ANALISA HASIL PENGELASAN SMAW PADA BAJA TAHAN KARAT FERITIK DENGAN VARIASI ARUS DAN ELEKTRODA

Transkripsi

1 ANALISA HASIL PENGELASAN SMAW PADA BAJA TAHAN KARAT FERITIK DENGAN VARIASI ARUS DAN ELEKTRODA Dimas Pratama Putra ( ) Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRAK Dalam proses pengelasan baja tahan karat feritik seringkali dijumpai ketangguhan yang rendah pada daerah HAZ karena pengkasaran butir yang tepat disebelah logam las.kekurangan lain yang ada pada baja tahan karat ferritik adalah terjadinya penggetasan akibat mengendapnya senyawa Fe-Cr dengan semakin meningkatnya kadar krom. Dengan adanya permasalahan tersebut maka pengelasan terhadap logam ini memerlukan suatu prosedur pengelasan yang baik agar didapatkan mutu las yang maksimal. Dalam penelitian ini digunakan elektroda yang berbeda. Bahan yang digunakan adalah plat stainlees steel AISI 430. Elektroda yang digunakan adalah AWS A5.4 E308L dan AWS A5.4 E316L. Jenis las yang digunakan adalah Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Pengujian yang dilakukan berupa uji kekerasan dan metallografi. Bedasarkan data dari hasil peneitian didapatkan Nilai kekerasan yang tinggi untuk penggunaan Elektroda E308L dengan arus 90A yaitu sebesar 107 HRB.Sedangkan penggunaan Elektroda E316L dengan arus 80A yaitu 99 HRB. Nilai kekerasan terendah pada penggunaan elektroda E308L dengan arus 60A yaitu 82 HRB. Sedangkan penggunaan elektroda E316L dengan arus 60A yaitu 88 HRB. Kata Kunci: SMAW, baja tahan karat ferritik, Fe-Cr, kekerasan PENDAHULUAN Pengelasan merupakan penyambungan antara dua buah logam atau lebih dengan menggunakan energi panas pada daerah yang akan disambung dengan tekanan maupun tidak menggunakan tekanan. Proses pengelasan Shielded Metal Arc Welding (SMAW) merupakan proses yang umum digunakan. Karena memiliki pertimbangan peralatan relatif murah, penggunaan yang fleksible, dan jenis logam yang dapat dilas lebih banyak. Pada baja tahan karat ferritik menghasilkan ketangguhan yg rendah setelah mengalami pengelasan. Ini karena struktur mikro di HAZ yang dekat dengan logam las mengalami pengkasaran atau pertumbuhan butir yang berlebihan sehingga dapat memicu retak terutama jika mengelas pelat tebal (>25mm). Untuk itu dalam proses pengelasannya perlu diperhatikan beberapa parameter proses pengelasan yang berhubungan dengan kualitas hasil las seperti tegangan dan arus yang digunakan, kecepatan pengelasan, penggunaan elektroda yang tepat, dan lain sebagainya. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi arus dan elektroda terhadap distribusi kekerasan dan struktur mikro pada Ferritic Stainless Steel setelah mengalami proses pengelasan SMAW. METODOLOGI Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah 8 set plat Stainless Steel 430 dengan dimensi dari tiap spesimen 100 x 100 x 6 mm. Komposisi kimia spesimen ditujukkan pada Tabel di bawah ini. Tabel 1. Komposisi Kimia Stainless Steel 430 C 0.12 Cr Fe Mn P S Si Adapun elktroda yang digunakan dalam penelitian ini ada tiga jenis, yaitu tipe AWS A5.4 E308L-17 dan AWS A5.4 E316L-17. Pada penelitian ini dilakukan variasi pengelasan dengan menggunakan arus dan elektroda yang berbeda. Dengan variasi pengelasan sebagai berikut: 1

2 Tabel 4. Variasi Pengelasan No. Spesimen AWS A5.4 E308L A1 60A A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 70A 80A 90A AWS A5.4 E316L 60A 70A 80A 90A Kemudian dilas menggunakan pengelasan SMAW dengan desain groove yang digunakan sebagai berikut: Gambar 2 Diagram Alir Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1 Dimensi 1 set Spesimen Setelah dilakukan proses pengelasan, spesimen kemudian diamati dengan pengamatan makro untuk mengetahui lebar haz serta ada tidaknya cacat pengelasan.. Pengamatan mikro juga dilakukan untuk mengetahui perubahan-perubahan yang terjadi pada material setelah mengalami proses pengelasan. Dan pengujian kekerasan dilakukan untuk mengetahui distribusi kekerasan dari material setelah mengalami proses pengelasan. Juga dicari kaitannya dengan hasil pengamatan mikro. Diagram alir penelitian seperti pada gambar berikut ini: Pengamatan Makro Pengamatan makro terhadap hasil lasan dilakukan untuk mengetahui bentuk dan lebar daerah HAZ. Hasil pengamatan makro terhadap spesimen seperti pada gambar berikut ini. Gambar 3 Foto Makro Spesimen A1 Gambar 4 Foto Makro Spesimen A2 2

3 Gambar 5 Foto Makro Spesimen A3 Gambar 6 Foto Makro Spesimen A4 Gambar 7 Foto Makro Spesimen B1 Gambar 8 Foto Makro Spesimen B2 Gambar 10 Foto Makro Spesimen B4 Pengamatan secara makro pada hasil pengelasan selain digunakan untuk mengetahui bentuk dan lebar daerah HAZ, juga dapat digunakan untuk mengamati kedalaman penetrasi lasan. Bentuk dan lebar HAZ pada dasarnya dipengaruhi oleh heat input dan kecepatan pengelasan. Dari 8 spesimen didapatkan lebar HAZ yang berbeda. Spesimen dengan parameter pengelasan arus 90A menghasilkan lebar HAZ yang paling besar yaitu 3 mm. Sedangkan spesimen dengan parameter pengelasan arus 60A menghasilkan lebar HAZ yang paling kecil yaitu 1,9 mm. Penggunaan heat input yang tepat sangat penting pada pengelasan baja tahan karat ferritik. Apabila heat input tinggi menyebabkan laju pendinginan (solidifikasi) yang lambat. Ini menyebabkan lebar HAZ yang semakin besar. Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan terhadap struktur mikro dilakukan untuk mengetahui struktur mikro maupun ukuran butir di daerah weld metal, HAZ, dan base metal sehingga dapat diketahui perubahan dan fenomena-fenomena yang terjadi pada hasil lasan. Daerah Base Metal Gambar 9 Foto Makro Spesimen B3 Gambar 11 Hasil Foto Mikro Base Metal, perbesaran 200x 3

4 Spesimen A1 Spesimen B2 Gambar 12 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ, Spesimen A2 Gambar 17 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ,.. Spesimen B3 Gambar 13 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ, Gambar 18 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ,. Spesimen A3 Spesimen B4 Gambar 14 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ, Spesimen A4 Gambar 15 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ, Spesimen B1 Gambar 16 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ, 4 Gambar 19 Hasil foto mikro (a) weld metal, (b) HAZ,. Pengujian metalografi dilakukan di Jurusan Teknik Material dan Metalurgi ITS. Pengamatan yang dilakukan pada struktur mikro dilakukan dengan mengambil Gambar pada daerah base metal,weld metal, dan HAZ. Gambar 11 menunjukkan struktur mikro base metal pada semua variasi didominasi kristal ferit yang tampak berwarna putih atau terang, banyaknya struktur ferit ini akan membuat material mempunyai sifat kekerasan yang rendah, sedangkan matriks Fe-Cr (karbida) yang tampak berupa butiran berwarna hitam tetapi tidak dominan. Struktur mikro pada weld metal didominasi oleh struktur ferit pada seluruh variasi las. Ini ditunjukkan berurutan oleh gambar 12 sampai gambar 19 bagian a. Matriks Fe-Cr (karbida) tampak semakin banyak seiring dengan penggunaan arus yang lebih besar. Penggunaan elektroda tipe E316L menyebabkan jumlah ferit yang lebih banyak dibandingkan dengan penggunaan elektroda

5 E308L. Ini karena elektroda E316L mengandung unsur Molybdenum yang merupakan pelarut karbida. Sedangkan struktur mikro daerah HAZ tampak jumlah matriks Fe-Cr yang semakin banyak seiring dengan meningkatnya arus yang diberikan pada proses pengelasan. Ini ditunjukkan berurutan oleh gambar 12 sampai gambar 19 bagian b. Pada pengelasan dengan variasi elektroda E316L terdapat jumlah ferit yang lebih banyak dibandingkan daerah HAZ pada pengelasan dengan variasi elektroda E308L. Ini karena elektroda E316L mengandung unsur Molybdenum yang merupakan penstabil ferit serta pelarut karbida. Hasil Pengujian Kekerasan Uji kekerasan dilakukan dengan metode pengujian kekerasan rockwell B. Adapun titik indentasi uji kekerasan rockwell B yang digunakan adalah sebagai berikut: Gambar 20 Posisi Indentasi Data nilai distribusi kekerasan lasan dengan menggunakan elektroda yang berbeda. Dimana pada titik 1,2,9,10 daerah base metal. Titik 3,4,7,8 merupakan daerah HAZ, dan titik 5,6 daerah weld metal. Kemudian dibuat grafik distribusi kekerasannya seperti berikut: Gambar 22 Perbandingan nilai kekerasan spesimen B Pengujian kekerasan dilakukan di Jurusan Teknik Material dan Metalurgi ITS menggunakan metode Rockwell B. Pengukuran nilai kekerasan dilakukan pada base metal, HAZ dan weld metal. Hasil pengujian kekerasan yang dibandingkan adalah logam lasan yang sama namun berbeda arus dan elektroda. Tingginya nilai kekerasan di HAZ bila dibandingkan denagn weld metal dan base metal karena di HAZ terdapat matriks Fe-Cr yang lebih banyak. Semakin tinggi arus yang digunakan, maka matriks Fe-Cr semakin banyak dan ini berpengaruh terhadap nilai kekerasan tersebut. Penggunaan elektroda E316L yang mengandung molybdenum merupakan penstabil ferit dan melarutkan karbida Fe-Cr yang terbentuk. Ini dapat dilihat pada table dimana nilai kekerasan specimen B tidak sebesar specimen A. Penyimpangan pada pengujian ini bisa diakibatkan struktur dari daerah las yang tidak homogen. Selain itu, prosedur teknis kadang mempengaruhi nilai kekerasan, misalnya bila indentor terlalu dekat dengan tepi spesimen dan jarak antar tempat penekanan terlalu dekat. Kekasaran permukaan spesimen uji juga sangat menentukan keakuratan hasil pengujian. Gambar 21 Perbandingan nilai kekerasan spesimen A 5

6 KESIMPULAN dan SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Berdasrkan pengamatan secara visual ditemukan adanya incomplete welding pada penggunaan arus yang rendah. 2. Berdasarkan hasil pengukuran lebar HAZ, semakin besar arus dan heat input, maka semakin lebar daerah HAZnya. 3. Berdasarkan hasil foto mikro diketahui bahwa jumlah karbida semakin meningkat seiring dengan penggunaan arus yang lebih tinggi. 4. Berdasarkan hasil pengujian kekerasan menunjukkan bahwa nilai kekerasan tertinggi terjadi pada HAZ. Dimana pada daerah tersebut terdapat banyak karbida sehingga berpengaruh terhadap sifat kekerasan material. Saran Untuk penelitian selanjutnya ada beberapa saran yang dapat diperhatikan: 1. Hendaknya lebih diperhatikan tentang preparasi dan posisi benda uji pada saat pengujian metalografi karena preparasi yang baik akan memberikan foto struktur mikro yang lebih jelas. Kedataran permukaan spesimen sebelum dan saat pengujian juga harus diperhatikan agar tidak mendapatkan gambar yang kabur. 2. Untuk pengujian kekerasan sebaiknya mengambil titik uji lebih banyak dan tepat sasaran agar didapatkan data yang lebih akurat. 3. Sebaiknya dilakukan pengujian NDT agar spesimen benar-benar terbebas dari cacat, terutama cacat yang tidak terlihat oleh kasat mata.. 4. Pengujian XRD sebaiknya dilakukan untuk mengetahui unsur yang terkandung pada karbida sehingga dapat diidentifikasi lebih mendalam. 6

7 DAFTAR PUSTAKA Sonawan Hery dan Suratman Rochim Pengantar untuk Memahami Proses Pengelasan Logam. Bandung. Alfabeta. Wiryosumarto, Harsono, Prof. Dr. Ir. I986 Teknologi Pengelasan Logam. Edisi keenam. Jakarta : Pradnya Paramitha. Surdia, Tata, Prof. Dr. Ir. I984 Pengetahuan Bahan Teknik. Edisi keenam. Jakarta : Pradnya Paramitha. Musaikan, Ir.H Teknik Pengelasan. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Suherman, Wahid Pengetahuan Bahan Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Suherman, W Ilmu Logam I. Surabaya : Jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya. Suherman, W Ilmu Logam II. Surabaya : Jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya. Cleiton, Silva Microstructural characterization of the HAZ in AISI 444 ferritic stainless steel welds. Fortaleza : Elsevier Inc Cortie MB, Pollak H Embrittlement and aging at 475 C in an experimental ferritic stainless steel containing 38 wt.% Chromium. Mater Sci Eng A Struct Mater Prop Microstruct Process 1995;199: Satyanarayana, V Dissimilar metal friction welding of austenitic ferritic stainless steels. India : Elsevier B.V Trigwell, Steve Effects of welding on the passive oxide film of electropolished 430 stainless steel. San Jose : Elsevier B.V Lee, D.J The dependence of crack properties on the Cr/Ni equivalent ratio in AISI 304L austenitic stainless steel weld metals. Korea : Elsevier B.V Folkhard, Erich. I984 Welding Metallurgy of Stainless Steel. New York : Springer-Verlag Wien Narayanan, Badri K Effect of micro alloying on precipitate evolution in ferritic welds and implications for toughness. Cleveland : Elsevier Ltd. Totemeier, Terry Effect of weld intercooling temperature on the structure and impact strength of ferritic martensitic steel Idaho : Elsevier B.V Shanmugam, K Effect of weld metal properties on fatigue crack growth behaviour of gas tungsten arc welded AISI 409M grade ferritic stainless steel joints. India : Elsevier Ltd. Mohandas, T A comparative evaluation of gas tungsten and shielded metal arc welds of a ``ferritic'' stainless steel. India : Elsevier Science S.A Jeong, Kil Kim Intergranular corrosion of Ti-stabilized 11 wt% Cr ferritic stainless steel for automotive exhaust systems. Republic of Korea : Elsevier Ltd. 7