Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
PENGARUH MEDIA PENDINGIN TERHADAP HASIL PENGELASAN TIG PADA BAJA KARBON RENDAH Sukamto Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra
INTISARI Las TIG adalah salah satu pengelasan busur listrik berpelindung gas mulia dimana elektroda tidak diumpankan, dapat menjangkau pada proses pengelasan yang luas dan mempunyai kemampuan yang tinggi untuk menyatukan logam serta dapat pula mengelas pada segala posisi pengelasan dengan kepadatan yang tinggi , daya busurnya tidak tergantung pada bahan tambah yang diperlukan. Pelaksanaan pengelasan dilakukan masing-masing 3 spesimen dengan pendinginan air laut, 3 spesimen untuk pendinginan air biasa dan 3 spesimen untuk pendinginan udara. masingmasing 1 specimen untuk pengujian tarik, pengujian kekerasan dan pengujian metalografi, dimana benda uji hasil pengelasan didinginkan menggunakan media pendingin air laut, air biasa dan udara bebas. Dari hasil pengujian tarik diketahui bahwa pada logam induk sebelum pengelasan mempunyai tegangan tarik sebesar 34,63 kg/mm². Pada benda uji setelah pengelasan menggunakan proses pendinginan air mempunyai tegangan tarik sebesar 20,25 kg/mm², dengan pendinginan udara mempunyai tegangan tarik 22,75 kg/mm² dan dengan pendinginan air laut mempunyai tegangan tarik 27,07 kg/mm². Kekerasan dengan pendinginan air laut mempunyai nilai lebih tinggi dibanding dengan pendinginan air dan udara.Pada uji metalografi benda uji dengan pendinginan air mempunyai struktur butir 35,2 mm²/mm³, benda uji dengan pendinginan udara mempunyai struktur butir 32 mm²/mm³, benda uji dengan pendinginan air laut mempunyai struktur butir 48 mm²/mm³. Kata kunci: Pengelasan, Tungsten Inert Gas, media pendingin, baja karbon rendah
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Las TIG (Las Tungsten Inert Gas) adalah salah satu pengelasan busur listrik berpelindung gas mulia dimana elektroda tidak diumpankan. Las TIG dapat menjangkau pada proses pengelasan yang luas dan mempunyai kemampuan yang tinggi untuk menyatukan logam serta dapat pula mengelas pada segala posisi pengelasan dengan kepadatan yang tinggi , daya busurnya tidak tergantung pada bahan tambah yang diperlukan, sehingga las TIG dimungkinkan dipakai untuk mengelas berbagai jenis logam. Salah satu cara untuk memperbaiki sifat fisis dan mekanis suatu bahan ialah melalui perlakuan panas (Heat Treatment). Dalam penelitian ini perlakuan panas yang digunakan ialah dengan proses pendinginan air laut, air biasa dan pendinginan udara bebas dimana baja setelah proses pengelasan baja karbon rendah yang langsung didinginkan.
ISSN 1441 - 1152
126
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
B. Perumusan Masalah Bagaimanakah pengaruh media pendingin air laut, air biasa dan udara bebas terhadap hasil pengelasan TIG pada baja karbon rendah.
C. Batasan Masalah 1. Penelitian ini dilakukan pada baja setelah proses pengelasan TIG yang langsung didinginkan. 2. Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon rendah dengan ketebalan 5 mm. 3. Kampuh ½V 4. Proses pendinginannya menggunakan media air laut Parangtritis, air ledeng dan udara bebas. .
II. LANDASAN TEORI Pada umumnya baja karbon dapat dilas dengan proses pengelasan baik busur listrik, las gas, las tahanan listrik, atau jenis pengelasan lainnya (Sonawan, H. dan Suratman, R., 2003). Faktor-faktor yang mempengaruhi mampu las dari baja karbon rendah adalah kekuatan bahan terhadap jenis pengelasan yang digunakan dan kepekaan terhadap retak las. Baja karbon rendah mempunyai kepekaan retak las yang rendah bila dibandingkan dengan baja karbon lainnya. Retak las juga dapat terjadi dengan mudah pada pengelasan pelat yang tebal, akan tetapi retak las ini dapat dihindari dengan pemanasan mula. Tungsten Inert Gas Welding (Las TIG) Tungsten Inert Gas Welding adalah jenis las listrik yang menggunakan bahan tungsten (wolfram) sebagai elektroda yang tidak terkonsumsi. Elektroda ini digunakan hanya untuk menghasilkan busur nyala listrik. Pada jenis ini logam pengisi dimasukkan ke dalam daerah arus busur sehingga ikut mencair dan terbawa ke logam induk. Tetapi untuk mengelas pelat yang sangat tipis kadang-kadang tidak diperlukan logam pengisi. Bahan penambah berupa batang las (rod), yang dicairkan oleh busur nyala tersebut mengisi kampuh bahan induk. Di dalam pengelasan TIG terdapat 4 komponen dasar, yaitu : 1. Obor (torch) 2. Elektroda tak terkonsumsi (Tungsten) 3. Sumber arus las 4. Gas pelindung
III.
METODOLOGI PENELITIAN A. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat baja karbon rendah (logam induk), dengan ketebalan 5mm. Pelaksanaan pengelasan dilakukan masing-masing 3 spesimen dengan pendinginan air laut, 3 spesimen untuk pendinginan air biasa dan 3 spesimen untuk pendinginan ISSN 1441 - 1152
127
Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
udara. masing-masing 1 specimen untuk pengujian tarik, pengujian kekerasan dan pengujian metalografi, dimana benda uji hasil pengelasan didinginkan menggunakan media pendingin air laut, air biasa dan udara bebas.
B. Uji Komposisi
Hasil Penembakkan
Gambar 3.1. Hasil pengujian komposisi (Sumber : PT. ITOKOH CEPERINDO, staniless steel & alloy steel casting)
Setelah dilakukan uji komposisi maka didapatkan hasil kandungan dengan kadar karbon 0,07%. Sehingga dapat dikatakan baja yang digunakkan termasuk golongan baja karbon rendah.
C. Peralatan Las Mesin las yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin las TIG dengan type HANDY-TIG 210 DC, dengan arus yang digunakan 150 Ampere.
D. Prosedur Pengelasan Pengelasan benda uji dengan tipe eleltroda Wolfram Thorium dan menggunakan mesin las TIG tipe HANDY-TIG 210 DC Made In Germany .Arus yang digunakan 150 Ampere kemudian dilakukan penyambungan dengan pengelasan pada plat baja karbon rendah. Arus yang digunakan pada saat pengelasan 150A, kemudian dilakukan penyambungan dengan pengelasan pada baja karbon rendah dengan media pendingin yang berbeda.
IV.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Tarik
Tabel 4.1. Hasil uji komposisi logam induk sebelum pengelasan Benda Uji
T (mm)
L (mm)
P ( kg )
Lo (mm)
lp (mm)
ΔL (mm)
1
5
20
3471
50
82
32
2
5
20
3384
50
80,2
30,2
3
5
20
3535
50
80,45
30,45
ISSN 1441 - 1152
128
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
Tabel 4.2. Hasil pengujian tarik pada media pendingin air, udara, air laut Benda Uji
T (mm)
L (mm)
P ( kg )
Lo (mm)
lp (mm)
ΔL (mm)
1
5
20
1884
50
50,8
0,8
Pendinginan
2
5
20
1724
50
51,95
1,95
Air
3
5
20
2467
50
51,13
1,13
1
5
20
2184
50
53,63
3,36
Pendinginan
2
5
20
2271
50
51,26
1,26
Udara
3
5
20
2370
50
51,28
1,28
1
5
20
3042
50
56,5
6,5
Pendinginan
2
5
20
3186
50
55
5
Air laut
3
5
20
2467
50
52,7
2,7
Las TIG
No
1
2
3
Setelah mengetahui hasil pengujian tarik pada pelat baja karbon rendah pengelasan TIG dengan pendinginan air,udara dan air laut dapatlah L ditentukan : Kekuatan tarik ( σ ) dan Regangan ( ε ) dengan rumus : Tegangan tarik maksimal Regangan
F A ∆L ε = x100% Lo
σ
mak
=
Tabel 4.3. Hasil uji tarik logam induk sebelum pengelasan Kekuatan tarik
Regangan
(σ) kg/mm2
(ε) %
1
34,71
64
2
33,84
60,4
3
35,35
60,9
Rata –rata ( ∑r )
34,63
61,76
Benda uji
Tabel 4.4. Hasil uji tarik benda uji pengelasan TIG pada pendinginan air. Benda uji
Kekuatan tarik (σ) kg/mm2
Regangan (ε) %
1
18,84
7,6
2
17,24
3,9
3
24,67
2,26
Rata –rata ( ∑r )
20,25
4.58
ISSN 1441 - 1152
129
Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
Tabel 4.5. Hasil uji tarik benda uji pengelasan TIG pada udara
1
Kekuatan tarik (σ) kg/mm2 21,84
Regangan (ε) % 7,26
2
22,71
2,52
3
23,70
2,56
Rata –rata ( ∑r )
22,75
5
Benda uji
Tabel 4.6. Hasil uji tarik benda uji pengelasan TIG pada pendinginan air laut Kekuatan tarik Regangan Benda uji (σ) kg/mm2 (ε) % 1 30,42 13 2
31,86
10
3
18,94
5,4
Rata –rata ( ∑r )
27,07
9,46
40 20 0
Benda Uji Benda Uji Benda Uji Rata-rata 1 2 3
Logam Induk
34,71
33,84
35,35
34,63
Air
18,84
17,24
24,67
20,25
Udara
21,84
22,71
23,7
22,75
Air Laut
30,42
31,86
18,94
27,07
Gambar 4.1. Diagram tegangan tarik maksimal (σ t )
Analisis Hasil Pengujian Tarik
Dari hasil pengujian tarik diketahui bahwa pada logam induk sebelum pengelasan mempunyai tegangan tarik sebesar 34,63 kg/mm². Pada benda uji setelah pengelasan menggunakan proses pendinginan air mempunyai tegangan tarik sebesar 20,25 kg/mm². pada benda uji setelah proses pengelasan dengan pendinginan udara biasa mempunyai tegangan tarik 22,75 kg/mm² sedangkan pada benda uji setelah proses pengelasan dengan pendinginan air laut mempunyai tegangan tarik 27,07 kg/mm². Dari hasil pengujian tarik diperoleh bahwa kekuatan tarik dengan proses pendinginan air biasa mempunyai nilai tegangan tarik lebih kecil dibandingkan dengan proses pendinginan air laut dan proses pendinginan udara karena pada sebagian spesimen proses pengujian ISSN 1441 - 1152
130
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
putus pada daerah lasan, sebagai hasil akhir dapat bahwa tegangan tarik dengan pendinginan air laut lebih besar daripada pendinginan air biasa dan pendinginan udara. B. Pengujian Kekerasan Untuk mengetahui dan mendapatkan harga kekerasan las TIG pada media pendingin air laut, air dan udara maka diambil 15 titik untuk masing – masing specimen. Hasil dari pengujian kekerasan adalah berupa nilai kekerasan dari benda uji, pengujian dilakukan dengan uji kekerasan Rockwell dengan beban 60 kg. Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kekerasan No
Keterangan
Benda
uji
Baja
karbon
rendah 1
Kerucut Intan 120
2
Penetrator yang digunakan Beban yang digunakan
3
Jenis skala Rockwell
Rockwell A
4
Nilai Kekerasan Titik 1
o
60 Kg
Logam Induk 39,5
Pendinginan Air Laut 41
Pendinginan Air 42,5
Pendinginan Udara 44
Titik 2
42
34,5
43,5
44
Titik 3
43,5
42
44
43
Titik 4
42,5
43
44,5
42,5
Titik 5
42
42,5
44
44,5
Titik 6
35
40
35,5
44,5
Titik 7
40,5
45,5
39
49
Titik 8
41,5
56
40,5
44
Titik 9
42
32
45
35,5
Titik 10
43
44,5
45
38,5
Titik 11
41,5
43
42
43
Titik 12
40,5
41,5
41,5
40,5
Titik 13
41
44,5
40,5
38
Titik 14
39,5
44,5
40,5
38,5
Titik 15
38,5
43,5
39
38,5
ISSN 1441 - 1152
131
Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
DIAGRAM NILAI RATA-RATA PENGUJIAN KEKERASAN
44 43 42 Nilai Rata- 41 Rata (HRA) 40 39 38 37
Logam Induk
HAZ
LAS
Ratarata
Logam Induk
40,8
Pendinginan Air
43,7
40,7
41
41,8
Pendinginan Udara
43,6
39,7
42,3
41,86
Pendinginan Air Laut
40,6
43,4
42,6
42,2
Gambar 4.2. Diagram Nilai Rata–Rata Pengujian Kekerasan
Analisis Hasil Pengujian Kekerasan Setelah melakukan pengujian kekerasan pada daerah logam induk, daerah lasan dan daerah HAZ dengan pendinginan Air, Udara, dan Air Laut diambil rata-rata dari ketiga daerah tersebut, nilai rata-rata kekerasan pada logam dengan pendinginan air mempunyai nilai kekerasan 41,8 HR A. sedangkan untuk nilai rata-rata kekerasan pada logam dengan pendinginan udara mempunyai nilai kekerasan 41,86 HR A , dan nilai rata-rata kekerasan pada logam dengan pendinginan air laut mempunyai nilai kekerasan 42,2 HRA, Hal ini menunjukan bahwa kekerasan las TIG pada pendinginan air laut lebih besar dibandingkan dengan menggunakan pendinginan air biasa dan udara.
C. Pengujian Metalografi Hasil pemotretan struktur mikro pada daerah logam induk sebelum pengelasan.
PERLIT
FERIT
Gambar 4.3. Foto struktur mikro logam induk plat baja karbon rendah sebelum pengelasan dengan pembesaran 200x
ISSN 1441 - 1152
132
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
Hasil pemotretan struktur mikro daerah las pada logam.
PERLIT
FERIT
Gambar 4.4. Foto struktur mikro daerah las pendinginan air laut pembesar 200x
FERIT PERLIT
Gambar 4.5. Foto struktur mikro daerah las pendinginan air biasa pembesar 200x
PERLIT
FERIT
Gambar 4.6. Foto struktur mikro daerah las pendinginan udara pembesar 200x
ISSN 1441 - 1152
133
Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
Hasil pemotretan struktur mikro daerah HAZ pada logam
FERIT
PERLIT
Gambar 4.7. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan air laut pembesar 200x
FERIT PERLIT
Gambar 4.8. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan air biasa pembesar 200x
PERLIT FERIT
Gambar 4.9. Foto struktur mikro daerah HAZ pendinginan udara pembesar 200x
ISSN 1441 - 1152
134
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
Hasil pemotretan struktur mikro daerah logam induk pada logam
FERIT
PERLIT Gambar 4.10. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan air laut pembesar 200x
FERIT PERLIT
Gambar 4.11. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan air biasa pembesar 200x
FERIT
PERLIT Gambar 4.12. Foto struktur mikro daerah logam induk pendinginan udara pembesar 200x
Analisis Pengujian Metalografi Hasil penelitian menunjukkan bahwa spesimen yang dipakai percobaan pada pengelasan TIG dengan menggunakan arus yang sama dan setelah pengelasan digunakan media pendingin yang berbeda akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda pula, Pada logam induk sebelum ISSN 1441 - 1152
135
Pengaruh Media ………….. Baja Karbon Rendah
Sukamto
pengelasan memiliki struktur mikro berupa ferit ( daerah terang ) dan perlit ( daerah gelap ). pada daerah HAZ dengan pendingin air memiliki batas butir 56,04 mm²/mm³. pada daerah HAZ dengan pendingin udara memiliki batas butir 35,66 mm²/mm³ dan pada daerah HAZ dengan pendingin air laut memiliki batas butir 76,4 mm²/mm³. Setelah mengetahui jumlah batas butir dari ketiga media pendinginan yang digunakan pada pengelasan TIG dimana struktur butir dengan media pendingin air laut mempunyai struktur butir yang lebih rapat dibandingkan struktur butir dengan media pendingin air dan udara, maka pada pengelasan TIG dengan media pendingin air laut mempunyai sifat keras dan getas karena dipengaruhi oleh pendinginan yang cepat sehingga tidak sempat terjadi pertumbuhan butiran. Untuk pendinginan udara laju pendinginannya paling lambat dari pendinginan air laut dan air, sehingga pada pengelasan TIG dengan media pendingin udara mempunyai sifat yang lunak dari pendinginan air laut dan air.
V. KESIMPULAN 1. Dari hasil pengujian tarik diketahui bahwa pada logam induk sebelum pengelasan mempunyai tegangan tarik sebesar 34,63 kg/mm². Pada benda uji setelah pengelasan menggunakan proses pendinginan air mempunyai tegangan tarik sebesar 20,25 kg/mm², regangan 4,58%. pada benda uji dengan pendinginan udara mempunyai tegangan tarik 22,75 kg/mm², regangan 5%. pada benda uji dengan pendinginan air laut mempunyai tegangan tarik 27,07 kg/mm², regangan 9,46%. 2. Dari nilai hasil pengujian kekerasan, dapatlah diketahui bahwa kekerasan dengan pendinginan air laut mempunyai nilai kekerasan lebih tinggi dibanding dengan pendinginan air dan udara , 3. Dari pengamatan metalografi, maka dapat dianalisis dengan melihat dan membandingkan hasil foto pengujian benda uji yang berbeda media pendingin yaitu : benda uji dengan pendinginan air mempunyai struktur butir 35,2 mm²/mm³, benda uji dengan pendinginan udara mempunyai struktur butir 32 mm²/mm³, benda uji dengan pendinginan air laut mempunyai struktur butir 48 mm²/mm³.
DAFTAR PUSTAKA A Brandt Daniel., 1985, Metallurgy Fundamental,The Goodheart-Willcox Company, Inc. South Holland, Illinois Adnyana, D.N., 1993, Metalurgi Las. Jakarta. Adnyana, D.N., 1989, Logam dan Paduan Avner, Sidney H., 1974, Introduction to Physical Metallurgy, Second Edition, Mc-Graw-Hill Book Company. Althouse, turnquist, Bowditch, Bowditch.,1984, Modern Welding, The Goodheart-Willcox Company,Inc.South Holland, Illinois Amanto Hari, daryanto., 1999, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta E. smallman R, R,J.Bishop., 2000, Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta Gatot Bintoro A., 1999, Dasar-dasar Pekerjaan Las, Kanisius, Yogyakarta
ISSN 1441 - 1152
136
JANATEKNIKA VOL. 11 NO. 2/ JULI 2009
H. Van Vlack, Sriati Djaprie., 1991, Ilmu dan Teknologi Bahan, Erlangga, Jakarta Schlenker., 1974, Introduction to Material Science, John Wiley & Sons Australasia Pty Ltd. Sonawan Hery, Rochim Suratman., 2003, Pengelasan Logam, Alphabeta, Bandung Widharto Sri., 2006, Petunjuk Kerja Las, Cetakan keenam, Penebar Swadaya, Jakarta W. Kenyon., 1985. Dasar-Dasar Pengelasan. Erlangga, Jakarta.
ISSN 1441 - 1152
137
