Pengaruh Variasi Diameter Elektroda Pada Pengelasan Baja Karbon Rendah Jenis ST 37 terhadap Distribusi Kekerasan, Kekuatan Impak, dan Struktur Mikro
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
EDISON I MANURUNG NIM : 08 04 01 074
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan 2015
ABSTRAK Ketangguhan suatu material menunjukkan sifat material itu sendiri. Tapi ada saatnya sifat material tersebut dapat berubah yaitu salah satunya dengan cara proses pengelasan. Untuk mengkaji hal tersebut disusunlah suatu penelitian yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat fisis & mekanis dari suatu pelat St37 yang dilas dengan menggunakan las listrik dengan menggunakan elektroda yang berdiameter berbeda (2,6 mm ; 3,2 mm ; dan 4,0 mm). Hasil pengujian impak menunjukkan specimen St37 dengan menggunakan elektroda berdiameter 4,0 mm lebih tangguh dibandingkan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm dan 2,6 mm. Nilai ketangguhan impak rata-rata yang diperoleh spesimen St37 dengan elektroda berdiameter 4,0 mm yaitu sebesar 2,5433 J/mm2, sedangkan nilai ketangguhan impak rata-rata yang diperoleh spesimen St37 yang dilas dengan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm dan 2,6 mm yaitu sebesar 1,8263 J/mm2 dan 0,9929 J/mm2. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan pengelasan St37 dengan menggunakan elektroda berdiameter 4,0 mm didapat nilai kekerasan (BHN) yang lebih tinggi yaitu sebesar 182;, 182;, 170, dibandingkan dengan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm yang memiliki nilai kekerasan (BHN) berkisar 151;, 151;, 142, dan menggunakan elektroda berdiameter 2,6 mm yang hanya memiliki nilai kekerasan (BHN) sebesar 135;. 127;, 135. Sifat fisis S37 hasil pengelasan dengan menggunakan elektroda berdiameter 2,6 mm, 3,2 mm, dan 4,0 mm menunjukkan bahwa dengan menggunakan elektroda berdiameter 4,0 mm cenderung memiliki porositas (cacat las) lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan elektroda berdiameter 3,2 mm dan 2,6 mm. Kata kunci : sifat mekanis, sifat fisis, St37, diameter elektroda, las listrik.
i
ABSTRACK Toughness of a material indicates the nature of the material itself. But there is time to change the nature of the material that is one way the welding process. To look into the matter was composed of a study that aims to determine the physical properties and mechanical of a plate that is welded St37 using electric welding electrodes by using different diameter (2.6 mm, 3.2 mm and 4.0 mm) . The test results showed specimen St37 impact by using electrodes with diameter 4.0 mm tougher than using an electrode diameter of 3.2 mm and 2.6 mm. The value of the average impact toughness specimens obtained St37 with a diameter of 4.0 mm electrode is equal to 2.5433 J / mm2, while the value of the average impact toughness obtained St37 specimens welded using electrodes with diameter 3.2 mm and 2, 6 mm is equal to 1.8263 J / mm2 and 0.9929 J / mm2. Hardness test results show St37 welding using 4.0 mm diameter electrodes obtained hardness value (BHN) were higher at 182 ;, 182 ;, 170, compared to using a 3.2 mm diameter electrode which has a value of hardness (BHN) ranges 151 ;, 151 ;, 142, and using a 2.6 mm diameter electrodes which only have a value of hardness (BHN) of 135 ;. 127 ;, 135. The physical properties of S37 welds using a 2.6 mm diameter electrodes, 3.2 mm, and 4.0 mm shows that by using an electrode diameter of 4.0 mm tend to have porosity (welding defects) is less than the using an electrode diameter of 3.2 mm and 2.6 mm. Keywords: mechanical properties, physical properties, St37, diameter electrodes, electric welding.
ii
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 Variasi Diameter Elektroda Pada Pengelasan Baja Karbon Rendah Jenis St37 terhadap kekuatan Impak, Kekerasan, dan Struktur Mikro”. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Alfian Hamsi, Msc 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, W.Manurung dan L.R Simanjuntak, 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, Bang Syawal, dan Kak Ika, 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, Jumain Halim, 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 temanteman angkatan 2008 yang banyak memberi motivasi serta dukungannya. 9. Keempat kakak penulis, Mei Herawati Manurung, Eny Sryanti Manurung, Eka Pratiwi manurung, Juita Angelia manurung, dan adik penulis Dewi Ana Yusnita manurung, dan saudara penulis Budi
iii
Simanjuntak, serta keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai. 10. Enny Susanty Permatasari Tampubolon yang selalu mendukung dan memberi semangat kepada penulis, serta setia menemani penulis dalam suka maupun duka disaat menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai. 11. Teman-teman sepermainan yaitu Jhon (Mejeng) Nababan, Harun Sibuea, Dewi Nababan, Tono Tampubolon, Christina Putri (Komo) Nababan, Maringan Tampubolon, Devi Sinaga, Rolan Sinaga, dan Christian Sinaga yang selalu setia mendukung dan memberi masukan kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. 12. Keempat keponakan saya, Putri Lidya Kiki Rosawilani Panggabean, Afif, Indah, dan Rebecca. 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,
April 2015
Penulis,
EDISON IMMANUEL MANURUNG
NIM : 080401074
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK…………………………………………………………………..i ABSTRACT…………………...……………………………………...……ii KATA PENGANTAR………………..………….………………………..iii DAFTAR ISI……………………………………………………………….v DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….viii DAFTAR NOTASI……………………………………………………..…xi DAFTAR TABEL……………………………………………….……….xiii BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………1 1.1 Latar Belakang…………………………………………………....1 1.2 Rumusan Masalah………………………………………….……..2 1.3 Batasan Masalah…………………………………………………..3 1.4 Tujuan Penelitian………………………………………….………3 1.5 Manfaat Penelitian………………………………………..……….3 1.6 Sistematika Penulisan……………………………………….….…4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………….………….6 2.1 Pengelasan ………………………………………………………..6 2.1.1
Definisi Pengelasan……………..………………….…..6
2.1.2
Klasifikasi Pengelasan……………..……………..…….7
2.2 Las busur listrik…………………………………………….….….9 2.2.1 Prinsip kerja las listrik…………….……………….…..…9 2.3 Cacat Pada las……………………………………………………10
v
2.4 Baja………………………………………………………………17 2.4.1
Klasifikasi Baja….………….…….…….…………….17
2.4.2
Struktur Baja…..……………….....………...………29
2.4.3
Baja St37………….……………….…….………….21
2.5 Parameter Pengelasan………………………….……….………..21 2.6 Klasifikasi Kawat Elektroda dan Fluksi……….………………...23 2.6.1
Fluksi……………………………..…………………...23
2.6.2
Kawat Elektroda……………………………….…….24
2.7 Teknik mengelas, dan Sambungan Las………………………….25 2.7.1
Macam-macam teknik cara mengelas……..……..……27
2.7.2
Sambungan Las………………………………………28
2.8 Jenis Patahan…………………………………………...………..30 2.9 Pengujian Hasil Pengelasan……………………………….…….31 2.9.1
Uji Impak……………………………..……………….31 2.9.1.1 Mesin uji impak………………………………....33
2.9.2
Uji kekerasan (Hardness)…………………..………….37
2.9.3
Uji Struktur Mikro………………………..……..…….40
BAB III METODOLOGI PENELITIAN……………………………….44 3.1 Tempat dan Waktu………………………………………………44 3.1.1 Tempat…………………………………………..……….…44 3.1.2 Waktu………………………………………….………...…44 3.2 Metode Pembuatan Spesimen………………………….………..44
vi
3.2.1
Persiapan Alat dan Bahan……………………………..44
3.3 Metodologi Penelitian…………………………………...………48 3.4 Variabel-Variabel Pengujian…………………………………….49 3.5 Spesimen………………………………………………………...50 3.5.1
Pembentukan Spesimen…………….……….………..50
3.5.2
Elektroda…………………………………………..…51
3.6 Proses Pengujian……………………………………...…………52 3.6.1
Pengujian Impak…………………..…………………..52
3.6.2
Pengujian Kekerasan……..…………..………….……56
3.6.3
Pengujian Struktur Mikro……………………………57
3.7 Diagram Alir Penelitian……………………………………..…..59 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN…………………..…61 4.1 Pendahuluan……………………………………………………..61 4.2 Hasil Pengujian………………………………………………….61 4.2.1 Hasil pengujian Impak…………………………………….61 4.2.2 Hasil Uji kekerasan (Hardness)…………….……….……..73 4.2.3 Hasil Uji Photo Mikro…………………….……………….78 KESIMPULAN DAN SARAN…………………………….…….……….82 5.1 Kesimpulan……………….……………….………..……….….82 5.2 Saran……………………..……………………………………..82 DAFTAR PUSTAKA…………….....................................………………84 LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Lubang jarum…………………………………………………10 Gambar 2.2 Percikan las…………………………………………………...11 Gambar 2.3 Retak………………………………………………………….12 Gambar 2.4 Keropos……………………………………………………….12 Gambar 2.5 Muka cekung…………………………………..……………...13 Gambar 2.6 Longsor Pinggir………………………………………...…….14 Gambar 2.7 Penguat berlebihan…………………………………………....14 Gambar 2.8 Penetrasi tidak sempurna………...…………………………..15 Gambar 2.9 Penetrasi berlebihan…………………………………………15 Gambar 2.10 Retak akar……………………………………...……………16 Gambar 2.11 Terbakar tembus…………………...………………………..16 Gambar 2.12 Longsor pinggir akar…………………………………….…..17 Gambar 2.13 Macam-macam sambungan las………………………….…..29 Gambar 2.14 Sifat-sifat Patahan.……………………………………….….30 Gambar 2.15 Standar ASTM Uji Impak …………………………………..31 Gambar 2.16 Mesin uji impak charpy………………………………….….34 Gambar 2.17 Brinnell Test………………………………………………...38 Gambar 2.18 Mikroskop Optik…………………………………………….41 Gambar 3.1 Gergaji besi…………………………………………………...44 . Gambar 3.2 Gerinda tangan………………………………………………..45
viii
Gambar 3.3 Mesin las……………………………………………………...46 Gambar 3.4 Mesin Skrap…………………..………………………………47 Gambar 3.5 Mikroskop Optik……………………………………………...47 Gambar 3.6 Bentuk dan ukuran spesimen………………………..………..50 Gambar 3.7 Kawat Elektroda ……………………………………………..51 Gambar 3.8 Proses Pengelasan ……………………………………………52 Gambar 3.9 Mesin impak Charpy…………………………………………52 Gambar 3.10 Skema proses pengujian Impak ……………………….……53 Gambar 3.11 Tumpuan Spesimen………………………...………….……54 Gambar 3.12 Tool pemutar bandul……………...…………………………54 Gambar 3.13 Trigger………………………………………………………55 Gambar 3.14 Jarum Skala……………..…………………………………...55 Gambar 3.15 Proses Pengujian impak……………………………………..56 Gambar 3.16 Brinnel Test………...………………………………………..56 Gambar 3.15 Spesimen sebelum dietsa & Spesimen setelah dietsa……....58 Gambar 4.1 Patahan spesimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm……………………………………………………..62 Gambar 4.2 Patahan specimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 3,2 mm……………………………………………………..63 Gambar 4.3 patahan specimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm……………………………………………………..63 Gambar 4.4 Grafik Nilai Hasil Pengujian Impak………………………….72
ix
Gambar 4.5 Grafik nilai BHN baja ST37 RB26 diameter 2,6…………….74 Gambar 4.6 Grafik nilai BHN baja ST37 RB26 diameter 3,2…………….75 Gambar 4.7 Grafik nilai BHN Baja ST37 RB26 diameter 4,0……………76 Gambar 4.8 Grafik nilai BHN terhadap diameter elektroda……………….77 Gambar 4.9 Photo Mikro baja ST37 diameter elektroda 2,6 mm………….79 Gambar 4.10 Photo Mikro baja ST37 diameter elektroda 3,2 mm……...…80 Gambar 4.11 Photo Mikro baja ST37 diameter elektroda 4,0 mm………...81
x
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)
xi
F
= Load (beban)
(Kgf)
HB
= Brinnel Result
(HB)
m
= Massa
(Kg)
p
= Panjang
(mm)
l
= Lebar
(mm)
t
= Tinggi
(mm)
xii
DAFTAR TABEL Halaman
Tabel 4.1 Hasil pengujian impak pada spesimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 2,6 mm………………………...62 Table 4.2 Hasil pengujian impak pada spesimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB 26 diameter 3,2 mm………………………..62 Tabel 4.3 Hasil pengujian impak pada spesimen baja ST37 dengan jenis elektroda RB26 diameter 4,0 mm………………………...63 Table 4.4 Hasil Perhitungan Data Impak…………………………………..71 Table 4.5 Hasil Pengujian Kekarasan menggunakan Pengujian Brinell…..74
xiii
