PENGARUH VARIASI ARUS LAS TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN KETANGGUHAN LAS SMAW DENGAN ELEKTRODA NSN308
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALBERT TANDIKA NIM. 08 0401 057
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Teknik Pengelasan, denagn judul skripsi, “ PENGARUH VARIASI ARUS LAS TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN KETANGGUHAN LAS SMAW DENGAN ELEKTRODA NSN308 .” Dalam penulisan Tugas Skripsi ini, penulis selalu berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh selama masa perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama pembuatan Tugas Skripsi ini dimulai dari proses awal penelitian sampai penulisan dan akhirnya penyelesaian, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda tercinta, Ir. Lasido Mindari dan Ibunda tercinta, Jio Gek Hong yang terus membimbing dan mengarahkan penulis. 2. Bapak Ir. Alfian Hamsi,M.Sc. selaku Dosen Pembimbing yang selalu membimbing serta mengarahkan penulis selama proses penyelesaian Tugas Skripsi ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T., selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
i Universitas Sumatera Utara
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2008 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu, “ Solidarity Forever “ Penulis menyadari bahwa Tugas Skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Dengan segala hormat, akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita semua.
Medan, April 2015 Penulis,
Albert Tandika 08 0401 057
ii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
“ PENGARUH VARIASI ARUS LAS TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN KETANGGUHAN LAS SMAW DENGAN ELEKTRODA NSN308 ”. Oleh : Albert Tandika FT USU Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus pengelasan terhadap sifat mekanik dan ketangguhan las SMAW dengan elektroda NSN308. Salah satu faktor yang mempengaruhi ketangguhan material adalah sifat mekanik dari material tersebut. Jika material diberi proses pengelasan, maka akan dapat merubah sifat mekanik dari material tersebut. Penelitian ini menggunakan bahan baja tahan karat yang mengandung kadar C = 0,08 %, Si = 1 %, Mn = 2 %, S = 0,03 %, P = 0,045 %, Ni = 10-12 %, Cr = 19-21 %. Spesimen diberi perlakuan pengelasan dengan variasi arus dengan interval 25 Ampere, mulai dari 120 Ampere, 145 Amper dan 170 Ampere dengan menggunakan las SMAW DC polaritas terbalik dengan elektroda NSN308 diameter 4 mm. DC polaritas terbalik yaitu pemegang elektroda dihubungkan dengan kutub positif dan logam induk dihubungkan dengan kutub negatif. Jenis kampuh yang digunakan adalah kampuh V dengan sudut 45º. Spesimen dilakukan uji tarik, kekerasan, ketangguhan dan dilakukan foto mikro. Hasil uji impak spesimen dengan arus 120 Ampere, besar energi yang diserap adalah 271,337 J, untuk spesimen 145 Ampere, besar energi rata-rata yang diserap adalah 299,723 J, dan besar energi rata-rata yang diserap untuk spesimen arus 170 Ampere adalah 246,637 J. Nilai regangan spesimen dengan arus las 120 Ampere adalah 12,56 %, untuk arus las 145 Ampere adalah sebesar 12,67 %, dan untuk arus las 170 Ampere, rata-rata besar nilai regangannya adalah 36,06 %. Nilai kekerasan spesimen arus las 120 Ampere adalah 151 BHN, untuk spesimen 145 Ampere nilainya adalah 157 BHN, serta spesimen arus las 170 Ampere nilai kekerasan adalah sebesar 143 (142,667) BHN Kata kunci adalah variasi, arus, SMAW, foto mikro, ketangguhan, NSN308, stainless steel.
iii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
THE EFFECT OF WELD FLOW VARIATION ON MECHANICAL PROPERTIES AND WELDING SMAW WITH ELECTRODE NSN308 By : Albert Tandika FT USU This study aims to determine the effect of welding current on mechanical properties and toughness SMAW welding with electrodes NSN308. One of the factors that affect the material toughness is the mechanical properties of the material. If the material given welding process, it will be able to change the mechanical properties of the material. This study uses stainless steel materials which contain high levels of C = 0.08%, Si = 1%, Mn = 2%, S = 0.03%, P = 0.045%, Ni = 10-12%, Cr = 19- 21%. Specimens treated with the welding current variation by 25 Amperes interval, ranging from 120 Amperes, 145 Amperes and 170 Amperes using reverse polarity DC SMAW welding electrode NSN308 with a diameter of 4 mm. DC reverse polarity is the electrode holder is connected to the positive pole and the metal stem is connected to the negative pole. Seam type used is seam V with 45º angle. Tensile test specimens, hardness, toughness and performed micro photo. Results of impact test specimens with a current of 120 Amperes, large energy absorbed is 271.337 N · m, for 145 Amperes specimens, the average amount of energy absorbed is 299.723 N · m, and an average of the energy is absorbed to the specimen flow 170 Amperes is 246.637 N · m. Value strain specimens with welding current of 120 Aamperes is 12.56%, to 145 Amperes welding current is equal to 12.67%, and for welding current 170 Amperes, the average major strain value was 36.06%. Specimen hardness value of 120 amperes welding current is 151 BHN, to the specimen 145 Amperes value is 157 BHN, as well as specimens of 170 Amperes welding current hardness value is equal to 143 (142.667) BHN Keywords : variations, currents, SMAW, microstructure, hardness, NSN308, stainless steel.
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR……………………………………………………..i ABSTRAK………………………………………………………………..iii DAFTAR ISI………………………………………………………………v DAFTAR GAMBAR……………………………………………………viii DAFTAR TABEL…………………………………………………………x BAB 1 PENDAHULUAN………….……………………………………..1 1.1 Latar Belakang………………………………………………..1 1.2 Perumusan Masalah………………………………………….3 1.3 Tujuan Penelitian……………………………………………..4 1.3.1 Tujuan Umum…………………………………………..4 1.3.2 Tujuan Khusus………………………………………….4 1.4 Batasan Masalah…………………………………….…….….5 1.5 Manfaat Penelitian……………………………………………5 1.6 Sistematika Penulisan……………………………….………..5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA……………………………………….….7 2.1 Pengelasan…………………………………………………….7 2.1.1 Sejarah Pengelasan………………………………….….7 2.1.2 Definisi Pengelasan………………………………….….9 2.2 Klasifikasi Cara-cara Pengelasan dan Pemotongan……….9 2.3 Las SMAW (Shielded Metal Arc Welding)……………….…12 2.4 Elektroda………………………………………………….…13 2.4.1 Elektroda Berselaput………………………………….13 2.4.2 Klasifikasi Elektroda………………………………….14 2.4.3 Elektroda Baja Lunak………………………………...15 2.4.4 Memilih Besar Arus Listrik Pengelasan………….….17 2.4.4.1 Cara-cara Menyalakan Busur……………..…17 2.4.4.2 Pengaruh Panjang Busur Pada Hasil Las.…..18 2.4.4.3 Pengaruh Besar Arus Las…………………….18 2.5 Struktur Mikro Daerah Las…………………………….….19 2.5.1 Daerah Logam Las……………………………………19 2.5.2 Heat Affected Zone (HAZ)…………………………….22
v Universitas Sumatera Utara
2.5.2.1 Pengaruh Kecepatan Las Dan Besar Arus Las Terhadap Daerah HAZ………………….………23 2.5.2.2 Struktur Mikro Daerah HAZ..…………………23 2.5.3 Logam Induk……………………………….……….…24 2.5.4 Heat Input……………………….………….………….24 2.6 Pengujian Ketangguhan……………………………………26 2.7 Kampuh V…………………………………………………..27 2.8 Pengujian Kekerasan………………………………………28 2.9 Pengujian Tarik…………………………………………….30 2.10 Foto Struktur Mikro………………………………………..31 2.11 Pengujian Komposisi………………………………………..32 2.12 Kerangka Berfikir……………………………………….….33 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN…………………………………35 3.1 Langkah - langkah Penelitian………………………………..35 3.2 Alat dan Bahan………………………………………………..38 3.3 Penentuan Variabel Bebas, Terikat dan Kendali….…….…..48 3.4 Diagram Alir Penelitian…………………………….…………49 BAB 4 ANALISA DATA………………………………………………..….50 4.1 Tensile Test (Pengujian Tarik)…………………………………50 4.1.1 Hasil Pengujian Tarik (Tensile Test) Dengan Variasi Arus Las.……………………………………………….…50 4.1.1.1 Tensile Test Dengan Besar Arus 120 Ampere……51 4.1.1.2 Tensile Test Dengan Besar Arus 145 Ampere……53 4.1.1.3 Tensile Test Dengan Besar Arus 170 Ampere……55 4.2 Hasil Pengujian Hardness………………………………..…….58 4.2.1 Hasil Pengujian Kekerasan Dengan Variasi Arus ……..58 4.2.1.1 Hasil Pengujian Kekerasan DenganArus 120 Ampere………………………………………..58 4.2.1.2 Hasil Pengujian Kekerasan Dengan Arus 145 Ampere………………………………………..59 4.2.1.3 Hasil Pengujian Kekerasan Dengan Arus
170 Ampere………………………………………..60 4.3 Hasil Pengujian Impact…………………………………………62
vi Universitas Sumatera Utara
4.3.1 Hasil Pengujian Impact Dengan Variasi Arus………………62 4.3.1.1 Hasil Pengujian Impact Dengan Arus 120 Ampere….62 4.3.1.2 Hasil Pengujian Impact Dengan Arus 145 Ampere….64 4.3.1.3 Hasil Pengujian Impact Dengan Arus 170 Ampere….66 4.4 Hasil Foto Mikrostruktur…………………………………………..68 4.4.1 Hasil Foto Mikrostruktur Arus 120 Ampere…..……………69 4.4.2 Hasil Foto Mikrostruktur Arus 145 Ampere………..…..…..70 4.4.3 Hasil Foto Mikrostruktur Arus 170 Ampere……………..…71 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………72 5.1 KESIMPULAN……………………………………………………...72 5.2 SARAN………………………………………………………………73 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perkembangan cara pengelasan (Wiryosumarto, 2004)…………..…8 Gambar 2.2 Pengelasan cair (sumber : www.google.com)………………………10 Gambar 2.3 Klasifikasi cara pengelasan (Wiryosumarto, 2000)…………………11 Gambar 2.4 Las SMAW (Wiryosumarto, 2000)…………………………………12 Gambar 2.5 Bagian-bagian elektroda (sumber : www.conectingwillys.blogspot.com)…………………..……14 Gambar 2.6 Cara menyalakan busur dengan cara digoreskan dan disentuhkan (sumber : www.http-tl.ppns.ac.id)……………………………….…18 Gambar 2.7 Arah pembekuan dari logam las (Wiryosumarto, 2000)……………19 Gambar 2.8 Struktur mikro batas butir ferit (Sonawan, 2004)…………………..20 Gambar 2.9 Ferrite Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase (http://www.twi-global.com)…………………………………….…20 Gambar 2.10 Struktur mikro ferit acicular (http://www.twi-global.com)…….…21 Gambar 2.11 Struktur mikro bainit (ASM, 1989)………………………………..21 Gambar 2.12 Struktur mikro martensit (Sonawan, 2004)………………………..22 Gambar 2.13 Transformasi fasa pada logam hasil pengelasan (Sonawan, 2004)…………………………..………………………23 Gambar 2.14 Perubahan sifat fisis pada sambungan las cair (Malau, 2003)……24 Gambar 2.15 Pengujian ketangguhan Charpy www.twi-global.com)……………26 Gambar 2.16 Kampuh V las terbuka (Sonawan, 2004)…………………………27 Gambar 2.17 Kampuh V las tertutup(Sonawan, 2004)…………………………27 Gambar 2.18 Kurva tegangan - regangan logam (www.google.com)…………..28 Gambar 2.19 Batas elastis dan tegangan luluh 0,2% (Smith, 1984)……………30 Gambar 3.1 Masker Las…………………………………………………………38 Gambar 3.2 Masker Las…………………………………………………………39 Gambar 3.3 Sarung Tangan…………..………………………………………….39 Gambar 3.4 Tang Penjepit……………………………………………………….40 Gambar 3.5 Apron Las…………………………………………………………..40 Gambar 3.6 Sepatu Las…………………………………………………………..41 Gambar 3.7 Kabel Las………...…………………………………………………41 Gambar 3.8 Penjepit Elektroda………………………………………….….……42 Gambar 3.9 Palu Las……………………………………………………………..42 Gambar 3.10 Sikat Kawat………………………………………………………..43 Gambar 3.11 Klem Massa………………………………………………………..43
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12 Mesin Uji Impak Charpy………………………………………….44 Gambar 3.13 Mesin Uji Tarik (Tensile) TARNO GROCKI……………………..45 Gambar 3.14 Mesin Uji Kekerasan Brinell……………………………………..46 Gambar 3.15 Mikroskop untuk pengujian mikrostruktur……………………….47 Gambar 3.16 Mesin Las SMAW………………………………………………..47 Gambar 3.17 Diagram Alir Penelitian…………………………………………..49 Gambar 4.1 Spesimen Uji Tarik dengan Besar Arus 120 Amper……………….51 Gambar 4.2 Spesimen Uji Tarik dengan Besar Arus 145 Amper……………….53 Gambar 4.3 Spesimen Uji Tarik dengan Besar Arus 170 Amper……………….56 Gambar 4.4 Grafik Tegangan Vs Regangan Spesimen 120 Ampere, 145 Ampere dan 170 Ampere………………………………………57 Gambar 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan dengan Arus 120 Amper………………59 Gambar 4.6 Hasil Pengujian Kekerasan dengan Arus 145 Amper………………59 Gambar 4.7 Hasil Pengujian Kekerasan dengan Arus 170 Amper………………60 Gambar 4.8 Tiga Spesimen dengan 9 Titik Uji dalam Brinell Hardness Number………………………………………………….61 Gambar 4.9 Hasil Uji Impak Spesimen 1 (Arus 120 Amper)…………….…….62 Gambar 4.10 Hasil Uji Impak Spesimen 2 (Arus 145 Amper)…………….……64 Gambar 4.11 Hasil Uji Impak Spesimen 3 (Arus 170Amper)………………….66 Gambar 4.12 Hasil Pengujian Impak Spesimen 120 Amper, 145 Amper, dan 170 Amper………………………………..………………..…68 Gambar 4.13 Foto struktur mikro daerah las, batas las dan daerah HAZ dari spesimen arus las 120 Ampere..……………………………..……69 Gambar 4.14 Foto struktur mikro daerah las, batas las dan daerah HAZ dari spesimen arus las 145 Ampere..……………………………….…..70 Gambar 4.15 Foto struktur mikro daerah las, batas las dan daerah HAZ dari spesimen arus las 170 Ampere…..…………………………….…..71
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Efisiensi proses pengelasan (Malau, 2003) ……………….……….…25 Tabel 2.2 Komposisi kimia baja paduan tinggi stainless steel SAE 308.………..32 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tensile untuk Variasi Arus 120 Amper……………….52 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tensile untuk Variasi Arus 145 Amper……………….55 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tensile untuk Variasi Arus 170 Amper……………….57 Tabel 4.4 Pengujian Kekerasan pada 3 Titik Uji dengan Arus 120 Amper...…….59 Tabel 4.5 Pengujian Kekerasan pada 3 Titik Uji dengan Arus 145 Amper...…….60 Tabel 4.6 Pengujian Kekerasan pada 3 Titik Uji dengan Arus 170 Amper………61 Tabel 4.7 Hasil Uji Impak Spesimen 120 Amper………………………………..63 Tabel 4.8 Hasil Uji Impak Spesimen 145 Amper…..……………………………64 Tabel 4.9 Hasil Uji Impak Spesimen 170 Amper………………………………..66
x Universitas Sumatera Utara
