PENGARUH VARIASI TEBAL PELAT DAN BESAR ARUS LISTRIK TERHADAP DISTORSI PADA PENGELASAN MULTILAYER PROSES GMAW DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFER SPRAY
0LEH: AWIA CONANG 2107201004 Pembimbing: 1. Ir. Muchtar Karokaro, MSC 2. Ir. Hari Subiyanto, MSC
Latar Belakang * Perbedaan temperatur yang sangat besar didaerah busur las dengan daerah sekitar logam induk menimbulkan distribusi temperatur yang tidak uniform. * Terjadinya pencairan,pembekuan, pengembangan, dan penyusutan termal didaerah sambungan dan sekitarnya pada suatu konstruksi las yang juga tidak uniform. * Distorsi dapat diartikan perubahan bentuk akibat tegangan thermal (pegembangan dan penyusutan)yang terjadi pada pengalasan. * Secara prinsip, terjadinya berbagai bentuk distorsi dapat dibedakan: 1. Transverse shrinkage (penyusutan melintang) 2. Longitudinal shrinkage (penyusutan memanjang) 3. Anguler.
Perumusan Masalah Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah 1. Bagaimana pengaruh variasi tebal pelat dan besar arus pada pengelasan multilayer terhadap distorsi yang terjadi. 2. Selain itu bagaimana kekerasan, ketahanan bending dan struktur mikro yang terjadi.
Tujuan Penelitian • • • •
Menganalisa pengaruh variasi tebal pelat dan besar arus listrik terhadap distorsi pada pengelasan multilayer. Menganalisa sifat material terhadap kekerasan Menganalisa sifat material terhadap ketahanan bending Menganalisa sifat material terhadap struktur mikro yang terjadi.
Manfaat Penelitian •
• •
Dapat menentukan pengaruh welding multilayer terhadap tingkat distorsi yang dapat diterima,dengan menggunakan variasi tebal pelat dan besar arus las. Dapat melihat apakah pengelasan yang digunakan sesuai dengan kebutuhan. Dapat melihat sifat material terhadap kekerasan,ketahanan bending serta metalografinya sebagai akibat perubahan tebal pelat dan besar arus
Batasan Masalah • • • •
Material SS 400 dianggap memiliki komposisi kimia yang homogen Bentuk kampuh las V dianggap sama Ketebalan pelat baja yang digunakan dianggap merata Kondisi mesin las, alat uji, dan alat ukur diasumsikan terkalibrasi.
Kajian Pustaka dan Dasar Teori • Anggono pada tahun 1999 telah menyimpulkan bahwa ketebalan pelat mempunyai pangaruh paling besar terhadap distorsi sudut, diikuti oleh besarnya arus listrik, dan kecepatan pengelasan mempunyai pengaruh yang paling kecil (SMAW). • Suanda [2001] menyimpulkan bahwa Pengaruh terbesar terhadap distorsi diberikan oleh kuat arus, diikuti oleh kecepatan pengelasan dan lebar pelat mempunyai pengaruh yang terkecil (SAW) • Rusdianto [1999] menyimpulkan bahwa parameter tegangan, kuat arus, kecepatan pengelasan dan panjang pengelasan berpengaruh terhadap besarnya distorsi yang terjadi (GMAW).
• Pada tahun 2007 Pranowo menyimpulkan bahwa pada pengelasan dengan kedalaman penetrasi tertentu, distorsi yang terjadi dapat diminimalkan dengan pemilihan parameter pengelasan yang tepat (SAW). • Pada tahun 2006 Drs. Triyono Dari hasil penilitian menunjukan bahwa distorsi bowing baja tahan karat lebih besar dibandingkan dengan distorsi bowing baja karbon,baik dengan perlakuan manajemen termal maupun dengan tanpa perlakuan. Pemanasan pada jarak yang lebar dari garis las dapat menyebabkan meningkatnya distorsi bowing baik pada baja karbon maupun baja tahan karat (GMAW).
Mekanisme Transfer metal Sifat-sifat las listrik gas metal (GMAW)
Mesin las GMAW Hubungan arus pengelasan dengan pasok kawat las untuk bahan kawat Las baja karbon.
Mekanisme Transfer metal Sifat-sifat las listrik gas metal (GMAW)
Berbagai Distorsi
Distorsi akibat tebal pelat dan bentuk kampuh
Gambar Kampuh Gambar Tebal pelat
MULAI
Metodologi Penelitian
Diagram penelitian
Tinjauan Pustaka
Tujuan Penelitian
Persiapan Penelitian: 1. Menyiapkan benda kerja 2. Menyiapkan mesin las GMAW dan equipmentnya 3. Menyiapkan alat ukur
Rancangan Eksperimen: Variabel proses: - Tebal pelat (8 ,10, 12 [mm]) - Besar arus (150, 200, 250 [ ampere] Variabel respon: - Distorsi
Pelaksanaan Pengukuran dan Pengujian 1 Pengukuran distorsi 2 Pengujian kekerasan 3 Pengujian bending 4 Pengujian struktur mikro
Analisa data
Kesimpulan dan Saran
SELESAI Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Parameter yang digunakan
• Parameter bebas
• Parameter Respon (yang diolah dalam Respon surface) Parameter respon adalah parameter yang besarnya tidak dapat ditentukan, tetapi nilainya dipengaruhi parameter bebas yang diberikan (selesai pengelasan). Nilai parameter respon dapat diketahui pada saat penelitian berlangsung. Pada penelitian ini parameter respon yang digunakan adalah Distorsi.
• Rancangan Eksperimen Tebal
Kuat Arus
[mm]
[Amp]
1
8
150
2
12
150
3
8
250
4
12
250
5
8
200
6
12
200
7
10
150
8
10
250
9
10
200
10
10
200
11
10
200
12
10
200
13
10
200
No.
Distorsi
Uji
Uji
Struktur
Kekerasan
Bending
Mikro
Pengelasan Jenis pengelasan yang digunakan untuk penelitian adalah jenis GMAW (Gas Metal Arc Welding). Sebelum dilakukan proses pengelasan dibuat kampuh V pada spesimen, kemudian digrid dengan tujuan agar ada jarak pada saat terjadi penetrasi dan jatuhnya tepat pada backing plat. Spesifikasi pengelasan sebagai berikut : a. Tebal pelat 8, 10, 12 [mm] b. Besar arus 150,200 dan 250 ampere
Proses Pengukuran lokasi distorsi
Gambar 3.3 Lokasi titik pengukuran distorsi
Analisa Data dan Pembahasan Tabel Data Hasil Pengukuran Distorsi Tebal
Besar Arus
Distorsi
No.
[mm]
[Amp]
(Derajat)
1
8
150
0.69
2
12
150
1.03
3
8
250
1.8
4
12
250
0.84
5
8
200
1.4
6
12
200
1.28
7
10
150
0.5
8
10
250
1.82
9
10
200
1.32
10
10
200
1.84
11
10
200
1.39
12
10
200
1.34
13
10
200
0.99
Semakin besar arus yang digunakan, distorsi yang terjadi akan semakin besar
Analisa Metode Respon Surface (Distorsi) Tabel Koefisien regresi distorsi setelah menghilangkan faktor-faktor yang tidak berpengaruh Estimated Regression Coefficients for Distorsi Term
Coef
Se coef
T
P
Constant
1.2469
0.08425
14.800
0.000
Tebal Pelat
-0.1233
0.12401
-0.995
0.346
0.3683
0.12401
2.970
0.016
-0.3250
0.15189
-2.140
0.061
Arus Tebal Pelat*Arus
Pengujian Kesesuaian Model Tabel ANAVA untuk Distorsi Analysis of Variance for Distorsi DF
Seg SS
Adj SS
Adj MS
F
P
Regression
3
1.3278
1.3278
0.44259
4.8
0.029
Linear
2
0.9053
0.9053
0.45264
4.91
0.36
Interaction
1
0.4225
0.4225
0.4225
4.58
0.061
Residual Error
9
0.8305
0.8305
0.09228
Lack-of-Fit
5
0.4616
0.4616
0.09231
1
0.514
Pure Error
4
0.3689
0.3689
0.09223
Total
12
2.1583
S = 0.3038
R-Sq = 61.5%
R-Sq(adj) = 48.7%
Model sesuai
Gambar Respon Permukaan dan Kontur Model Distorsi Surface Plot of Distorsi vs Tebal Pelat, Arus
Contour Plot of Distorsi vs Tebal Pelat, Arus 1.0 Distorsi < 0.8 0.8 - 1.0 1.0 - 1.2 1.2 - 1.4 1.4 - 1.6 1.6 - 1.8 1.8 - 2.0 > 2.0
Teball Pelat
0.5
2.0
1.5 Distorsi
0.0
1.0 1 0.5
0 -1 0 Arus
1
-0.5
Tebal Pelat
-1
-1.0 -1.0
-0.5
0.0 Arus
0.5
1.0
Pengaruh arus pengelasan terhadap Distorsi Arus - Distorsi 2
1.81.82
Distorsi
1.5
1.41.39 1.28 1.03
1 0.5
0.84
0.69 0.5
10 mm 12 mm
0 150
8 mm
200 Arus
250
Tabel Data Hasil Uji Kekerasan No
Tebal Pelat (mm) Besar Arus (amper)
Daerah uji kekerasan
( VHN )
BM
HAZ
WM
1
8 - 150
134.5
165
176
2
12 - 150
109.6
135.5
206
3
8 - 250
137.6
160
165
4
12 - 250
125
128.4
181
5
8 - 200
113.9
143.1
170
6
12 - 200
137
160
160
7
10 - 150
112.2
121.9
170
8
10 - 250
113.1
156
160
9
10 - 200
101.9
160
181
10
10 - 200
105.1
156
178
11
10 - 200
104.1
160
164
12
10 - 200
109.5
156
173
13
10 - 200
106.1
167
189
Pengaruh arus pengelasan terhadap kekerasan Tebal 10 mm
176 165 134.5
170 143.1
160165 137.6
Kekerasan VHN
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
113.9 BM HAZ WM
150
200
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
170
160167
121.9
112.2
109.5
WM
200 Arus
Arus
Tebal 12 mm 250 206 200 150
181 135.5 109.6
128.4 125
100
BM HAZ WM
50 0 150
200 Arus
113.1
HAZ
150
160160 137
156160
BM
250
Kekerasan VHN
Kekerasan VHN
Tebal 8 mm
250
250
Tabel Data Hasil Uji Bending Tebal Pelat (mm) No
Besar Arus (amper)
Posisi Bending
Sudut Bending
Keterangan
1
8 - 150
root
180
retak
2
12 - 150
root
180
retak
3
8 - 250
root
180
tidak
4
12 - 250
root
180
tidak
5
8 - 200
root
180
tidak
6
12 - 200
root
180
tidak
7
10 - 150
root
180
retak
8
10 - 250
root
180
retak
9
10 - 200
root
180
tidak
10
10 - 200
root
180
tidak
11
10 - 200
root
180
tidak
12
10 - 200
root
180
tidak
13
10 - 200
root
180
tidak
Gambar Hasil Uji Struktur Mikro Ferit
Gambar a). Daerah Weld Metal
Gambar a). Daerah Weld Metal Ferit
Gambar b). Daerah HAZ
Perlit
Gambar b). Daerah HAZ Ferit
Gambar c). Daerah Base Metal
Perlit
Perlit
Gambar c). Daerah Base Metal
Struktur mikro pada baja memiliki butir lebih kasar dan membesar -(reheat).
KESIMPULAN 1. Besarnya arus memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan. Tebal pelat dan interaksi tebal pelat *besar arus tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan. Jika Head input naik, maka internal stress akan semakin tinggi, sehingga distorsi yang terjadi akan semakin besar. 2. Besarnya tebal pelat dan arus memberikan pengaruh terhadap kekerasan, dimana arus semakin rendah, maka kecepatan pendinginan akan semakin cepat, sehingga kekerasan yang terjadi akan semakin tinggi. semakin besar tebal pelat, kecepatan pendinginan menjadi semakin cepat, sehingga kekerasan pada weld metal dan HAZ menjadi semakin tinggi, lebih besar dibandingdaerah base metal 3. Arus yang rendah, kecepatan pendinginan yang cepat, dan kekerasan yang tinggi, dapat mengakibatkan terjadinya crak pada logam las. 4. Pada tebal pelat yang berbeda dan besar arus yang berbeda, butiran pada struktur mikro terlihat sangat kasar. Diakibatkan adanya posheat atau pemanasan kembali (reheat) yang terjadi pada saat terjadi pengelasan.
Saran 1. Untuk mengurangi distorsi yang terjadi pada pengelasan GMAW dengan menggunakan teransfer spray, maka gunakanlah variabel tebal pelat dan arus pengelasan yang sesuai. 2. Perlu menambahkan dan mempelajari variabel-variabel lain yang mungkin mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap distorsi, kekerasan, bending, serta struktur mikro yang terjadi.
Kegunaan Penggunaan GMAW • •
• • • •
•
Dapat digunakan untuk berbagai jenis metal komersial Dapat dugunakan untuk mengelas terus-menerus tanpa berhenti karena elektroda yang berupa kawat yang sangat panjang dan tergulung dalam suatu klos dipasok dengan kecepatan pemasokan yang tetap. Pengelasan dapat dilaksanakan disegala posisi. Laju pendeposisian metal lebih tinggi dari SMAW. Kecepatan las lebih tinggi dari SMAW. Jika digunakan teknik nyala sembur (spray transfer) menghasilkan penetrasi lebih dalam dari SMAW, sehingga dapat dugunakan kawat las yang lebih kecil dibanding SMAW namun memiliki kekuatan yang sama. Hasil pengelasan relatif lebih bersih karena tidak ada slag-nya sebagaimana SMAW.
Mekanisme Transfer Metal 1. Transfer arus pendek (short circuit) Sistem ini melibatkan cakupan arus yang terendah serta diameter kawat las yang terkecil. Sistem transfer ini menghasilkan kolam las kecil dan cepat membeku, sehingga sesuai untuk pengelasan pelat tipis, pengelasan diluar posisi/ jalur yang seharusnya, serta membuat bridging untuk mengisi celah las (gap) yang terlalu lebar. 2. Transfer berbentuk bola (globular) • Pengelasan dengan sistem transfer globular menggunakan arus searah dengan elektroda pada posisi positif (DCEP). • Transfer globular ditandai oleh menetesnya bola-bola bahan las cair dengan ukuran lebih besar dari diameter kawat las. Bola-bola metal cair ini dengan mudah dipengaruhi oleh grafitasi sehingga agak sulit menghasilkan transfer yang baik pada permukaan yang datar. 3. Transfer bentuk semprotan (spray) Moda transfer bentuk semprotan menghasilkan butir-butir yang disemprotkan secara terarah yang dipercepat oleh gaya busur dengan kecepatan yang dapat mengatasi pengaruh grafitasi. Salah satu sifat transfer bentuk semprotan adalah terjadinya penetrasi sangat dalam sehingga dikatakan sebagai ” jari penetrasi” (finger). Penetrasi ini mudah dipengaruhi oleh medan magnet sehingga arahnya kemanamana. Untuk mengatasi hal tersebut, medan magnet harus dikendalikan agar finger tersebut terarah kepusat profil penetrasi las.
Gambar Siklus Thermal Las
Gambar 2.3 Pengelasan Satu Layer Pada gambar 2.3, ditunjukkan kondisi butiran pada daerah weld metal, HAZ, dan logam induk pada baja 0,15% karbon setelah mengalami pemanasan, dalam hal ini pengelasan satu layer. 33
Perubahan temperatur dan tegangan selama Proses pengelasan
Gambar a)Transformasi Daerah HAZ Pada Pengelasan Multilayer, b)Temperatur Transformasi, dan c)Struktur Mikro Yang Terbentuk
Daerah yang terjadi akibat pengaruh pemanasan kembali (preheat) pada pengelasan multilayer 1.SCGC (Subcritically Reheated Grain-Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan dibawah temperatur A1, tetapi lebih dari 200ºC. 2.ICGC (Intercritically Reheated Grain-Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan diantara temperatur A1 dan A3. dimana butiran yang terjadi masih sangat kasar. 3.SCGR (Supercritically Reheated Grain-Refined), yaitu daerah yang mengalami pemanasan antara temperatur A3 hingga 1200°C. 4. UAGC (Unaltered Grain-Coarsened), daerah yang terkena pemanasan kembali lebih dari 1200°C. Atau daerah yang terkena pemanasan kurang da ri 200°C.
Tabel Data Hasil Uji Kekerasan No
Tebal Pelat (mm) Besar Arus (amper)
Daerah uji kekerasan
( VHN )
BM
HAZ
WM
1
8 - 150
134.5
165
176
2
12 - 150
109.6
135.5
206
3
8 - 250
137.6
160
165
4
12 - 250
125
128.4
181
5
8 - 200
113.9
143.1
170
6
12 - 200
137
160
160
7
10 - 150
112.2
121.9
170
8
10 - 250
113.1
156
160
9
10 - 200
101.9
160
181
10
10 - 200
105.1
156
178
11
10 - 200
104.1
160
164
12
10 - 200
109.5
156
173
13
10 - 200
106.1
167
189
Hnet
Kecp. pendinginan
WM - HAZ kekerasan
kekerasan
Tabel Data Hasil Uji Bending No
Posisi Bending
Sudut Bending
Keterangan
1
root
180
retak
2
root
180
retak
3
root
180
tidak
4
root
180
tidak
5
root
180
tidak
6
root
180
tidak
7
root
180
retak
8
root
180
retak
9
root
180
tidak
10
root
180
tidak
11
root
180
tidak
12
root
180
tidak
13
root
180
tidak
Hnt
Kecp. pendinginan
Retak (crack)
kekerasan
