Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak Dan Kekuatan Tarik Sambungan Las MIG Baja Karbon Tinggi

Transkripsi

1 Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak Dan Kekuatan Tarik Sambungan Las MIG Baja Karbon Tinggi Bayu Kartiko Aji 1) dan Wijoyo 2) 1 Teknik Mesin Universitas Surakarta kartikaaji.bayu@yahoo.com 2 Teknik Mesin Universitas Surakarta Jl. Raya Palur Km. 5 Surakarta joyowi@yahoo.co.id ABSTRACT Use of a metal material is still very dominant in manufacturing and konstrusi today. The connection process by welding is still the main choice. The use of welded joints cause the construction to be light, cheap and fast in the working process. The mechanical properties of welded joints is strongly influenced by the composition and properties of the parent metal and filler metal, welding process, the heating and the presence of residual stresses. The purpose of this study was to investigate the influence of a strong electric current on impact toughness and tensile strength high carbon steel MIG welding joint. The materials used in this study is AISI 1065 steel and filler ER70S-6, strong variations in electric current of 80 A, 100 A and 120 A. Welding performed at welding speed of 5 mm/s, the speed of filler 4 mm/s and a DC voltage 22 V. The impact toughness test using the Charpy impact test machine (ASTM E 23-02a), tensile strength test with a tensile testing machine SANS (ASTM E 8M-02), and supported by a fracture macro image impact test. The results showed that the increase of electric current in the welding lead to the decrease of impact toughness of weld metal, but instead its strength increases. Results sectional fracture impact test on welds results showed steriasi shape that is characteristic of ductile fracture. Keywords: strong currents, MIG welding, toughness, tensile strength 1. PENDAHULUAN Dalam dunia industri penggunaan material logam sudah tidak dapat diasingkan lagi, setiap kontruksi mesin, jembatan, perkapalan, maupun bangunan tidak lepas dari penggunaan logam. Pada umumnya bahan logam yang digunakan sangat banyak jenisnya, dimana komposisi kimia, sifat mekanis, ukuran, bentuk dan lainnya disesuaikan dengan spesifikasikan untuk masing-masing penggunaannya. Cara dan teknik pengelasan banyak digunakan antara lain las busur listrik, las resistansi listrik, las termit dan las gas. Pemilihan sambungan las ini dengan pertimbangan bahwa konstruksi ringan, murah dan pengerjaan cepat. Rekayasa pengelasan harus betul-betul memperhatikan kesesuaian antara sifat-sifat las dengan kegunaan konstruksi serta keadaan disekitarnya (Wiryosumarto, H. dan Okumura, T., 1996). Sifat mekanis sambungan las secara umum dipengaruhi oleh komposisi dan sifat logam yang dilas, komposisi dan sifat logam pengisi (elektroda), proses pengelasan, daerah pemanasan langsung, daerah yang terkena pengaruh panas dan adanya tegangan sisa. Pengelasan adalah penyambungan dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas. Energi panas pada pengelasan tersebut akan menimbulkan terjadinya siklus termal. Siklus termal mengakibatkan terjadinya tegangan sisa, distorsi serta laju pendinginan pada logam las dan daerah sekitarnya. Tegangan sisa dan struktur mikro logam las sangat mempengaruhi sifat mekanis dari logam lasan, terutama terjadinya penurunan sifat fatik. Struktur mikro logam las ini sangat dipengaruhi oleh laju pendinginan dan komposisi kimia bahan (logam induk dan elektroda) (Radaj, D. 1992). Petrus Heru Sudargo, Triyono dan Kuncoro Diharjo (2011), dalam penelitianya mengenai pengaruh filler dan arus listrik terhadap sifat fisik-mekanik sambungan las GMAW logam tak sejenis antara baja karbon dan J4, menyatakan

2 bahwa sambungan las dengan filler ER 309 L dan menggunakan arus sebesar 80 A mempunyai kekuatan tarik tertinggi yaitu 314,58 MPa, sedangkan sambungan las dengan filler ER 70 S dan menggunakan arus sebesar 60 A mempunyai kekuatan tarik terendah yaitu 281,83 MPa. Pada daerah HAZ baja karbon dan J4 mengalami perubahan struktur mikro yang signifikan dan peningkatan nilai kekerasan dari masing-masing base metal. Buyung R. Machmoed (2012), yang meneliti tentang analisis pengaruh variasi sudut kampuh V (one side welding) sambungan las MIG terhadap distorsi dan kekuatan tarik baja karbon rendah, menyatakan bahwa distorsi anguler terkecil pada pengelasan dengan alur V 50, V 60, dan V 70, maka alur V 50 relatif lebih baik karena penyusutan penampang yang merata. Sedangkan distorsi lengkung (longitudinal bending distortion) terkecil terjadi pada spesimen alur V 50 juga. Hal ini menggambarkan dari hasil penelitian pada material baja karbon rendah terhadap distorsi dengan menggunakan filler AWS A5.18 ER 70S-6 arus 150 ampere lebih baik. Sedangkan tegangan tarik maximum dan regangan tarik teringgi terdapat pada spesimen alur V 70 sebesar 1938 MPa dan 25,3 %, dengan filler dan arus yang sama. Yunus Yakub (2013), dengan penelitian variasi arus listrik terhadap sifat mekanik, struktur mikro sambungan las baja tahan karat AISI 304, dengan las GTAW, serta variasi kuat arus 30 A, 40 A dan 50 A, menunjukkan hasil bahwa nilai kekerasan Vickers tertinggi terdapat pada penggunaan kuat arus 40 A (benda uji II) yaitu sebesar 226 kg/mm 2, kekuatan tarik maksimum terjadi pada benda uji II (40 A) sebesar 698 N/mm 2. Hal ini disebabkan karena struktur mikro daerah HAZ pada benda uji II (40 A) berupa austenit yang paling sedikit ditemukannya endapan karbid krom dibandingkan dengan struktur mikro dari daerah HAZ benda uji I (30 A) dan benda uji III (50 A). Akhmad Ragil Wiratmaja (2007), meneliti tentang pengaruh jarak kampuh las, kuat arus listrik, dan kecepatan pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding) terhadap kekuatan tarik pelat baja st 37, hasil penelitiannya terbatas pada baja karbon rendah (ST-37), variasi jarak kampuh las 1 mm dan 2 mm, variasi kuat arus 60 A, 85 A, 110 A. Dalam penelitian ditemukan bahwa kekuatan tarik terbesar yaitu 840 Mpa didapat pada formula jarak kampuh 2 mm, kuat arus 110 Ampere, dan kecepatan pengelasan 1,52 mm/det. P. Sathiya, dkk., (2010), dalam penelitiannya mengenai karakteristik mikrostruktur pada pengelasan plat AISI 904 L stainless steel super austenitic dengan menggunakan las GMAW, menyatakan bahwa panas mempengaruhi nilainilai kekerasan zona HAZ lebih tinggi dari logam las dan logam dasar. Karena jumlah tinggi fase austenit interdendritik dan tingkat pendinginan yang cepat butir semakin lebih baik dalam HAZ. L. Suresh Kumar, dkk., (2011), telah melakukan penelitian dengan judul investigasi eksperimental pada aspek Pengelasan AISI 304 & 316 dengan Proses teknik pengelasan TIG & MIG. Hasil penelitiannya adalah kekerasan stainless steel austenitik ketika dilas dengan proses TIG nilai kekerasan (BHN) di 40 ampere adalah 162,53 dan untuk MIG adalah 196,54. Hal ini menunjukkan bahwa proses MIG cocok untuk dilas dengan arus rendah dan kekuatan tarik utama dari las TIG adalah 675,22 MPa sedangkan untuk las MIG adalah 652,029 MPa. Oleh karena itu kita dapat mengatakan bahwa las TIG memiliki kekuatan tarik tinggi. Ajit Hooda, Ashwani Dhingra dan Satpal Sharma, (2012), telah melakukan penelitian dengan judul optimasi MIG proses parameter pengelasan untuk memprediksi hasil maksimum kekuatan di AISI Penelitian difokuskan pada kekuatan maksimum baik melintang dan membujur, proses pengelasan dengan variabel tegangan las, arus las, kecepatan kawat dan laju aliran gas. Kekuatan hasil las membujur lebih besar dari kekuatan luluh melintangnya. Joko Santoso, (2006), telah meneliti tentang pengaruh arus pengelasan terhadap kekuatan tarik dan ketangguhan las SMAW dengan elektroda E7018. Perlakuan pengelasan adalah dengan variasi arus 100 Ampere, 130 Ampere dan 160 Ampere dengan menggunakan las SMAW DC polaritas terbalik dan elektroda E7018 diameter 3,2 mm. Jenis kampuh yang digunakan adalah kampuh V dengan sudut 70 o. Spesimen dilakukan pengujian tarik, ketangguhan, kekerasan dan foto mikro. Kekuatan tarik sambungan las tertinggi terjadi pada kelompok spesimen 160 Ampere yaitu sebesar 684,7 MPa yang mengalami kenaikan sebesar 44,8 MPa atau sebesar 6,54 % dari raw materials. Kekuatan luluh tertinggi terjadi pada

3 variasi arus 160 Ampere yaitu 553,1 MPa yang mengalami kenaikan sebesar 48,9 MPa atau sebesar 8,84 % dari raw materials. Kekuatan tarik tertinggi untuk daerah lasan terjadi pada kelompok spesimen 100 Ampere yaitu 688,9 MPa yang mengalami kenaikan sebesar 19,1 MPa atau sebesar 2,77 % dari kelompok spesimen 130 Ampere dan sebesar 33,7 MPa atau sebesar 4,89 % dari arus 160 Ampere. Ketangguhan pada daerah las tertinggi pada kelompok spesimen arus 100 Ampere yaitu sebesar 1,809 Joule/mm 2, hal ini mengalami kenaikan 43,17 % dari raw materials. Kelompok arus 130 Ampere dan 160 Ampere mengalami kenaikan terhadap raw materials yaitu masing-masing sebesar 37,55 % dan 32,05%. Tingkat kekerasan tertinggi terjadi pada daerah HAZ sebesar 274 kg/mm 2 dari variasi arus 130 Ampere, hal ini terlihat pada struktur mikronya terihat lebih lembut dibandingkan variasi arus pengelasan yang lain. Sesuai hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa dengan variasi arus pengelasan terjadi perubahan struktur akibat pendinginan sehingga berpengaruh terhadap kekuatan bahan yaitu terjadi peningkatan terhadap raw materials. Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh kuat arus listrik terhadap ketangguhan impak dan kekuatan tarik sambungan las MIG baja karbon tinggi. 2. METODE PENELITIAN Bahan Penelitian menggunakan bahan baja karbon tinggi AISI 1065 dengan logam pengisi (filler) adalah ER70S-6 sedangkan gas yang digunakan adalah gas argon (Ar). Proses Pengelasan Pengelasan menggunakan mesin las MIG dengan variasi arus listrik adalah 80 A, 100 A dan 120 A, tegangan listrik DC 22 V dengan polarisasi terbalik (DCRP), besarnya debit aliran gas argon adalah 2,5 sampai 5 ltr/menit, kecepatan pengelasan adalah 5 mm/s dan kecepatan kawat adalah 4 mm/s. Pelat yang digunakan adalah dengan tebal 10 mm, alur las dibuat bentuk V ganda dengan sudut 70 o dan las multirun seperti terlihat pada Gambar 1. Dimensi plat adalah 300 mm x 100 mm x 10 mm. Komposisi logam induk dan logam pengisi dapat dilihat pada Tabel 1. Pengujian Pengujian ketangguhan impak dengan menggunakan mesin uji impak Charpy (ASTM E 23-02a), pengujian kekuatan tarik dengan mesin uji tarik SANS (ASTM E 8M-02), serta didukung dengan foto makro penampang patahan uji impak untuk mengetahui bentuk patahannya. 70 o ,5 Gambar 1. Bentuk alur las Tabel 1. Komposisi kimia logam induk dan logam pengisi dalam % berat Unsur Material Fe C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Co Cu Nb Pb Sn Ti V W Material Induk Balance 0,693 0,254 0,254 0,033 0,003 0,084 0,153 0,335 0,07 0,082 0,188 0,098 0,0096 0,009 0,051 0,052 0,515 Filler ER70S-6 Balance 0,06-0,15 0,8-1,15 1,4-1,85 0,025max 0,035max 0,15max 0,15max 0,15max - - 0,50max HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Ketangguhan Impak Pengujian kekuatan impak dilakukan terhadap spesimen raw material dan spesimen hasil sambungan las MIG dengan variasi kuat arus listrik sebesar 80 A, 100 A, dan 120 A. Hasil uji Impak berupa besarnya energi serap dan ketangguhan impak. Besarnya energi serap dan nilai

4 ketangguhan impak seperti terlihat pada Gambar 2 dan Gambar 3 dibawah ini. Energi Serap (Joule) 74,8 74,6 74,4 74, ,8 73,6 73,4 80 Ampere 100 Ampere 120 Ampere Raw Material Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material Gambar 2. Energi serap logam las dengan variasi kuat arus listrik dan raw material 1,050 Ketangguhan Impak (Joule/mm 2 ) 1,000 0,950 0,900 0, Ampere 100 Ampere 120 Ampere Raw Material Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material Gambar 3. Ketangguhan impak logam las dengan variasi kuat arus dan raw material Gambar 2 menunjukkan bahwa secara keseluruhan energi serap daerah las lebih besar dibandingkan dengan energi serap pada logam induk. Sedangkan ketangguhan impak pada logam las dengan kuat arus listrik 80 A sebesar 1 J/mm 2 adalah paling tinggi dibandingkan dengan ketangguhan impak pada logam las dengan kuat arus listrik 100 A dan 120 A, yaitu berturut-turut adalah 0,943 J/mm 2 dan 0,926 J/mm 2, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Hasil uji tersebut menunjukkan bahwa ketangguhan impak pada hasil pengelasan MIG pada baja karbon, sangat dipengaruhi oleh kuat arus listrik yang digunakan. Dengan pemakaian arus listrik yang semakin tinggi maka akan mengakibatkan jumlah masukan panas pada pengelasan juga semakin tinggi pula. Masukan panas pada pengelasan ini akan mempengaruhi terjadinya siklus termal selama proses pengelasan yang akan berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis logam las (Radaj, D. 1992). Masukan panas yang tinggi mengakibatkan laju pendinginan yang semakin lambat, sehingga logam las akan semakin kuat tetapi getas, sedangkan ketangguhan impaknya akan menurun. Ini terbukti dari hasil penelitian bahwa dengan peningkatan kuat arus listrik dari 80 A, 100 A dan 120 A menunjukkan nilai ketangguhan impaknya mengalami penurunan.

5 Pengujian Tarik Pengujian kekuatan tarik dilakukan terhadap spesimen raw material dan spesimen hasil pengelasan, hasil uji tarik dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini. Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) Ampere 100 Ampere 120 Ampere Raw Material Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material Gambar 4. Diagram kekuatan tegangan tarik Gambar 4 menunjukkan bahwa kuat arus litrik pada pengelasan dari spesimen untuk 80 A, 100 A, 120 A memiliki kekuatan tarik yang berbeda. Nilai kekuatan tarik tertinggi terjadi pada specimen dengan kuat arus listrik 120 A, yaitu 479,3 N/mm 2 lebih besar daripada specimen yang dilas menggunakan kuat arus listrik 80 A dan 100 A. Nilai kekuatan tarik pada raw material lebih besar dibandingkan dari spesimen yang sudah dilas dengan arus listrik yang berbeda yaitu 487,9 N/mm 2. Dari hasil di atas terlihat bahwa pada pengelasan MIG untuk baja karbon, faktor kuat arus listrik sangat mempengaruhi hasil lasan (kekuatan tarik). Di sini terlihat kuat arus listrik 120 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih tinggi dibandingkan logam las dengan arus listrik 80 A dan 100 A. Hasil ini juga sejalan dengan (Radaj, D. 1992; Joko Santoso, 2006; Akhmad Ragil Wiratmaja, 2007; Yunus Yakub, 2013; Petrus Heru Sudargo, Triyono dan Kuncoro Diharjo, 2011), bahwa peningkatan arus listrik akan meningkatkan masukan panas (heat input) pada pengelasan yang berdampak pada memperlambat laju pendinginan dan peningkatan kekuatan sambungan las, namun dengan meningkatnya kekuatan ini akan mengakibatkan menurunnya ketangguhan impaknya. Pengamatan Foto Makro Hasil uji foto makro dapat dilihat pada Gambar 5, di bawah ini. Dari Gambar 5, dapat disimpulkan bahwa pada las dengan arus listrik 80 Ampere hasil patahan uji ketangguhan impak yang terjadi memiliki permukaan yang tidak rata (steriasi) dan tidak mengkilap lebih banyak, dan serat pada patahan tersebut lembut atau halus, dibandingkan dengan penampang patahan pada spesimen las dengan arus listrik 100 Ampere dan 120 Ampere. Bentuk patahan yang tidak rata (steriasi) dan tidak mengkilap ini menunjukkan bahwa patahan yang terjadi pada spesimen tersebut lebit ulet/liat. Karena ciri patahan ulet/liat adalah permukaan yang tidak rata (steriasi) dan tidak mengkilap, serta apabila disambung kembali tidak akan bisa menyatu kembali, karena terjadi deformasi plastis pada bagian patahan tersebut.

6 a). Foto makro Arus 80 A, b). Foto makro Arus 100 A, c). Foto makro Arus 120 A Gambar 5. Foto makro penampang patahan uji impak 4. KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil penelitian dan pembahasan di atas maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Peningkatan arus listrik pada pengelasan mengakibatkan ketangguhan impak logam las menjadi turun namun sebaliknya kekuatan tariknya semakin meningkat. 2. Hasil penampang patahan uji impak pada hasil lasan menunjukkan bentuk steriasi yang menjadi ciri dari patah ulet. 5. REFERENSI Ajit Hooda, Ashwani Dhingra dan Satpal Sharma Optimization Of Mig Welding Process Parameters To Predict Maximum Yield Strength In AISI International Journal Of Mechanical Engineering Robotics Research Vol. 1, No. 3, October 2012 India. Akhmad Ragil Wiratmaja Pengaruh jarak kampuh las, kuat arus listrik, dan kecepatan pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding) terhadap kekuatan tarik pelat baja ST 37. Skripsi, Universitas Negeri Malang. ASTM E 8M Standart Test Methods for Tension Testing of Metallic Material (Metrik). ASTM E 23-02a Standart Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials. Buyung R. Machmoed Analisis pengaruh variasi sudut kampuh V (one side welding) sambungan las MIG terhadap distorsi dan kekuatan tarik baja karbon rendah. Penelitian pengembangan IPTEK. Universitas Negeri Gorontalo. Joko Suranto, Pengaruh Arus Pengelasan Terhadap Kekuatan Tarik Dan Ketangguhan Las SMAW Dengan Elektroda E7018. Skripsi, Universitas Negeri Semarang. Kou, S Welding Metallurgy. New York: John Willey, Sons, Inc. L. Suresh Kumar, dkk Experimental Investigation for Welding Aspects of AISI 304 & 316 by Taguchi Technique for the Process of TIG & MIG Welding. International Journal of Engineering Trends and Technology 2. Issue2, P. Sathiya, dkk Microstructural characteristics on bead on plate welding of AISI 904 L super austenitic stainless steel using Gas metal arc welding process. International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 2, No. 6, 2010, pp India. Petrus Heru Sudargo, Triyono dan Diharjo, Kuncoro Pengaruh filler dan arus listrik terhadap sifat fisik-mekanik sambungan las GMAW logam tak sejenis antara baja karbon dan J4. Prosiding Seminar Nasional I dan Teknologi ke-2 Tahun Universitas Wahid Hasyim, Semarang. Radaj, D Heat effects of Welding : Temperature Field, Residual Stress, Distortion. Berlin: Springer-Verlag.

7 Wiryosumarto, H. dan Okumura, T Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta: PT. Pradya Paramita. Yunus Yakub Variasi arus listrik terhadap sifat mekanik mikro sambungan las baja tahan karat AISI 304. E-journal Widya Eksakta, Jakarta selatan.