PENGARUH PERLAKUAN PICKLING PADA PERMUKAAN LEMBARAN BAJA TAHAN KARAT SS 304 YANG MENGALAMI PENGELASAN RESISTANSI TITIK

Transkripsi

1 PENGARUH PERLAKUAN PICKLING PADA PERMUKAAN LEMBARAN BAJA TAHAN KARAT SS 304 YANG MENGALAMI PENGELASAN RESISTANSI TITIK Muhammad Ikhwan dan Muhammad Anis Departemen Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia Abstrak Pada penelitian ini lembaran baja tahan karat SS304 di las menggunakan metode las resistansi titik dengan dua kondisi yaitu kondisi normal (tanpa pickling) dan pickling. Pengaruh kuat arus terhadap peningkatan kekuatan tarik geser dan diameter nugget di investigasi. Hasilnya mengindikasikan bahwa peningkatan arus meningkatkan kekuatan tarik geser dan diameter nugget. Perlakuan pickling sebelum pengelasan resistansi titik kurang efisien. Kata kunci : pengelasan resistansi titik, baja tahan karat, pickling, arus, nugget. Abstract In this study, a sheet of stainless steel SS 304 was welded using resistance spot welding method with two initial condition which are normal condition (without pickling) and pickling. The influence of weld current to improve tensile shear strength and the diameter of nuggets was investigated. The results indicate that increasing weld current increase tensile shear strength and the diameter of nugget. However, pickling treatment before resistance spot welding was seen to be less efficient Key word : resistance spot welding, stainless steel, pickling, current, nugget.

2 Pendahuluan Pengelasan merupakan metode yang digunakan untuk menyambung dua jenis material atau lebih. Salah satu metode adalah pengelasan resistansi titik yang biasa digunakan untuk menyambung material berbentuk lembaran. Pada industri pengelasan resistansi titik telah banyak digunakan karena cepat, murah dan efisien, dan khusus pada industri mobil pengelasan titik digunakan untuk menyambungkan body mobil [1] Baja tahan karat merupakan material yang memiliki keunggulan yaitu, tahan terhadap korosi dan memiliki kekuatan yang baik. Aplikasi pada baja tahan karat biasa digunakan dalam perpipaan di industri perminyakan, sedangkan untuk baja tahan karat yang berbentuk lembaran banyak digunakan untuk vessel, kitchen set, konstruksi bangunan dan transportasi. [2] Salah satu jenis baja tahan karat adalah baja tahan karat S304, yang merupakan baja tahan karat jenis austenitik. Apabila komposisi paduan diubah dan dilakukan perlakuan panas atau permukaan akan menghasilkan tipe yang berbeda dengan sifat yang berbeda pula. Baja tahan karat berbentuk lembaran yang disambung menggunakan metode las resistansi titik, akan mengalami pencairan setempat akibat arus yang terkonsentrasi antara elektroda-elektroda yang berbentuk silinder. Area logam yang mencair lalu membentuk manik las atau disebut nugget yang dipengaruhi oleh tekanan elektroda, waktu tahan dan arus yang digunakan. Untuk itu, kontrol terhadap kualitas pengelasan perlu diperhatikan dengan mengamati bentuk dan ukuran nugget yang dihasilkan dan mempelajari sifat dan kemampulasan dengan melakukan penelitian mengenai karakterisasi nugget pada pengelasan titik. Tinjauan Pustaka Las resistansi titik merupakan pengelasan atau penyambungan material logam (ferrous atau non-ferrous) yang biasanya berbentuk lembaran. Penyambungan dengan cara ini relatif mudah, praktis dan pengaruh terhadap area pengaruh panas (HAZ) yang ditimbulkan relatif kecil. Pengelasan resistansi titik membutuhkan masukan panas yang cukup untuk mencairkan daerah kontak. Proses pengelasan titik ini terjadi dengan waktu yang cepat. Oleh karena itu, untuk menghasilkan panas yang cukup dibutuhkan arus yang besar. Material lembaran yang

3 ingin dilas disusun saling tumpang tindih (lap joint) ditekan dengan elektroda lalu diberikan arus pada daerah yang dilas (area overlap) hingga kedua material yang tumpang tindih tersebut membentuk sambungan Untuk melakukan las resistansi titik dibutuhkan panas yang cukup, berdasarkan persamaan sebagai berikut : H = I 2 R t.(1) [3] H = Masukan Panas I = Arus (A) R = Tahanan (R) t = Waktu (s) Dalam pengelasan resistansi titik terdapat variabel penting agar pengelasan dapat berjalan dengan baik, yaitu : Tahanan Tekanan Arus Waktu Pengelasan resistansi titik mengalami siklus agar hasil lasan dapat membentuk nugget lasan yang baik (lihat Gambar 1). Periode atau siklus yang terjadi pada pengelasan resistansi titik adalah squeeze time yang merupakan dimulainya pengelasan dengan memberikan penekanan ke lembaran logam yang akan disambung (arus belum dialirkan). Setelah lembaran diberi tekanan, arus listrik dialirkan dengan waktu yang telah diatur relatif singkat, mengakibatkan logam yang kontak dengan elektroda akan menjadi panas, sehingga pada daerah tersebut logam akan mencair, dan siklus ini disebut dengan weld time. Hold time adalah waktu aliran arus ditiadakan, tetapi gaya penekanan sepasang elektroda masih ada. Selama penahanan berlangsung daerah logam yang cair akan membeku dan menyatu hingga membentuk nugget. Periode terakhir adalah off time dimana gaya penekanan sepasang elektroda ditiadakan.

4 Gambar 1 Siklus Pengelasan [4] Prosedur Penelitian Pada penelitian ini material yang digunakan adalah baja tahan karat SS304 berbentuk lembaran dengan ketebalan 1mm, lebar 45 mm dan panjang 105 mm. Lembaran baja tersebut disusun tumpang tindih satu sama lain dengan overlap sebesar 19 m, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2. Komposisi baja tahan karat SS304 yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1. Gambar 2 Skema persiapan sampel Tabel 1 komposisi kimia baja tahan karat SS304

5 Komposisi Kimia SS 304 (%) C Si Mn P S Cr Ni N Pengelasan dilakukan menggunakan mesin WIM PMC dengan parameter yang dapat dilihat pada Tabel 2. Kondisi permukaan pada baja tahan karat dibedakan menjadi dua yaitu kondisi pickling dan kondisi normal (non pickling) Tabel 2 Parameter Pengelesan Titik Sampel Tanpa Pickling Sampel Yang Di Pickling Arus 6, 8, 10 ka 6, 8, 10 ka Tekanan Elektroda 150 kgf 150 kgf Waktu 1.5 detik 1.5 detik Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian tarik geser, pengukuran diameter nugget, pengamatan struktur makro dan mikro. Hasil dan Pembahasan Kuat tarik geser Hasil yang diperoleh dari pengujian tarik geser baja tahan karat SS304 untuk kondisi normal dan pickling ditunjukkan pada Tabel 3 dan 4, serta Gambar 3

6 Tabel 3 Hasil pengujian tarik geser dalam keadaan normal Arus Beban Tarik Geser (Kg) 6 ka 780 8kA kA 880 Tabel 4 Hasil pengujian tarik geser setekah dilakukan pickling Arus Beban Tarik Geser (Kg) 6 ka 680 8kA kA 850 Gambar 3 Hubungan beban tarik geser terhadap kuat arus Dari hasil uji tarik pada kondisi normal dan di pickling dapat dilihat dari grafik bahwa kekuatan tarik geser akan meningkat seiring dengan kenaikan arus yang diberikan. Kondisi ini sesuai dengan Gambar 4 yang menunjukkan hubungan antara arus yang diberikan dan kekuatan tarik geser. Selain itu, sesuai dengan persamaan 1, arus yang besar akan mengakibatkan masukan

7 panas yang optimum sehingga area kontak antar dua permukaan baja tahan karat mengalami pencairan sehingga proses pengelasan terjadi dengan baik. Gambar 4 Pengaruh arus listrik [5] Bentuk robekan (lihat Gambar 5 dan 6) yang dihasilkan pada pengujian tarik dalam kondisi normal dan pickling adalah robekan tearing, dimana robekan terjadi pada area HAZ [6]. Gambar 5 Hasil pengujian Tarik Geser pada SS 304 kondisi normal

8 Gambar 6 Hasil pengujian Tarik Geser pada SS 304 kondisi pickling Dari hasil pengujian di peroleh bahwa kuat tarik geser kondisi pickling lebih rendah dibandingkan dengan kuat tarik geser kondisi non pickling. Hal ini dapat dijelaskan bahwa pada kondisi pickling lapisan oksida dihilangkan mengakibatkan terjadinya penurunan tahanan pada SS304. tersebut. Penurunan tahanan menghasilkan panas pada kondisi pickling lebih rendah dari kondisi normal, sehingga beban tarik geser kondisi pickling lebih rendah daripada kondisi non pickling. Diameter nugget untuk lasan pada kondisi pickling dan non pickling Hasil pengukuran diameter nugget ditunjukkan pada Tabel 5 dan 6 serta Gambar 7. Tabel 5 Hasil pengukuran Diameter nugget dalam kondisi normal Arus Diameter (mm) 6 ka kA kA 6.38 Tabel 6 Hasil pengukuran Diameter nugget dalam kondisi pickling Arus Diameter (mm) 6 ka 4.6 8kA kA 5.6

9 Diameter (mm) kA 8kA 10kA Arus Normal Pickling Gambar 7 Hubungan diameter nugget terhadap kuat arus kondisi normal vs pickling Dari data yang didapat menunjukkan bahwa dengan meningkatnya arus yang diberikan ukuran diameter nugget juga akan meningkat. Kondisi meningkatnya ukuran diameter nugget dialami oleh kedua kondisi baik kondisi pickling maupun non pickling. Pada penelitian Shamsul J.B dan Hisyam M.M [1] yang juga meneliti pengaruh arus terhadap diameter nugget, menyatakan bahwa meningkatnya kuat arus yang diberikan pada saat pengelasan titik akan mempengaruhi ukuran diameter nugget dimana ukuran nugget bertambah besar dengan bertambahnya arus. Gambar 7 menunjukkan bahwa ukuran diameter nugget baja tahan karat 304 yang dilakukan pengelasan titik dalam kondisi normal ( non pickling) memiliki diameter nugget yang lebih besar dibanding dengan baja tahan karat yang telah di pickling. Penjelasan keadaan ini sama halnya dengan kuat tarik geser, yaitu di pengaruhi oleh persamaan 1 yang menjelaskan bahwa pengaruh arus, tahanan dan waktu akan mempengaruhi besarnya masukan panas dan besarnya diameter nugget. Perbedaan antara kondisi normal dengan yang telah di pickling terletak pada besar tahanannya. Pada kondisi pickling besar tahanannya lebih rendah dibanding dengan kondisi normal (non pickling) sehingga kondisi yang telah di pickling diameternya lebih rendah dibanding yang normal di setiap arusnya. Pengaruh arus seperti yang dapat dilihat pada Gambar 7 menunjukkan bahwa seiring dengan meningkatnya arus ukuran diameter nugget meningkat. Namun demikian, apabila arus

10 yang diberikan terlalu besar akan menyebabkan ukuran nugget menurun atau lebih kecil. Kondisi tersebut dikarenakan arus yang terlalu besar dapat menyebabkan percikan atau expulsion pada saat pengelasan dan pelelehan logam yang berlebihan. [1] Hubungan antara kekuatan tarik geser dengan diameter nugget a b Gambar 8 Hubungan kekuatan tarik geser vs diameter (a) kondisi normal, (b) kondisi pickling Gambar 8 memperlihatkan hubungan antara kekuatan tarik geser dengan diameter nugget yang terbentuk baik pada kondisi pickling maupun non pickling Gambar 8 (a) dan (b) menunjukkan bahwa peningkatan arus akan meningkatkan kekuatan tarik geser dan diameter nugget, baik pada kondisi pickling maupun non pickling. Dalam penelitian Ramzan K dan Ahmet H [7] dikatakan bahwa kekuatan tarik geser meningkat karena pengaruh peningkatan arus dan juga dipengaruhi oleh meningkatnya ukuran nugget. Kesimpulan v Semakin tinggi arus yang diberikan maka kekuatan tarik geser dan diameter nugget meningkat v Pada hasil pengujian tarik geser pada kondisi normal (tanpa pickling) kekuatan tariknya selalu lebih tinggi dibanding dengan baja tahan karat SS 304 yang di pickling dalam kondisi arus yang sama. Hal yang sama juga dengan ukuran diameter nugget lasan dimana kondisi normal ukurannya lebih besar dibanding yang di pickling. v Penghilanganlapisan oksida melalui proses pickling berdampak pada terjadinya penurunan tahanan baja tahan karat sehingga baik kekuatan tarik geser maupun diameter

11 nugget selalu lebih rendah dibandingkan dengan non pickling. Oleh karena itu, lapisan oksida sebelum pengelasan resistansi titik kurang efektif untuk dilakukan. Daftar referensi 1. Shamsul, J.B., Hisyam, M.M. (2007). Study of spot welding of austenitic stainless steel type 304. Journal of Applied Science Research, 3(11) : , Ozyurek, Dursun. (2007). An effect of weld current and weld atmosphere on resistance spot weldability of 304L austenitic stainless steel. Materials and Design Anon. (2005) Handbook for Resistance Spot Welding.Miller. Appleton. Wisconsin, p Anis, Muhammad., Irsyadi Aulia., Ferdian, Deni. (2009). Stusi lapisan intermetalik Cu 2 Sn pada ujung eleltroda dalam pengelasan titik baja galvanis. Makara, Teknologi 13, Anis, Muhammad. Teknologi Pengelasan Logam. Diktat Kuliah Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Depok. 6. Aslanlar, A., Ogur, A., Ozsarac, U., Ilhan,E. (2008). Welding time effect in mechanical properties of automotive sheets in electrical resistance spot welding. Materials and Design, 29, Hasanbasoglu, Ahmet., Kacar, Ramazan. (2006). Resistance spot weldability of dissimilar materials (AISI 316L DIN EN steels).material and Design, Zhang, Hongyan., Senkara, Jacek., (2006) Resistance Welding Fundamentals and Applications. Taylor & Francis 9. Zhou, M., Hu, S.J., Zhang, H. (2004). Critical specimen sizes for tensil-shear testing of steel sheets. Welding Research Supplement. 10. Resistance Welding Manual. (2009). Ruukki Rautaruukki Corporation. Helsinki. Finland. 11. Suharno, Bambang., Harjanto, Sri. Baja Paduan dan Super Alloy. Diktat Kuliah Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Depok 12. Nomura, Kiyoshi., Ujihira,Yusuke. (1990). Analysis of oxide layers on stainless steel (304 and 316) by conversion electron Mossbauer spectrometry. Journal of Materials Science, 24,

12 13. `Ho, C.Y, Chu, T.K. (1977). Electrical Resistivity and Thermal Conductivity of Nine Selected AISI Stainless Steel. Cindas Report Martin, Oscar., Tiedra, Pilar De., Lopez, Manuel., San-Juan, Manuel., Garcia, Cristina., Martin, Fernando., Blanco, Yolanda.(2008). Quality prediction of resistance spot welding joints of 304 austenitic stainless steel. Materials and Design, 30 (2009) Nurhidayat, Achmad., Triyono. (2012). Pengaruh waktu dan arus listrik pengelasan RSW terhadap sifat fisik dan mekanik pada sambungan logam tak sejenis antara baja tahan karat SS316 dan baja karbon ST37. ISSN Volume 13 No.1 Maret Nex, C.P., Smith, R.A. (1998). Impact performance of model spot welded stainless steel structures. Experimental Mechanics, Allison (ed). 17. De Tiedra, Pilar., Martin, Oscar., Lopez, Manuel., San-Juan, Manuel., (2011). Use of EPR test to study the degree of sensitization spot welding joints of AISI 304 austenitic stainless steel. Corrosion Science, Fukumoto, Shinji., Fujiwara, Kana., Toji, Shin., Yamamoto, Atsushi. (2008). Smallscale resistance spot welding of austenitic stainless steel. Material Science and Engineering A, Mukhopadhay,G., Bhattacharya,S., Ray, K.K. (2009). Strenght assessment of spotwelded sheets of interstitial free steels. Journal of Materials Processing Tecchnology, Chao, Yuh J. (2003). Ultimate strength and failure mechanism of resistance spot weld subjected to tensile, shear, or combined tensile/shear loads. Departement of Mechanical Engineering, University of South Carolina 21. Pouranvari, Majid.(2011). Prediction of failure mode in AISI 304 resitance spot welds. Association of Metallurgical Engineers of Serbia (AMES). P ASM Metal Handbook Volume Metallography and Microstructure 23. ASTM G Standar Practice for Preparing, cleaning, and evaluating Corrosion Test Specimens

13