TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengelasan Berdasarkan penemuan benda-benda sejarah dapat diketahui bahwa teknik penyambungan logam telah diketahui sejak zaman prasejarah, misalnya pembrasingan logam paduan emas tembaga dan pematrian paduan timbal-timah. Menurut keterangan yang didapat telah diketahui dan dipraktekkan dalam rentang waktu antara tahun 3000 sampai 4000 SM. Alat-alat las busur dipakai secara luas setelah alat tersebut digunakan dalam praktek oleh Benardes (1985). Dalam penggunaan yang pertama ini Benardes memakai elektroda yang dibuat dari batang karbon atau grafit. Karena panas yang timbul, maka logam pengisi yang terbuat dari logam yang sama dengan logam induk mencair dan mengisi tempat sambungan. Zerner (1889) mengembangkan cara pengelasan busur yang baru dengan dengan menggunakan busur listrik yang dihasilkan oleh dua batang karbon. Slavianoff (1892) adalah orang pertama yang menggunakan kawat logam elektroda yang turut mencair karena panas yang ditimbulkan oleh busur listrik yang terjadi. Kemudian Kjellberg menemukan bahwa kualitas sambungan las menjadi lebih baik bila kawat elektroda logam yang digunakan dibungkus dengan terak. Di samping penemuan-penemuan oleh Slavianoff dan Kjellberg dalam las busur dengan elektroda terbungkus seperti diterangkan diatas, Thomas (1886) menciptakan proses las resistansi listrik, Goldschmitt (1895) menemukan las termit dan tahun 1901 las oksi-asitelin mulai digunakan oleh Fouche dan Piccard.
Kemudian pada tahun 1926 ditemukannya las hidrogen atom oleh Lungumir, las busur logam dengan pelindung gas mulia oleh Hobart dan Dener serta las busur rendam oleh Kennedy (1935). Wasserman (1936) menyusul dengan menemukan cara pembrasingan yang mempunyai kekuatan tinggi. Dari tahun 1950 sampai sekarang telah ditemukan cara-cara las baru antara lain las tekan dingin, las listrik terak, las busur dengan pelindung gas CO 2 , las gesek, las ultrasonik, las sinar elektron, las busur plasma, las laser, dan masih banyak lagi lainnya. Definisi pengelasan menurut DIN (Deutsche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dengan kata lain, pengelasan adalah suatu proses penyambungan logam menjadi satu akibat panas dengan atau tanpa pengaruh tekanan atau dapat juga didefinisikan sebagai ikatan metalurgi yang ditimbulkan oleh gaya tarik menarik antara atom. Terwujudnya
standar-standar
teknik
pengelasan
akan
membantu
memperluas ruang lingkup pemakaian sambungan las dan memperbesar ukuran bangunan konstruksi yang dapat dilas. Dengan kemajuan yang dicapai sampai saat ini, teknologi las memegang peranan penting dalam masyarakat industri modern.
2.1.1 Siklus Termal Daerah Las (Heat Affected Zone) Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan pada daerah lasan,sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 2.1 dan gambar 2.2, menunjukan siklus termal daerah lasan pada gambar 2.1 dapat dilihat siklus termal dari beberapa tempat dalam daerah HAZ (Heat Affected Zone) dengan kondisi
pengelasan tetap, sedangkan pada gambar 2.2 menunjukan siklus termal disekitar lasan dengan kondisi pengelasan yang berbeda. Lamanya pendinginan dalam suatu daerah temperatur tertentu dari suatu siklus termal las sangat mempengaruhi kualitas sambungan, karena itu banyak sekali usaha-usaha pendekatan untuk menentukan lamanya waktu pendinginan. Siklus termal dari beberapa tempat dalam daerah HAZ dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Siklus termal dari beberapa tempat dalam daerah HAZ (Heat Affected Zone)
Sifat mekanik dari daerah HAZ sebagian besar tergantung pada lamanya pendinginan dari temperatur 8000C sampai 5000C, sedangkan retak dingin dimana hidrogen memegang peranan penting terjadinya sangat tergantung oleh lamanya pendinginan dari temperatur 8000C sampai 3000C atau 1000C. Sedangkan untuk Silkus termal disekitar lasan dengan kondisi pengelasan yang berbeda dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Silkus termal disekitar lasan dengan kondisi pengelasan yang berbeda
2.1.2 Ketangguhan Daerah Lasan Bila patah getas terjadi pada logam dengan daya tahan yang rendah, perpatahan tersebut dapat merambat dengan kecepatan sampai 200 m/detik yang dapat menyebabkan kerusakan dalam waktu yang sangat singkat sekali. Dalam hal sambungan las patah getas ini menjadi lebih penting karena adanya faktor – faktor yang membantu seperti: konsentrasi tegangan, struktur tidak sesuai dan adanya cacat dalam lasan. Pengaruh struktur logam las terhadap ketangguhan pada dasarnya sama seperti pada batas las, tetapi pada logam las dalam proses pengelasan ini mencair dan kemudian membeku maka kemungkinan besar terjadi pemisahan komponen yang menyebabkan terjadinya struktur yang tidak homogen.
2.1.3 Ketangguhan Logam Las Logam las adalah logam yang dalam proses pengelasan mencair kemudian membeku, sehingga logam las ini banyak sekali mengandung oksigen dan gas-gas lain. Dalam menganalisa ketangguhan logam las harus diperhatikan pengaruh unsur lain yang terserap selama proses pengelasan, terutama oksigen, dan pengaruh dari struktur logam itu sendiri. Struktur logam daerah pengaruh panas atau HAZ berubah secara berangsur dari struktur logam induk ke struktur logam las, pada daerah HAZ dekat dengan daerah lebur, kristal tumbuh dengan cepat dan membentuk butir-butir kasar daerah ini dinamakan batas las. Didalam daerah pengaruh panas besar butir dan struktur berubah sesuai dengan siklus termal yang terjadi pada waktu pengelasan, karena siklus termal yang terjadi sangat komplek sehingga ketangguhannyapun semakin komplek.
2.2 Klasifikasi Pengelasan Ditinjau dari sumber panasnya, pengelasan dapat dibedakan menjadi: 1. Mekanik 2. Listrik 3. Kimia Sedangkan menurut cara pengelasan, dibedakan menjadi dua bagian besar: 1. Pengelasan Tekanan (Pressure Welding) 2. Pengelasan Cair (Fusion Welding) Bedasarkan buku Haynes Techbook Welding Manual, Jay Storer And John Haynes diagram temperatur cair material dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.3 Diagram Temperatur Cair Material
2.2.1 Pengelasan Cair (Fusion Welding) Pengelasan cair (fusion welding) adalah proses penyambungan logam dengan cara mencairkan logam yang tersambung, yaitu: 1. Oxyacetylene Welding 2. Elektrik Arc Welding 3. Shield Gas Arc Welding (TIG, MIG, MAG dan Submerged Welding) 4. Resistance Welding (Spot Welding, Seam Welding, Upset 5. Welding, Flash Welding, Electro Slag Welding dan Electro Gas Welding) 6. Electro Beam Welding 7. Laser Beam Welding 8. Plasma Welding
2.2.2 Jenis-Jenis Pengelasan yang Umum Dilakukan 1. Proses pengelasan busur logam terbungkus (Shielded Metal Arc Welding) Salah satu jenis proses las busur listrik
elektoda
terumpan,
yang
menggunakan busur listrik yang terjadi antara elektroda dan benda kerja setempat,
kemudian
membentuk paduan serta membeku menjadi lasan. Elektroda
terbungkus yang berfungsi sebagai fluks akan terbakar pada waktu proses pengelasan dan gas yang terjadi akan melindungi proses pengelasan terhadap pengaruh udara luar, cairan yang terbungkus akan terapung membeku pada permukaan
las
yang disebut slag.
Proses pengelasan elektroda terbungkus
terlihat pada gambar 2.4.
Gambar.2.4 Proses pengelasan busur las terbungkus
2. Proses pengelasan busur terendam (Shield Arc Welding) Ini adalah salah satu pengelasan dimana logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampang fluks dan elektroda yang merupakan kawat pejal diumpankan secara terus menerus, dalam pengelasan ini busur listrik nya terendam dalam fluks dapat dilihat pada gambar 2.5. Prinsip las busur terendam ini material yang dilas adalah baja karbon rendah, dengan kadar karbon tidak lebih dari 0, 05%. Baja karbon menengah dan baja konstruksi paduan rendah dapat juga dilas dengan proses SAW, namun harus dengan
perlakuan panas khusus dan elektroda khusus. Proses pengelasan busur terendam (SAW) dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Proses pengelasan busur terendam
3. Proses pengelasan busur logam gas (Gas Metal Arc Welding) Jenis pengelasan ini menggunakan busur api listrik sebagai sumber panas untuk peleburan logam, perlindungan terhadap logam cair menggunakan gas mulia (inert gas) atau CO 2 merupakan elektroda terumpan yang diperlihatkan pada gambar 2.6. Proses GMAW dimodifikasikan juga dengan proses menggunakan fluks yaitu dengan penambahan fluks yang magnetig atau fluks yang diberikan sebagai inti.
Gambar 2.6 Proses pengelasan busur logam gas
4. Proses pengelasan busur berinti fluks Proses pengelasan busur berinti fluks merupakan proses
pengelasan
busur listrik elektroda terumpan. Proses peleburan logam terjadi diantara logam induk dengan elektroda berbentuk
turbolensyang sekaligus menjadi bahan
pengisi, fluks merupakan inti dari elektroda dan terbakar menjadi gas, akan melindugi proses dari udara luar, seperti gambar 2.7.
Gambar.2.7 Proses pengelasan berinti fluks
5. Proses pengelasan busur tungsten gas (Gas Tungsten Arc Welding) Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram), sedangkan bahan penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan
bahan yang dilas dan
terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari torch biasanya berupa gas argon 99%. Pada proses pengelasan inipeleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara
elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Proses pengelasan busur tungsten gas
2.3 Parameter Pengelasan Kestabilan dari busur api yang terjadi pada saat pengelasan merupakan masalah yang paling banyak terjadi dalam proses pengelasan dengan SAW, oleh karena itu kombinasi dari Arus listrik (I) yang dipergunakan dan Tegangan (V) harus benar-benar sesuai dengan spesifikasi kawat elektroda dan fluksi yang dipakai. 1. Pengaruh dari Arus Listrik (I) Setiap kenaikan arus listrik yang dipergunakan pada saat pengelasan akan meningkatkan penetrasi serta memperbesar kuantiti lasnya. Penetrasi akan meningkat 2 mm per 100A dan kuantiti las meningkat juga 1,5 Kg/jam per 100A.
Gambar 2.9 Pengaruh Arus Listrik
2. Pengaruh dari Tagangan Listrik (V) Setiap peningkatan tegangan listrik (V) yang dipergunakan pada proses pengelasan akan semakin memperbesar jarak antara tip elektroda dengan material yang akan dilas, sehingga busur api yang terbentuk akan menyebar dan mengurangi penetrasi pada material las. Konsumsi fluksi yang dipergunakan akan meningkat sekitar 10% pada setiap kenaikan 1 volt tegangan. 3. Pengaruh Kecepatan Pengelasan Jika kecepatan awal pengelasan dimulai pada kecepatan 40 cm/menit, setiap pertambahan kecepatan akan membuat bentuk jalur las yang kecil (Welding Bead), penetrasi, lebar serta kedalaman las pada benda kerja akan berkurang. Tetapi jika kecepatan pengelasannya berkurang dibawah 40 cm/menit cairan las yang terjadi dibawah busur api las akan menyebar serta penetrasi yang dangkal, hal ini dikarenakan over heat. 4. Pengaruh Polaritas arus listrik (Alternating Curret atau Direct Current) Pengelasan dengan kawat elektroda tunggal pada umumnya menggunakan tipe arus Direct Current (DC), elektroda positif (EP), jika menggunakan elektroda negatif (EN) penetrasi yang terbentuk akan rendah dan kuantiti las yang tinggi.
Pengaruh dari arus Alternating Curret (AC) pada bentuk butiran las dan kuantiti pengelasan antara elektroda positif dan negatif adalah sama yaitu cenderung porosity, oleh karena itu dalam proses pengelasan yang menggunakan arus AC harus memakai fluks yang khusus.
2.3.1 Klasifikasi Fluksi dan Kawat Elektroda 2.3.1.1 Fluksi Fluksi merupakan pembungkus elektroda yang sangat diperlukan untuk meningkatkan mutu sambungan karna fluksi bersifat melindungi metal cair dari udara bebas serta menstabilkan busur. Terdapat 2 macam Fluksi sesuai dengan pembuatannya, diantaranya: 1. Fused Fluksi Fused Fluksi terbuat dari campuran butir-butir material seperti mangan, kapur, boxit, kwarsa dan fluorpar didalam suatu tungku pemanas. Cairan terak yang terbentuk akan diubah ke dalam bentuk fluksi dengan jalan: • Dituang di suatu cetakan dalam bentuk beberapa lapis / susun yang tebal kemudian dipecah serta disaring sesuai dengan ukuran butiran yang diinginkan. • Dari kondisi panas dituang ke dalam air, sehingga timbul percikan – percikan yang kemudian disaring sesuai ukurannya. Metode ini lebih effisien, tetapi kualitas fluksi yang dihasilkan mengandung hidrogen yang cukup tinggi yang memerlukan prose lebih lanjut untuk mengurangi kadar hidrogen tersebut. 2. Bonded Fluksi Bonded Fluksi ini dibuat di pabrik dengan jalan mencampur butiranbutiran material yang ukurannya jauh lebih halus seperti mineral, ferroalloy, water
glass sebagi pengikat dalam suatu pengaduk (mixer) yang khusus. Campuran tersebut kemudian akan dikeringkan dalam suatu pengering yang berputar pada temperatur 600–800 0C.
2.3.1.2 Kawat Elektroda Elektroda baja lunak dan baja paduan rendah untuk las busur listrik manurut klasifikasi AWS (American Welding Society) dinyatakan dengan tanda E XXXX yang artinya sebagai berikut: •
E menyatakan elaktroda busur listrik.
•
XX (dua angka) sesudah E menyatakan kekuatan tarik deposit las dalam ribuan Ib/in2 lihat table.
•
X (angka ketiga) menyatakan posisi pangelasan angka 1 untuk pengelasan segala posisi. angka 2 untuk pengelasan posisi datar di bawah tangan.
•
X (angka keempat) menyatakan jenis selaput dan jenis arus yang cocok dipakai untuk pengelasan.
Contoh : E 6013 Artinya: •
Kekuatan tarik minimum dan deposit las adalah 60.000 Ib/in2 atau 42 kg/mm2.
•
Dapat dipakai untuk pengelasan segala posisi.
•
Jenis selaput elektroda Rutil-Kalium dan pengelasan dengan arus AC atau DC + atau DC –.
2.3.2 Persiapan Sambungan Klasifikasi sambungan las berdasarkan jenis sambungan dan bentuk alur, yaitu: 1. Sambungan Las Dasar Sambungan las dalam konstruksi baja pada dasarnya dibagi dalam sambungan tumpul, sambungan t, sambungan sudut dan sambungan tumpang. Sebagai perkembangan sambungan dasar tersebut diatas terjadi sambungan silang, sambungan dengan penguat dan sambungan sisi berdasarkan buku Teknologi Pengelasan Logam oleh Prof. Dr. Ir. Harsono wiryosumarto seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.10.
Gambar 2.10 Alur sambungan las tumpul 2. Sambungan Tumpul Sambungan tumpul adalah jenis sambungan yang paling efisien. Sambungan ini dibagi lagi mejadi dua yaitu sambungan penetrasi penuh dan sambungan penetrasi sebagian seperti yang terlihat dalam gambar 2.10. Sambungan penetrasi penuh dibagi lebih lanjut menjadi sambungan tanpa pelat
pembantu dan sambungan dengan pelat pembantu yang masih dibagai lagi dalam pelat pembantu yang turut menjadi bagian dari konstruksi dan pelat pembantu yang hanya sebagai penolong pada waktu proses pengelasan saja. Bentuk alur dalam sambungan tumpul sangat mempengaruhi efisiensi pengerjaan, efisiensi sambungan dan jaminan sambungan. Karena itu pemilihan bentuk alur sangat penting. Bentuk dan ukuran alur sambungan datar ini sudah banyak di standarkan dalam standar AWS, DIN, JSSC dan sebagainya. Pada dasarnya dalam memilih bentuk alur harus menuju kepada penurunan masukan panas dan penurunan logam las sampai kepada harga terendah yang tidak menurunkan mutu sambungan. Karena hal ini maka dalam pemilihan bentuk alur diperlukan kemampuan dan pengalaman yang luas. Bentuk-bentuk yang telah distandarkan pada umumnya hanya meliputi bentuk alur harus ditentukan sendiri berdasarkan pengalaman yang dapat dipercaya. Sambungan T berdasarkan buku Teknologi Pengelasan Logam oleh Prof. Dr. Ir. Harsono wiryosumarto dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Sambungan T
2.3.3 Arus Pengelasan Arus adalah aliran pembawa muatan listrik,simbol yang digunakan adalah huruf besar I dalam satuan ampere. Pengelasan adalah penyambungan dua logam dan atau logam paduan dengan cara memberikan panas baik diatas atau dibawah titik cair logam tersebut,baik dengan atau tanpa tekanan serta ditambah atau tanpa logam pengisi yang dimaksud dengan arus paengelasan disini adalah aliran pembawa muatan listrik dari mesin las yang digunakan untuk menyambung dua logam dengan mengalirkan panas ke logam pengisi atau elektroda. Hubungan diameter elektroda dengan arus pengelasan menurut Howard BC,1998 dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Hubungan diameter elektroda dengan arus pengelasan Diameter Elektroda (mm)
Arus (Ampere)
2,5
60-90
2,6
60-90
3,2
80-140
4,0
150-190
5,0
180-250
2.3.4 Polaritas Terbalik AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current) digunakan untuk menggambarkan polaritas arus listrik yang menghasilkan arus las dan arah pengelasan. Istilah umum yang dihubungkan dengan polaritas yaitu polaritas terbalik dan polaritas langsung. Ini sangat umum untuk dunia pengelasan. Elektroda positif adalah sama dengan polaritas terbalik. Elektroda negatif adalah
sama dengan polaritas lurus. Oleh karena itu + dan - tertulis pada mesin las untuk kabel yang tersambung. Untuk arus muatan kutub langsung kawat lasnya negative, dan untuk muatan kutub terbalik kawat las positifnya. Hal-hal seperti ini terkadang sangat diperlukan untuk mengubah arah arus yang mengalir pada jaringan las. Ketika muatan listrik mengalir dari kutub negative (katoda) dari busur las ke benda kerja sistem ini adalah arus searah (DC) dengan sistem kutub terbalik.
Gambar 2.12 Muatan Kutub terbalik
2.3.5 Metalurgi Las Pengelasan adalah proses penyambungan dengan menggunakan energi panas, karena proses ini maka logam disekitar lasan mengalami siklus termal cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan - perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan – tegangan termal. Hal ini sangat erat hubunganya dengan ketangguhan, cacat las, retak dan lain sebagainya yang umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi las. Daerah lasan terdiri dari tiga bagian: 1. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair kemudian membeku.
2. Fusion Line, garis penggabungan atau garis batas cair antara logam las dan logam Induk 3. Daerah pengaruh panas disebut HAZ (Heat Affected Zone), adalah logam
dasar yang bersebelahan dengan logam las selama pengelasan
mengalami pemanasan dan pendinginan yang cepat Pembagian daerah lasan dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Pembagian daerah las Keterangan: 1. Weld Metal (Logam Las) 2. Fusion Line (Garis Penggabung) 3. HAZ (Daerah Pengaruh Panas) 4. Logam Induk
2.3.6 Kampuh V Tunggal dan Ganda Salah satu yang harus dipersiapkan sebelum melakukan pengelasan adalah pembuatan kampuh las. Kampuh las berguna sebagai tempat pengisian logam pengisi (elektroda) yang ikut mencair. Bentuk kampuh sangat mempengaruhi efisiensi sambungan dan jaminan sambungan. Sambungan kampuh V dipergunakan untuk menyambung logam atau plat. Sambungan ini terdiri dari sambungan kampuh V tunggal dan sambungan
kampuh V ganda dengan sudut kampuh antara 450-700. Kampuh V tunggal dan ganda dapat dilihat pada gambar 2.14 dan 2.15. Pada dasarnya pemilihan bentuk kampuh menuju kepada penurunan pemasukan panas dan penurunan logam las pada tingkat harga terendah dan tidak menurunkan mutu dari sambungan.
Gambar 2.14 Kampuh V tunggal
Gambar 2.15 Kampuh V ganda
Ada 3 aturan dalam pemilihan sambungan dan kampuh: 1. Pemilihan sambungan yang memerlukan sedikit logam pengisi. 2. Penggunaan akar kampuh yang minimum dengan sudut yang sangat kecil agar dapat mengurangi jumlah logam pengisi. 3. Pada pelat yang tebal menggunakan kampuh ganda untuk mengurangi logam pengisi.
2.4 Pengujian Tarik (Tensile Test) Proses pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik benda uji. Pengujian tarik untuk kekuatan tarik daerah las dimaksudkan untuk mengetahui apakah kekuatan las mempunyai nilai yang sama, lebih rendah atau
lebih tinggi dari kelompok raw materials. Pengujian tarik untuk kualitas kekuatan tarik dimaksudkan untuk mengetahui berapa nilai kekuatannya dan dimanakah letak putusnya suatu sambungan las. Pembebanan tarik adalah pembebanan yang diberikan pada benda dengan memberikan gaya tarik berlawanan arah pada salah satu ujung benda. Penarikan gaya terhadap beban akan mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) bahan tersebut. Proses terjadinya deformasi pada bahan uji adalah proses pergeseran butiran Kristal logam yang mengakibatkan melemahnya gaya elektromagnetik setiap atom logam hingga terlepas ikatan tersebut oleh penarikan gaya maksimum. Gambar 2.14 menunjukkan alat uji tarik.
Gambar 2.16 Alat uji tarik Keterengan: 1. Load roll 2. Tombol Down
3. Tombol Up 4. Stop 5. Start 6. Chuck bawah 7. Chuck atas 8. Load Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap berupa kurva seperti digambarkan pada gambar 2.15. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang (Callister, 2004).
Gambar 2.17 Kurva F vs Δl Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan teknik( ε
eng .),
yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (∆L) terhadap panjang batang mula-mula (L 0 ). Tegangan yang dihasilkan pada
proses ini disebut dengan tegangan teknik (σ eng ), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A 0 ). Tegangan normal tesebut akibat gaya tarik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.1).
σ =
F Ao
(2.1)
Dimana: σ = Tegangan tarik (MPa) F = Gaya tarik (N) A o = Luas penampang spesimen mula-mula (mm2) Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.2).
ε=
∆L x100% L
(2.2)
Dimana: ∆L = L - L 0 Keterangan: ε = Regangan akibat gaya tarik L = Panjang spesimen akibat beban tarik (mm) Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm) Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat gaya tarik yang terjadi, panjang akan menjadi bertambah dan diameter pada spesimen akan menjadi kecil, maka ini akan terjadi deformasi plastis (Nash, 1998). Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan (2.3)
E=σ/ε
(2.3)
E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve). Kurva ini ditunjukkan oleh gambar 2.16.
Gambar 2.18 Kurva Tegangan-Regangan
Umumnya, limit elastis bukan merupakan definisi tegangan yang jelas, tetapi pada besi tidak murni dan baja karbon rendah, titik awal terjadinya deformasi plastis ditandai dengan penurunan beban secara tiba-tiba yang menunujukan adanya titik luluh atas dan titik luluh bawah. Perilaku luluh ini merupakan karakteristik bebagai jenis logam, khusunya yang memiliki struktur
bcc dan mengandung sejumlah kecil elemen terlarut. Untuk material yang tidak memiliki titik luluh yang jelas, berlaku definisi konvensional mengenai titik awal deformasi plastis, yaitu tegangan uji 0,1 atau 0,2 %. Di sini ditarik garis sejajar dengan bagian elastis kurva tegangan-regangan dari titik dengan regangan 0,2 %.
2.4 Pengujian Ketangguhan Impak (Impact Toughness Test/Impact Charpy Test) Bahan-bahan digunakan untuk membangun struktur yang menahan suatu beban. Seorang insinyur perlu mengetahui jika bahan akan bertahan pada kondisi dimana struktur akan dipergunakan. Faktor yang penting yang mempengaruhi ketangguhan dari sebuah struktur meliputi pengujian temperatur rendah, pembebanan lebih, dan laju regangan tinggi terhadap angin atau impak (benturan) dan efek dari konsentrasi tegangan seperti takikan dan retakan. Hal tersebut cenderung untuk mendorong terjadinya perpatahan. Untuk hal yang lebih luas, interaksi kompleks dari faktor-faktor ini dapat dimasukkan dalam proses desain dengan menggunakan teori mekanisme perpatahan. Pengujian untuk ketangguhan impak, seperti halnya pengujian Impact Charpy telah dikembangkan sebelum teori mekanika perpatahan tersedia. Pengujian impak adalah sebuah metode untuk mengevaluasi ketangguhan relatif dari bahan-bahan teknik. Pengujian Impact Charpy secara kontinyu digunakan pada saat ini sebagai metode kontrol kualitas yang ekonomis untuk memperkirakan sensitifitas takikan dan ketangguhan impak dari bahan-bahan teknik. Hal ini biasanya digunakan untuk menguji ketangguhan logam-logam. Pengujian yang serupa dapat digunakan untuk polimer, keramik dan komposit.
Alat uji Impact Charpy dan spesimen uji dapat dilihat pada gambar 2.17 dan 2.18.
Gambar 2.19 Alat uji Impact Charpy
Keterangan: 1. Pengunci palu 2. Piring busur derajat 3. Jarum penunjuk sudut 4. Lengan 5. Beban 6. Tempat benda uji dipasang 7. Batang pembawa jarum 8. Badan mesi uji
Gamber 2.20 Spesimen uji
Benda uji dipatahkan dengan benturan dari sebuah palu pendulum yang berat, yang jatuh dari jarak tetap (energi potensial yang konstan) untuk membentur benda uji dengan kecepatan yang tetap (energi kinetik yang konstan). Bahan-bahan yang tangguh (tough) menyerap banyak energi ketika dipatahkan dan bahan-bahan yang getas (brittle) menyerap energi sangat sedikit. Energi impak yang diukur dengan pengujian Charpy adalah usaha yang dilakukan untuk mematahkan benda uji. Pada Impak, spesimen berubah bentuk secara elastis sampai peluluhan tercapai (deformasi plastik) dan sebuah zona plastis berkembang pada takikan. Ketika pengujian dilanjutkan, perubahan spesimen oleh impak menyebabkan usaha pada zona plastis mengeras. Hal ini mengingkatkan tegangan dan regangan pada zona plastis sampai specimen patah. Energi impak total tergantung pada ukuran dari benda uji, dan standar
ukuran benda uji yang digunakan untuk dibandingkan diantara bahan-bahan yang berbeda. Energi impak dipengaruhi oleh sejumlah faktor, seperti halnya: 1. Kekuatan peluluhan dan keuletan 2. Takikan 3. Suhu dan laju regangan 4. Mekanisme perpatahan Peningkatan kekuatan luluh oleh mekanisme tersebut kemudian akan menurunkan energi impak ketika usaha plastis yang kecil dapat terjadi sebelum regangan pada zona plastis yang cukup untuk mematahkan benda uji. Peningkatan kekuatan luluh dapat juga mempengaruhi energi impak disebabkan oleh perubahan mekanisme perpatahan. Takikan pada benda uji mempunyai dua efek. Keduanya dapat menurunkan
energi
impak.Pertama,
konsentrasi
tegangan
dari
takikan
menyebabkan peluluhan atau deformasi plastis terjadi pada takikan. Suatu daerah plastis dapat berkembang pada takikan, dimana akan menurunkan jumlah total deformasi plastik pada benda uji. Hal ini menurunkan usaha yang dilakukan oleh deformasi plastik sebelum perpatahan. Kedua, pembatasan deformasi pada takikan meningkatkan tegangan tarik di zona plastis. Tingkat pembatasan tergantung pada kerumitan takikan (kedalaman dan keruncingan). Peningkatan tegangan tarik mendorong perpatahan dan menurunkan usaha yang dilakukan oleh deformasi plastis sebelum perpatahan terjadi. Pengujian Impact secara kontinu digunakan pada saat ini sebagai metode kontrol kualitas yang ekonomis untuk memperkirakan sensitifitas takikan dan ketangguhan impak dari bahanbahan teknik.
Harga impak dapat dihitung dengan formula: Energi awal (E 0 ) = P . D (1 – Cos α )
2.4
Energi akhir (E 1 ) = P . D ( 1 – Cos β )
2.5
Maka energi yang diserap adalah: E = E0 – E1 = P . D {(1 – cos α) – (1 – cos β)} = P . D (- cos α + cos β) E = P . D (cos β – cos α)
2.6
Dimana : E = Energi yang diserap dalam satuan (Joule) α = Sudut awal pemukulan (147o rad) β = Sudut akhir pemukulan (rad) P = Konstanta (251,3 N) D = Konstanta (0,6495 m)
Atau bisa juga dengan formula: Hi = P . D (cos β – cos α) / A Hi = E/A Dimana: E = Energi yang diserap dalam satuan (Joule) A = Luas penampang dibawah takik dalam satuan (mm2)
2.7
