PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW) TERHADAP KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37
SKRIPSI
JUMAIN HALIM NIM. 080401003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW) TERHADAP KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana teknik
JUMAIN HALIM NIM. 080401003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK
Ketangguhan suatu bahan sangat dipengaruhi oleh sifat fisis dan mekanik bahan tersebut. Namun, proses penyambungan dengan menggunakan pengelasan mengakibatkan sifat – sifat tersebut berubah. Dalam penelitian ini dilakukan pengelasan shielded metal arc welding (SMAW) pada sambungan baja St37 untuk mengetahui sifat fisis & mekanis dengan variasi diameter elektroda (2,6 mm, 3,2mm dan 4,0 mm) dan proses pendinginan yang berbeda. Setelah mengalami proses pengelasan, specimen kemudian didinginkan dengan media quenching Air, Oli Mesran SAE 40 dan dengan pendinginan udara, kemudian tiap – tiap specimen dibersihkan untuk selanjutnya dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi Pengujian Daya Impak dengan menggunakan Mesin Uji Impact Charpy, Kekerasan (Brinell Hardness Test) dan Pengujian Struktur Mikro dengan menggunakan Mikroskop Optik. Dari hasil pengujian, nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan media quenching Air, menggunakan diameter elektroda 2,6 mm, 3,2 mm dan 4,0 mm masing – masing adalah 0,5820 J/mm2, 1,5383 J/mm2, 2,2746 J/mm2 dan nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan media quenching Oli Mesran SAE40, menggunakan diameter elektroda 2,6 mm, 3,2 mm dan 4,0 mm masing – masing adalah 1,2911J/mm2, 2,0526 J/mm2, 3,4991 J/mm2 sedangkan nilai ketangguhan impak rata – rata yang diperoleh untuk pengelasan dengan pendinginan udara, menggunakan diameter elektroda 2,6 mm, 3,2 mm dan 4,0 mm masing – masing adalah 0,9929 J/mm2, 1,8263 J/mm2, 2,5433 J/mm2. Dari hasil pengujian kekerasan, nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 2,6 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE 40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 109 kgf/mm, 114 kgf/mm dan 135 kgf/mm. Nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 121 kgf/mm, 121 kgf/mm dan 151 kgf/mm, sedangkan nilai BHN yang diperoleh untuk pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 4,0 mm untuk media quenching Air, oli Mesran SAE40 dan pendinginan udara berturut – turut adalah 121 kgf/mm, 127 kgf/mm dan 182 kgf/mm. Dari hasil peneltian terlihat jelas bahwa media pendingin yang digunakan dalan pengelasan sangat berpengaruh terhadap nilai ketangguhan impak dan nilai hardness specimen hasil pengelasan. Kata Kunci: Baja St 37, Quenching, Impak, Hardness, Struktur Mikro.
ABSTRACT
Toughness of a material is influenced by the physical and mechanical properties of these materials. However, the joining by using the welding process cause a change in the properties. Has been conducted research by using welding shielded metal arc welding (SMAW) in the process of joining St37 steel to determine the physical and mechanical properties with variation of electrode diameter (2.6 mm, 3,2mm and 4,0 mm) and different cooling processes. After the welding treatment, the specimen is subsequently cooled by water, Mesran SAE 40 Lubricant and the air cooling, then each specimen was cleaned for further testing. Tests were conducted in this study include Impact Testing by using Charpy Impact Testing Machines, Hardness (Brinell Hardness Test) and Microstructures by using Optical Microscope. The test results showed that the average value of the impact toughness obtained for welding with water quenching medium, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm and 4.0 mm respectively 0.5820 J / mm2, 1.5383 J / mm2, 2.2746 J / mm2 and the average value of the impact toughness obtained for welding with Mesran SAE40 Lubricant quenching medium, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm and 4.0 mm respectively 1.2911J/mm2, 2.0526 J/mm2, 3.4991 J/mm2 while the average value of the impact toughness obtained for welding with air cooling, using an electrode diameter of 2.6 mm, 3.2 mm and 4.0 mm respectively 0.9929 J/mm2, 1.8263 J/mm2, 2.5433 J/mm2. From the results of hardness testing, BHN values obtained for welding by using an electrode diameter of 2.6 mm for water quenching media, Mesran SAE 40 Lubricant and air cooling respectively 109 kgf/mm, 114 kgf/mm and 135 kgf/mm. BHN values obtained for welding by using an electrode diameter of 3.2 mm for water quenching media, Mesran SAE40 Lubricant and air cooling respectively 121 kgf/mm, 121 kgf/mm and 151 kgf/mm, whereas the value obtained for the BHN welding by using an electrode diameter of 4.0 mm for water quenching media, Mesran SAE40 Lubricant and air cooling respectively 121 kgf/mm, 127 kgf/mm and 182 kgf/mm. From the result of research we can conclude that the cooling medium used is playing very influential role in the welding value of impact toughness and hardness values weld specimen. Keyword : St 37, Quenching, Impact, Hardness, Microstructure.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat di selesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Teknik Mesin dalam menyelesaikan studi di Universitas Sumateraa Utara. Adapun judul dari skripsi ini adalah “PENGARUH PROSES QUENCHING PADA SAMBUNGAN LAS SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW) TERHADAP KEKERASAN IMPAK STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA St37” Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak memberi masukan, kepercayaan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara beserta seluruh Dosen dan Staf administrasi. 3. Kedua orang tua penulis, Masrin Rambe dan Suherni, yang telah banyak memberikan materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga saya dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai, Kak Sonta, Kak Ika, Bang Syawal di Departemen Teknik Mesin USU. 5. Bang Sarjana, Bang Rustam, Bang Lilik, dan Bang Andi yang telah banyak memberi dukungan dan membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 6. Teman Satu team, Edison I Manurung, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dan setia menemani dalam duka maupun suka dalam penyelesain tugas skripsi ini, 7. Kepada teman-teman seperjuangan penulis yaitu Satahi Naibaho, Yansen Hasibuan, M.Rislandi Tarigan (Bob) yang setia menemani dan memberikan masukan saat penelitian ini dilaksanakan. 8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin USU khususnya teman-teman angkatan 2008 yang banyak memberi motivasi serta dukungannya. 9. Kepada Andrian Anshari, abang-abang, Bang Budi yang telah memberikan semangat terus, Bang Hendrik yang sering menemani begadang setiap malamnya dan kepada
kawan-kawan: Risman Sitompul, Alex Perwira, Sony, Dani (ucuy) yang sering memberi dukungan kepada saya 10. Adek-adek saya yang memberi pertolongan: Hajairin Halim, Rinaldi Yarta, Rahmat, Idam, Sulaiman, Saiful Anwar Matondang. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama di bangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.
Medan,
Februari 2015
Penulis,
JUMAIN HALIM NIM : 080401003
DAFTAR ISI
Halaman
Abstrak ……………………………………………………………………........................
i
Kata pengantar …………………………………………………………….....................
iii
Abstract ……………………………………………………………………........................
Daftar Isi…………………………………………………………………….......................
ii v
Daftar Gambar ……………………………………………………………....................
viii
Daftar Notasi ………………………………………………………………....................
xi
Daftar Tabel ………………………………………………………………....................
Daftar Lampiran ……………………………………………………………................. BAB I
PENDAHULUAN
x
xii
1.1. Latar Belakang ……………………………………………...............
1
1.3. Tujuan Penelitian ……………………………………………..........
2
1.2. Rumusan Masalah…………………………………………............. 1.4. Batasan Masalah ……………………………………………..........
1.5. Manfaat Penelitian…………………………………………............ 1.6. Sistematika Penulisan ……………………………………….......
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENGELASAN ……………………………………………........ ........ 2.1.1 2.1.2
Oxyfuel Gas Welding (OFW)………………………....... Arc Welding (AW) ………………………………….........
a. Shielded Metal Arc Welding (SMAW)……………... b. Gas Shielded Arc Welding (GSAW)………………....
2.2. PRINSIP KERJA LAS LISTRIK …………………………............
2.3. ARUS PENGELASAN ……………………………………...............
2 2
3 3
4 5 5 6 6 7 8
2.4. ELEKTRODA …………………………………………….................
8
2.6. DAERAH PENGARUH PANAS (HAZ)…………………........
11
2.5. PENEGLASAN BAJA KARBON ………………………............. 2.7. BAJA………………………………………………………. 2.7.1
Struktur Baja ……………………………………….
2.7.3
Baja St37 …………………………………………..
2.7.2
Karakteristik Material
…………………………
2.8. PERLAKUAN PANAS …………………………………….
10 12 12 12 14 14
2.9. QUENCHING…………………………………………………… 17 2.9.1. Udara ………………………………………………..
18
2.9.3. Oli …………………………………………………..
19
2.9.2. Air …………………………………………………..
2.10. Pengujian Hasil Pengelasan ………………………………... 2.10.1 Uji Impak …………………………………………...
2.10.2 Mesin Uji Impak …………………………………… 2.10.3 Jenis Patahan ……………………………………….
2.10.4 Uji Kekerasan (Hardness)………………………….. 2.10.5 Uji Struktur Mikro ………………………………….
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 3.1.1 3.1.2
Tempat ……………………………………………..
3.2. Metode Pembuata Spesimen ……………………………….
3.2.1. Persiapan Alat dan Bahan ………………………….
20 22 24
25 28
30 30 30 30
……………………………………… 33
3.4. Variable – Variable Penelitian …………………………….. 3.5. Spesimen …………………………………………………... 3.5.1
20
………………………………30
Waktu ………………………………………………
3.3. Metodologi Penelitian
18
Pembentukan Spesimen ……………………………
3.5.2
Elektroda …………………………………………...
3.6.1
Pengujian Impak…………………………………….
3.6. Proses Pengujian ……………………………………………
34 34 35 36 37 37
3.6.2 3.6.3
BAB 4
Pengujian Hardness...............................................
Pengujian Struktur Mikro ……………………….
3.7. Diagram Alir Penelitian…………………………………….... HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pendahuluan …………………………………………………...... 4.2. Hasil Pengujian ……………………………………………....... 4.2.1. Hasil Pengujian Impak ……………………………
a) Dengan menggunakan quenchant Air…………….
39
40 41 42 42 42 42
b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40.46
c) Dengan menggunakan pendinginan Udara……….
51
a) Dengan menggunakan quenchant Air………………
55
4.2.2. Hasil Uji Kekerasan (Hardness)…………………..
55
b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40 58 c) Dengan menggunakan pendinginan Udara……….
63
a) Dengan menggunakan quenchant Air………………….
66
4.2.3. Hasil Photo Mikro …………………………………........
66
b) Dengan menggunakan quenchant Oli Mesran SAE40.69
c) Dengan menggunakan pendinginan Udara………….. 71 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan …………………………………………………............ 5.2. Saran ……………………………………………………….................
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
74 75
Peralatan Oxyfuel Gas Welding …………………………….. 5 Peralatan Shielded Metal Arc Welding (SMAW)…………… 6 Peralatan Gas Shielded Metal Arc Welding (GSAW)………. 6 Elektroda Las ………………………………………………. 9 Daerah Las …………………………………………………. 11 Diagram fasa besi-karbon ………………………………….. 12 Diagram Keseimbangan Fe-Fe3C ………………………….. 16 Kurva Pendinginan pada diagram TTT (time-temperature transformation) ………………………… 19 Gambar 2.9 Mesin Uji Impak Charpy …………………………………… 22 Gambar 2.10 Sifat-sifat Patahan (a) Patahan getas, (b) Patahan liat dan (c) Patahan campuran ………………………………….. 25 Gambar 2.11 Brinnell Test ……………………………………………….. 26 Gambar 2.12 Mikroskop Optik …………………………………………… 28 Gambar 3.1 Gergaji besi ………………………………………………….. 30 Gambar 3.2 Gerinda Tangan ……………………………………………… 31 Gambar 3.3 Mesin Las ……………………………………………………. 32 Gambar 3.4 Mesin Skrap …………………………………………………. 33 Gambar 3.5 Mikroskop Optik …………………………………………….. 33 Gambar 3.6 Bentuk Dan Ukuran Spesimen ………………………………. 35 Gambar 3.7 Kawat Elektroda dan Proses Pengelasan …………………….. 36 Gambar 3.8 Mesin impak Charpy ………………………………………… 37 Gambar 3.9 Tumpuan Spesimen ………………………………………….. 38 Gambar 3.10 Tool Pemutar Bandul ………………………………………. 38 Gambar 3.11 Trigger ……………………………………………………… 38 Gambar 3.12 Jarum Skala …………………………………………………. 39 Gambar 3.14 Brinnel Test ………………………………………………… 39 Gambar 3.15 Spesimen sebelum dietsa (A) & Spesime setelah dietsa (B)40 Gambar 4.1 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm ……………………………………………… 43 Gambar 4.2 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ……………………………………………… 43 Gambar 4.3 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm ………………………………………………. 44 Gambar 4.4 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak …………………………. 46 Gambar 4.5 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm …………………………………………….. 47 Gambar 4.6 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ……………………………………………... 47 Gambar 4.7 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm………………………………………………. 48 Gambar 4.8 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak………………………….. 50 Gambar 4.9 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm …………………………………………….... 51 Gambar 4.10 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm ……………………………………………… 52 Gambar 4.11 Patahan spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8
Halaman
diameter 4,0 mm ……………………………………………… 52 Gambar 4.12 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak…………………………. 54 Gambar 4.13 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm………. 56 Gambar 4.14 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm………. 56 Gambar 4.15 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm………. 57 Gambar 4.16 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda……………… 57 Gambar 4.17 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 60 Gambar 4.18 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm……... 60 Gambar 4.19 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 61 Gambar 4.20 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda...…………… 61 Gambar 4.21 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 63 Gambar 4.22 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 3,2 mm……... 64 Gambar 4.23 Grafik nilai BHN baja St37 RB26 diameter 2,6 mm……... 64 Gambar 4.24 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda ……………... 65 Gambar 4.25 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..67 Gambar 4.26 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....68 Gambar 4.27 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....68 Gambar 4.28 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..69 Gambar 4.29 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm…………..70 Gambar 4.30 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....71 Gambar 4.31 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 2,6 mm…………..71 Gambar 4.32 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm……….....72 Gambar 4.33 Photo Mikro baja St37 diameter elektroda 3,2 mm.………….73
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Hasil pengujian impak pada spesimen baja St37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm …………………………42 Tabel 4.2 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ………………………. 43
Tabel 4.3 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37
dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ………………………. 43
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Data Impak (media quenching Air) …………………45 Tabel 4.5 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 2,6 mm ……………………… 46
Tabel 4.6 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37
dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ………………………. 47
Tabel 4.7 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37
dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ………………………..47 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Data Impak (media quenching Oli Mesran SAE40) …49 Tabel 4.9 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 2,6 mm ………………………. 51
Tabel 4.10 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37
dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm ………………………..51 Tabel 4.11 Hasil pengujian impak pada specimen baja St37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 4,0 mm ………………………. 52
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Data Impak (Media Pendingin Udara) …………….54 Tabel 4.13 Hasil Pengujian Kekerasan (Media Quenching Air) …………………. 55 Tabel 4.14 Hasil Pengujian Kekarasan (Media Quenching Oli Mesran SAE40) …59 Tabel 4.15 Hasil Pengujian Kekarasan (Pendinginan Udara) ……………………. 63
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang
(mm2)
i
= Kuat Arus
(ampere)
t
= Waktu
(detik)
Ep
= Energi potensial
(joule)
Em
= Energi mekanik
(joule)
m
= Berat pendulum
(Kg)
g
= Gravitasi
(9,81 m/s²)
h1
= Jarak awal antara pendulum dengan benda uji
(m)
h2
= Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji
(m)
λ
= Jarak lengan pengayun
(m)
cos α
= Sudut posisi awal pendulum
(0°)
cos β
= Sudut posisi akhir pendulum
(0°)
I
= Nilai ketangguhan impak
(J/mm²)
E
= Energi yang diserap
(J)
D
= Diameter bola
(mm)
d
= Impression diameter
(mm)
F
= Load (beban)
(Kgf)
HB
= Brinnel Result
(HB)
m
= Massa
(Kg)
