PENGARUH TEBAL PELAT BAJA KARBON RENDAH LAMA PENEKANAN DAN TEGANGAN LISTRIK PADA PENGELASAN TITIK TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS

Transkripsi

1 PENGARUH TEBAL PELAT BAJA KARBON RENDAH LAMA PENEKANAN DAN TEGANGAN LISTRIK PADA PENGELASAN TITIK TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS Joko Waluyo 1 1 Jurusan Teknik Mesin Institut Sains & Teknologi AKPRIND Jogjakarta E.mail : walyojok@ yahoo.co.id ABSTRAK Las titik (spot welding) merupakan salah satu cara pengelasan resistansi listrik dimana dua atau lebih lembaran logam dijepit diantara dua elektroda dan pada saat yang bersamaan arus listrik dialirkan sehingga permukaan material mencapai temperatur las kemudian material tersebut menyatu. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kualitas pengelasan yang terbaik dengan menggunakan mesin las tipe PDN 1-1 serta material yang digunakan adalah plat baja karbon rendah AISI 11 tebal,6 mm;,8 mm dan 1,2 mm. dilas dengan las titik dengan sambungan tindih (lap joint), dengan arus las 26 A dan voltase output 1,75 volt,2,2 volt dan 2,28 volt dan waktu sebesar 1,5 detik; 2,5 detik dan 3 detik. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian adalah uji struktur mikro, kekerasan dan kekuatan tarik pembuatan spesimen uji mengacu standar JIS Z Hasil pengujian struktur mikro ditemukan adanya fasa ferit (terang) dan perlit (gelap) pada semua bagian, pada bagian logam induk, daerah HAZ, maupun daerah pengelasan, besarnya jumlah butir pada daerah pengelasan relatif lebih besar bila dibandingkan pada daerah HAZ dan logam induk. Nilai kekerasan HVN (hardness vickers number) tetinggi pada daerah pengelasan sebesar 3 mg/µm 2 untuk plat dengan tebal 1,2 mm menggunakan tegangan 2,2 volt dan waktu 2,5 detik, untuk daerah HAZ sebesar 177 mg/µm 2 untuk tebal plat,6 mm menggunakan tegangan 2 dan waktu 2,5 detik dan untuk logam induk nilai kekerasan 1 mg/µm 2 untuk semua spesimen uji. Kekuatan tarik pada sambungan las tertinggi adalah 11 kg/mm 2 pada pengujian dengan menggunakan tegangan 1,75 volt tebal pelat,8 mm dan waktu penekanan 1,5 detik dan kekuatan tarik terendah terjadi pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 3 volt dan waktu 3 detik. Kata kunci : Spot welding, Arus las, Voltase output, Baja karbon rendah AISI 11, Struktur mikro, Uji kekerasan, Uji tarik, Logam induk, HAZ, logam las. PENDAHULUAN Pengelasan titik banyak digunakan dalam bidang industri, terutama industri otomotif. Las titik (spot welding) merupakan salah satu cara pengelasan resistansi listrik dimana dua atau lebih lembaran logam dijepit diantara dua elektroda dan pada saat yang bersamaan arus listrik dialirkan sehingga permukaan material mencapai temperatur las kemudian material tersebut menyatu biasanya proses pengelasan dilakukan untuk tebal bahan yang tipis (Harsono. W & T. Okumura) Proses pengelasan titik dipengaruhi antara lain : besarnya arus listrik, gaya penekanan, waktu penekanan dan luas singgungan elektoda. Ditinjau dari segi metalurgi, penggunaan variabel las titik yang tidak tepat akan mengakibatkan kualitas pengelasan yang tidak baik. Sehingga logam rusak dalam bentuk patah dan perubahan sifat mekanisnya (Khifdhiyah Laylatu). Pada penelitian ini dilakukan variasi beberapa parameter pengelasan yaitu tegangan, tebal tipisnya material dan lamanya penekanan pada pengelasan tidengan material pelat baja. Batasan masalah di dalam penelitian ini adalah : 1. Pengelasan yang digunakan adalah pengelasan dengan bentuk sambungan tumpul atau lap joint dengan menggunakan pengelasan titik. 2. Bahan yang digunakan adalah plat baja karbon rendah dengan ketebalan,6 mm;,8 mm; dan 1,2 mm. 3. Variabel tegangan dan waktu yang digunakan adalah 1,75 V, 2,2 V dan 2,28 V, dan 1,5, 2,5 dan 3 detik. 4. Pengujian yang dilakukan adalah : a. Pengujian kekuatan tarik; b. Pengujian kekerasan; c. Pengujian struktur mikro. Tujuan dari penelitian ini adalah : A-332

2 1. Mengetahui performance dari mesin las titik tipe PDN 1-1 di lab proses produksi jurusan teknik mesin IST AKPRIND 2. Mengetahui struktur mikro yang ada pada sambungan las titik, yakni pada daerah logam induk, HAZ dan daerah manik las (nugget). 3. Mengetahui sifat mekanis kekuatan tarik, kekerasan pada sambungan las (lap joint) METODE Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, guna memperoleh data tentang analisa kekuatan tarik, struktur mikro, kekerasan pada pengelasan titik (spot welding). Adapun diagram alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 1. MULAI Identifikasi Masalah Pembuatan Spesimen Uji Proses Pengelasan Titik (Spot welding) Variasi tegangan, waktu penekanan, dan variasi tebal pelat Pengujian Tarik Kekerasan Struktur Mikro Studi pustaka Pembahasan & Kesimpulan SELESAI Gambar 1. Diagram alir penelitian. Bahan Penelitian, material yang akan dilakukan pengujian adalah material pelat baja karbon rendah dengan tebal :,6 mm;,8 mm; 1,2 mm. masing-masing sebanyak 25 buah. Proses Pengelasan, dalam penelitian ini dilakukan proses pengelasan material baja karbon rendah dengan tebal,6 mm,,8 mm dan 1,2 mm dengan menggunakan las titik jenis sambungan yang dipilih lap joint dengan menggunakan variasi tegangan 1,75, 2 dan 3 Volt dan waktu 1,5, 2,5 dan 3 detik. Proses Pengujian, pengujian yang dilakukan meliputi pengujian metalografi, tarik, kekerasan dan analisa panas yang terserap pada logam. Pada pengujian tarik, kekerasan dan analisa panas yang terserap masing-masing menggunakan 6 sampel uji sedangkan untuk pengujian metalografi dan A-333

3 pengujian cacat masing-masing 3 sampel uji. Pengujian tarik, pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik hasil pengelasan titik pada logam baja karbon rendah. Adapun spesimen uji sesuai dengan standar JIS 3319 seperti pada Gambar 2. Spesimen uji tarik standar JIS Z 3139 Gambar 2. Spesimen uji tarik standar JIS Z 3139 Pengujian Metallography, metallogrphy merupakan pengamatan struktur logam untuk memperoleh data antara lain jumlah butir, dan distribusi masing-masing penyebaran fase. Pengujian Kekerasan, metode yang digunakan di dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan metode mikro Vickers menggunakan indentor piramida intan. Piramida pada ujung penekan mempunyai bentuk dasar persegi pada sisi yang saling berhadapan. PEMBAHASAN Hasil penelitian setelah dilaksanakan pengujian maka didapatkan data-data antara lain nilai kekerasan, kekuatan tarik, dan struktur mikro adapun data-datanya seperti pada Grafik di bawah. 25 Kekerasan mikro Vickers Tebal pelat.6 Tebal pelat.8 Tebal pelat 1.2 Las HAZ Logam induk Pengelasan Gambar 1. Grafik Pengelasan dengan tegangan 1,75 Volt dan waktu 1,5 detik. Pengujian kekerasan vickers (mikro hardness vickers), pengujian kekerasan ini dilakukan untuk menguji distribusi kekerasan pada logam las, daerah HAZ (Heat Affactive Zone), dan logam induk. Pengujian dengan menggunakan mikro Vickers dengan menggunakan penekan berbentuk piramida intan, beban yang dipergunakan adalah 2 gf dengan lama penekanan 5 detik. Adapun besarnya kekerasan mikro Vickers rata-rata dapat dilihat pada Grafik 1,2 dan 3. Dari grafik 1, 2 dan 3 kekerasan pada daerah logam induk semua material dengan ketebalan yang berbeda mempunyai kekerasan sama adapun besarnya kekerasan besarnya rata-rata 1 mg/µm 2 hal ini disebabkan karena pada daerah logam induk dilihat dari struktur mikronya tidak mengalami perubahan hanya terdiri dari phase perlit dan perlit. A-334

4 Kekerasan mikro Vickers Tebal pelat.6 Tebal pelat.8 Tebal pelat 1.2 Las HAZ Logam induk Pengelasan Grafik 2. Pengelasan dengan tegangan 2 Volt dan waktu 2,5 detik Kekerasan mikro Vickers Las HAZ Logam induk Tebal pelat.6 Tebal pelat.8 Tebal pelat 1.2 Pengelasan Grafik 3. Pengelasan dengan tegangan 2,3 Volt dan waktu 3 detik. Adapun besarnya kekerasan tertinggi pada pengelasan dengan tebal pelat 1,2 mm pada tegangan 2,3 Volt dengan waktu penekanan 3 detik dengan nilai kekerasan yang besarnya 3 mg/µm 2 dan besarnya jumlah butir 25 butir dan nilai terendah pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dan waktu penekanan 2,5 detik pada ketebalan pelat 1,2 mm yang besarnya 138 mg/µm 2 jumlah butirnya 56 butir. Hal ini disebabkan karena pada daerah HAZ, serta daerah pengelasan mengalami siklus termal pengelasan, semakin besar masukan panas pada daerah HAZ dan daerah pengelasan semakin besar perubahan struktur mikro terutama jumlah butirnya. Pengujian tarik, pengujian kekuatan geser sambungan dengan metode uji tarik dilakukan untuk mengetahui sifat sifat mekanis dari material baja karbon rendah sebagai material uji dalam penelitian ini. Adapun hasil pengujian tarik seperti pada grafik 4, 5 dan 6 untuk beberapa ketebalan, penekanan dan tegangan yang digunakan kemudian dirata-rata hasil analisanya dapat dilihat pada grafik di bawah ini. Dari hasil analisa data pada pengujian tarik seperti pada grafik 4,5 dan 6 tersebut di atas di dapat bahwa kekuatan tarik rata-rata tertinggi di dapat pada pengujian dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dengan waktu penekanan 1,5 detik pada ketebalan material uji,8 mm yaitu besarnya tegangan tarik 11 kg/mm 2 hal ini disebabkan karena panas yang diberikan pada saat pengelasan dapat menyebabkan perubahan struktur mikro pada daerah HAZ dan daerah pengelasan lebih padat. dan kekuatan tarik rata-rata terendah pada pengujian dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt dengan waktu penekanan 3 detik pada ketebalan material uji,6 mm yaitu besarnya tegangan tarik 1,7 kg/mm 2 hal ini disebabkan pada pengujian tersebut hasil pengelasan tidak terjadi titik pada bagian yang di las A-335

5 tetapi terjadi lubang yang tidak bulat benar pada salah satu bagian yang runcing sehingga menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan sehingga apabila dikenai beban pada bagian tersebut timbul crak sehingga mudah patah, disamping itu pada saat pengelasan terjadi lengket antara elektroda dengan material uji sehingga menyebabkan kualitas pengelasan tidak baik Pengujian tarik (Kg/mm2) Pengujian tarik (Kg/mm2) Kekutan tarik (kg/mm Ketebalan materila uji (mm) Kekutan tarik (kg/mm Ketebalan materila uji (mm) Grafik 4 Hasil pengujian tarik benda uji dengan tengangan 1,75 Volt, Waktu 1,5 detik. Grafik 5 Hasil pengujian tarik benda uji dengan tegangan 2 Volt d waktu 2,5 dt Kekutan tarik (kg/mm Pengujian tarik (Kg/mm2) Ketebalan materila uji (mm) Grafik 6 Hasil pengujian tarik dengan tegangan 2,3 Volt waktu 3 dt PEMBAHASAN Hasil pengujian struktur mikro pada suatu material uji yang telah mengalami proses pengelasan yaitu pada daerah logam induk, HAZ, dan daerah pengelasan. Ketiga daerah tersebut tersebut mendapatkan perlakuan panas yang berbeda, dalam hal ini temperatur puncak serta laju pendinginan yang tidak sama, maka ketiga daerah tersebut juga memiliki struktur mikro juga berbeda (ASM Metallurgy and Microstructures) Adapun struktur mikro pada tiap-tiap daerah pengujian seperti pada Gambar 2 sampai dengan Gambar 6. A-336

6 Gambar 2. Struktur mikro logam induk Gambar 3 Daearah pengelasan dan HAZ dengan 1,75 V waktu 1,5 detik tebal,8 mm Gambar 4 Daearah pengelasan dan HAZ dengan 2,3 V waktu 3 detik tebal 1,2 mm Gambar 5 pengelasan dan HAZ dengan 2,3 V waktu 2,5 detik tebal,6 detik A-337

7 Gambar 6 Daearah pengelasan dan HAZ dengan 2,3 V waktu 3 detik tebal 1,2 mm Pada gambar struktur mikro seperti pada gambar 2 sampai dengan gambar 6 banyaknya butir yang paling banyak pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt dan waktu penekanan 3 detik pada ketebalan material uji 1,2 mm jumlah butirnya 25 butir dan masukan panas = 179,4 Joule dan jumlah butir terendah pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dan waktu penekanan 1,5 detik pada ketebalan 1,2 mm jumlah butirnya 56 butir serta masukan panas pada pengelasan mengalami penurunan yang besarnya 68,25 Joule. KESIMPULAN Dari hasil pengolahan data dan analisa data penelitian pengaruh tebal pelat baja karbon rendah, lama penekanan tegangan listrik pada pengelasan titik terhadap sifat fisis dan mekanis, maka dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut : 1. Kekerasan tertinggi pada daerah pengelasan sebesar 3 mg/µm 2 pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt dan waktu penekanan 3 detik dengan tebal pelat 1,2 mm. Dan kekerasan terendah pada pada daerah HAZ sebesar 138 mg/µm 2 pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dan waktu penekanan 1,5 detik dengan tebal pelat 1,2 mm. 2. Kekuatan tarik tertinggi sebesar 11 Kg/mm 2 pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dan waktu penekanan 1,5 detik pada ketebalan pelat,8 mm. Dan kekuatan tarik terendah pada sebesar 1,7 mg/µm 2 dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt dan waktu penekanan 3 detik pada ketebalan pelat,6 mm. 3. Heat input terbesar pada pengujian dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt, lama penekanan 3 detik pada semua material uji yaitu sebesar 179,4 Joule dan Heat input terendah pada pengujian dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt, lama penekanan 1,5 detik pada semua material uji yaitu sebesar 68,25 Joule 4. Jumlah butir tertinggi dengan menggunakan tegangan 2,3 Volt dan waktu penekanan 3 detik pada ketebalan material uji 1,2 mm jumlah butirnya 25 butir dan jumlah butir terendah pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 1,75 Volt dan waktu penekanan 1,5 detik pada ketebalan 1,2 mm jumlah butirnya 56 butir 5. Pada pengelasan dengan menggunakan tegangan 2,3 volt dan waktu penekanan 3 detik kekuatan tariknya rendah hal ini disebabkan pada daerah pengelasan terjadi lubang. DAFTAR PUSTAKA ASM., 1989, Metallurgy and Microstructures, ASM Handbook Committe, Metal Park, Ohio. Harsono. W & T. Okumura, 2, Teknologi Pengelasan Logam, PT. Pradnya Paramita, Jakarta JIS Hand Book (1986), Ferrous Materials and Metallurgy, Japanese Standart Association, Akasaka 4 Chome, Minato-ku, Tokyo. Khifdhiyah Laylatu,212 Pengaruh tebal plat & waktu pada pengelasan titik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Indistri IST AKPRIND Yogyakarta. A-338