm pada pengelasan tanpa medan magnet. Dari data tersebut dapat diperoleh kesimpulan bahwa semakin besar medan magnet akan semakin memperkecil luas HAZ. Ini berarti bahwa dengan penambahan medan magnet pada pengelasan akan semakin memperkuat sifat mekanik sambungan las. 2. Pada perhitungan luasan perlit (gelap) dan ferit (terang) pada pengujian foto mikro, spesimen dengan pengelasan tanpa medan magnet memiliki prosentase perlit 17.86% sedangkan spesimen dengan pengelasan menggunakan medan magnet sebesar 10 gauss memiliki prosentase perlit 23.93% dan pengelasan dengan medan magnet 15 gauss memiliki prosentase perlit sebesar 34, 62%. Kandungan perlit pada base metal SS41 sebesar 30.06% dan base metal AH 36 sebesar 31.15%. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa penggunaan medan magnet pada pengelasan dapat memperkecil prosentase perlit yang akan berpengaruh pada sifat material yang semakin ductile. 3. Pada perhitungan pengujian tarik didapatkan bahwa pada proses pengelasan tanpa medan magnet, σ ult rata-rata 0.485 Mpa dan σ yield rata-rata 0.367 Mpa ( spesimen putus di HAZ). Untuk pengelasan menggunakan medan magnet 10 gauss σ ult rata-rata 0.508 Mpa
7
dan σ yield 0.309 rata-rata Mpa (spesimen putus di base metal SS41). Dan pada pengelasan menggunakan medan magnet 15 gauss σ ult rata-rata 0.501 Mpa dan σ yield rata-rata 0.393 Mpa (spesimen putus di base metal SS41). Dari dari hasil tersebut karena pada pengelasan dengan variasi medan magnet tidak dapat ditentukan pengelasan mana yang lebih baik. Namun tetap dapat disimpulkan bahwa pengelasan dengan menggunakan medan magnet akan memperbesar σ ult dan σ yield. 4. Pada perhitungan kuat impak hasil pengujian impak didapatkan hasil : spesimen tanpa menggunakan kuat impak sebesar 1.61 joule/ mm . medan magnet memiliki Spesimen dengan menggunakan medan magnet 10 gauss memiliki kuat impak 1.82 joule/mm .sedangkan spesimen dengan menggunakan medan magnet 15 gauss memiliki kuat impak 1.84 joule/ mm . Dari hasil perhitungan tersebut dapat dibuat kesimpulan bahwa semakin besar medan magnet yang digunakan dalam pengelasan akan menambah ketangguhan lasan. 5.2 Saran 1. Pada pengelasan material bimetal menggunakan medan magnet pengelasannya lebih sulit dikendalikan dari pada pengelasan yang tanpa menggunakan medan magnet. 2. Porositas akan lebih mudah muncul bila menggunakan medan magnet yang terlalu besar, maka perlu ditentukan terlebih dahulu besarnya medan magnet yang akan digunakan dalam pengelasan. 6. DAFTAR PUSTAKA
1. Wiryosumarto, Harsono, “Teknologi Pengelasan Logam”, ITB. 2. Callister, William D., 1997.”Materials Science and Engineering”, Department of Metallurgical Engineering The University of Utah. 3. Annual Book of American Welding Society (AWS) standard 2004, AWS D 1.2 – 2004. 4. Ramirez, J.E., Han, B., Liu, S., “Effect of Welding Variables and Solidification Substructure on Weld Metal Porosity”, Metallurgical and Materials Transaction A, 25A (10): pp. 2285 - 2294, October 1994. 5. Neonda (September 2008). " Pengaruh Penambahan Magnet Eksternal Terhadap Laju Korosi Hasil Pengelasan Antara Baja ST 37 Dan Baja EMS 45". Indoskripsi (1). http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-tugas-makalah/metodologipenelitian/pengaruh-penambahan-magnet-eksternal-terhadap-laju-korosi-hasilpengelasan-
8
