26/07/2011 SIDANG TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 SIDANG TUGAS AKHIR A RYO CAHYO TRANGGONO ANALISA PE NGARUH PE NGE LASAN ULANG ALUMINIUM 5083 DE NGAN ME TODE GAS ME TAL ARC WE LDING (GMAW) TERHADAP SIFAT MEKANIK, STRUKTUR MIKRO DAN KETAHANAN KOROSINYA PEMBIMBING : Budi Ag ung K. ST. M Sc, Ir. Rochman Rochie m MSc, 1

2 LATAR BELAKANG Logam memegang peranan yang sangat penting bagi perkembangan teknologi. Sala h sa tu proses yang cukup penting dalam perkembangan tek nologi ialah pengelasa n. Penggunaan teknologi las biasanya dipakai dalam bidang konstruksi, bidang industri, otomotif, perkapalan, pesawat te rbang, dan bidang lainnya. Dalam proses pengelasan yang terjadi di lapangan, lumrah terjadinya pengelasan ulang atau repair welding. Banyak faktor yang mempengaruhi terjadinya pengelasan ulang, faktor utama ialah ditemukannya cacat pada logam lasannya. Pengelasan ulang ini akan mempengaruhi beberapa hal seperti sifat mekanik, sifat fisik, komposisi, maupun struktur mikronya. Oleh karena itu, perlu dipelajari proses pengelasan ula ng sehingga didapatkan hasil yang optimal untuk kebutuhan di dunia industri. P E RUMUSAN M ASALAH Bagaimana pengaruh adanya pengelasan ulang terhadap struktur mikro dan kekuatan mekanik serta ketahanan korosi hasil pengelasan ulang GMAW logam aluminium TUJUAN Untuk mengetahui pengaruh pengelasan ulang terhadap struktur mikro dan kekuatan mekanik serta ketahanan korosi hasil pengelasan ulang GMAW logam aluminium

3 B ATASAN M ASALAH Tegangan sisa dan deformasi akibat pengelasan diabaikan Semua pengaruh lingkungan dan parameter pengelasan diabaikan Material yang digunakan adalah aluminium seri 5083 tidak terdapat cacat dan dianggap homogen MANFAAT PENELITIAN Untuk memperkaya kajian di bidang pengelasan terutama pada pengelasan dengan bahan a luminium 5083 setelah mengalami proses pengelasan ulang dengan metode GMAW. Serta untuk memberikan saran dalam me nentukan jumlah repair untuk diaplikasikan dalam sebuah konstruksi. PENGELASAN GMAW Salah satu metode pengelasan yang banyak digunakan ialah GMAW (Gas Metal Arc Welding) yang mempunyai nama lain MIG (Metal InertGas). Gas pelindung yang digunakan pada MIG adalah Argon (Ar) atau Helium (He) atau kombinasi keduanya. K EUNTUNGAN PENGELASAN GMAW Karena konsentrasi busur yang tinggi, maka busurnya menjadi runcing dan percikannya sedikit sehinga memudahkan proses pengelasan. Karena dapat menggunakan arus yang tinggi maka kecepatan pengelasan dapat tinggi juga, ini dapat meningkatkan efiiensi pengelasan tersebut. Ketangguhan dan elastisitas, kedap udara, ketidakpekaan terhadap retakan. (Harsono, 1986). 3

4 ALUMINIUM 5083 Al 5083 merupakan paduan aluminium dengan magnesium sebagai penyusun terbesar. Berikut komposisi kimia, sifat fisik dan sifat mekanik Al 5083 : Aplikasi dari alum inium 5083 secara umum ialah untuk kapal, body kendaraan, badan truk, skip dan cages pada pertambangan dan pressure vessels. 4

5 KETAHANAN KOROSI ALUMINIUM Vargel (2004) mengatakan bahwa ketahanan korosi aluminum dalam air laut lebih baik daripada di dalam air payau dengan salinitas yang sama. Hal ini terjadi karena air laut merupakan larutan yang mewakili keseimbangan dari: Garam garam anorganik yang terlarut, kira kira g/l Zat zat dalam bentuk suspensi gas gas terlarut, termasuk 5 6 ppm oksigen senyawa senyawa organik hidup Pada aluminum, beberapa penelitian menunjukkan bahwa hasil laboratorium dengan air laut buatan menunjukkan korosi yang lebih hebat daripada dalam air laut karena semua komponen biologis yang terlibat dalam perilaku korosi logam di air laut tidak ditemui pada air laut buatan. (Vargel, 2004). HUBUNGAN LAJU KOROSI DAN POLARISASI Perbedaan potensial antara katoda dan anoda sangat penting untuk menggambarkan terjadinya korosi. Laju korosi yang terjadi dinyatakan tergantung oleh kerapatan arus yang timbul (current density). Karena fenomena tersebut korosi dapat disimpulkan dengan penggunaan kurva tegangan terhadap arus yang selanjutnya disebut kurva polarisasi. Laju korosi dalam kurva polarisasi dinyatakan dengan adanya E corr dan I corr.. Nilai E corr dan I corr didekati menggunakan Tafel Analysis yaitu ekstrapolasi garis lurus pada daerah katodik dan anodik. 5

6 PENELITIAN YANG TELAH DILAKUKAN 1. Microstructural changes accompanying repair welding in 5xxx aluminium alloys and their effect on the mechanical properties oleh S. Katsas a,*, J. Nikolaou b, G. Papadimitriou b. (2005). Dalam penelitiannya, mereka menyatakan bahwa setelah pengelasan 1 x, nilai UTS turun di bawah safety limit dan naik kembali saat 4 x pengelasan. Selain itu efek perubahan struktur mikro pada lower pass menyebabkan penurunan UTS. 2. Studi Variasi Pengelasan Ulang Terhadap Cacat Las dan Kekerasan Material Aluminium 5083 oleh Bayu Dedi Prasetiyo. (2008). Dalam penelitiannya, dijelaskan bahwa nilai kekerasan meningkat seiring bertambahnya repair, dan tertinggi saat 2 x repai r. Selain itu pengelasan ulang menyebabkan getas atau brittle. 3. Corrosion resistance of repair welded naval aluminium alloys oleh S. Katsas a,*, J. Nikolaou b, G. Papadimitriou b. (2005). Dalam penelitiannya, dinyatakan bahwa laju korosi tidak terlalu berpengaruh akibat adanya pengelasan ulang. Selain itu, proses pengelasan ulang lebih dari 2 x dirasa tidak efektif dan ekonomis. DIAGRAM ALIR Start Preparasi spesimen Pengelasan GMAW 3 layer Radiografi Test Spesimen tanpa cacat Penggerindaan 2 layer Proses Pengelasan Ulang GMAW Repair 1x Repair 2x Repair 3x Repair 4x A 6

7 DIAGRAM ALIR A Ya Radiografi Test Tidak Ada Cacat? Pembuatan Sampel Tidak Pengujian Pengujian Mekanik : 1 Uji Tarik 2Uji kekerasan Pengujian Non-Mekanik : 1Uji Makro 2 Uji Miro Uji Po larisasi Analisa Data dan Pembahasan Kesimpulan End PELAKSANAAN PENELITIAN Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah Aluminium 5083 berbentuk plat dengan dimensi 125 x 250 x 8 mm. Sedangkan untuk proses pengelasan menggunakan filler ER Specimen berjumlah 5 dengan variasi jumlah pengelasan ulang. 125 mm 125 mm 250 mm 7

8 PELAKSANAAN PENELITIAN Setelah dilas dengan variasi jum lah pengelasan ulang, maka didapatkan 5 spesimen dengan kodifikasi : Spesimen 0 untuk non repair Spesimen R1 untuk repair 1x Spesimen R2 untuk repair 2x Spesimen R3 untuk repair 3x Spesimen R4 untuk repair 4x Spesimen Hardness Spesimen korosi 1 Spesimen korosi 2 Spesimen tensile 1 Spesimen tensile 2 Spesimen tensile 3 Spesimen metalografi URUTAN PENGELASAN a ) b ) c ) d ) e ) f ) g ) h ) i ) a) Memasang pengunci b) Melaku kan pengelasan layer 1 yaitu root/akar c) Melaku kan pengelasan layer 2 yaitu capping d) melepas pengunci bagian bawah e) Melaku kan pengelasan layer 3 yaitu backweld. Setelah itu spesimen dilakukan pengujian radiografi, jika reject maka dilaku kan pengelasan ulang. f) Untukpengelasan ulang, 2 layer atas yaitu capping dan root digerinda g) Memasang pengunci pada bagian bawah h) Melaku kan pengelasan 2 lay er atas yaitu root dan capping i) Pengunci dilepas (i), dan dilakukan pengujian radiografi kembali. Jika reject kembali ke langkah f. 8

9 HASIL PENGUJIAN SPESIMEN PENGUJIAN TARIK Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik (UTS) dari material hasil variasi pengelasan ulang. 9

10 H ASIL PENGUJIAN TARIK Nilai ultimate strength (UTS) mengalami penurunan mulai non repair sampai R4. Nilai UTS non repair sebesar 265,05 Mpa. Nilai UTS pada spesimen repair tertinggi sebesar 254,46 Mpa yakni pada R3, dan nilai terendah ketika R4 yaitu 216,93 MPa. tegangan (MPa) SPESIMEN 0 165,96 265,05 R1 176,37 233,13 R2 169,75 251,06 R3 191,90 254,46 R4 176,72 216, ultimate strength 125 Yield strength Spesimen PENGUJIAN KEKERASAN Uji kekerasan dilakukan untuk mengetahui distribusi nilai kekerasan hasil pengelasan ulang tiap tiap spesimen. Distribusi kekerasan akan dilihat pada daerah weld metal (WM), heat affected zone (HAZ) dan base metal (BM). 10

11 H ASIL PENGUJIAN KEKERASAN SPESIMEN WM HAZ BM 0 67,8 60, ,6 R1 60, , ,4 R2 73, , ,73333 R3 74, , ,7 R4 85, , ,5 Nilai kekerasan meningkat dan tertinggi pada HV spesimen WM HAZ BM R4. Pada WM, nilai kekerasan R4 sebesar 85,53 HV, dan pada HAZ 89,76 HV. Keterangan : 0 spc. non repair R1 spc. repair 1 x R2 spc. repair 2 x R3 spc. repair 3 x R4 spc. repair 4 x PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO Sebelum diamati melalui mikroskop, aluminium 5083 terlebih dahulu die tsa menggunakan larutan kellers. Pengamatan struktur mikro pada tiap tiap spesimen dibagi menjadi 3 bagian yaitu WM, HAZ dan BM. Menurut Atlas Microstructure of Alum inum Alloys, campuran 5083 terdiri dari senyawa Mg2Al3 dan (Fe,Mn)3SiAl12 yang menyatu dengan matrik aluminium. Kedua partikel tersebut terlihat berwa rna abuabu dan kebiruan, dan terdispersi merata. Selain itu, sebagai akibat pengelasan m uncul presipitasi Mg2Si yang berwarna hitam. 11

12 SPESIMEN NON REPAIR HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO SPESIMEN REPAIR 1 X HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO 12

13 SPESIMEN REPAIR 2 X HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO SPESIMEN REPAIR 3 X HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO 13

14 SPESIMEN REPAIR 4 X HASIL PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO PENGUJIAN KOROSI Uji ketahanan korosi, dilakukan menggunakan potensiostat untuk mengetahui laju korosi dari hasil pengelasan Al Untuk pengujian potensiostat, menggunakan spesimen dengan dimensi 10 mm (diameter) mengambil 2 lokasi yaitu weld metal dan HAZ dari tiap variasi pengelasan. 14

15 H ASIL PENGUJIAN KOROSI Dari analisis grafik Tafel, didapatkan untuk daerah HAZ, nilai laju korosi terbesar pada spesimen R4 sebesar 1,8942 x Sedangkan pada daerah WM, nilai laju korosi terbesar pada R1 sebesar 2,07695 x Spesimen Log i HAZ Log i WM i corr HAZ i corr WM laju korosi HAZ laju korosi WM 0 2,89 2,72 0, , ,40419E 05 2,07695E 05 R1 3 2,71 0,001 0, , ,12533E 05 R2 3,7 3,9 0, , ,17484E 06 1,37223E 06 R3 4,3 4,4 5,01187E 05 3,98107E 05 5,46294E 07 4,33937E 07 R4 2,76 3,6 0, , ,8942E 05 2,73796E 06 laju korosi (mm/year) 2.5E 05 2E E 05 1E 05 5E spesimen Keterangan : 0 spc. non repair R1 spc. repair 1 x R2 spc. repair 2 x R3 spc. repair 3 x R4 spc. repair 4 x laju korosi haz laju korosi wm PEMBAHASAN Hasil pengujian tarik menunjukkan nilai UTS menurun. Menurunnya nilai UTS ini menunjukkan bahwa kekuatan turun seiring adanya jumlah repair, dan semakin besar input panas atau pada repair 4, kekuatan turun drastis. Adanya penurunan kekuatan ini disebabkan semakin banyaknya Mg 2 Si yang terbentuk pada penambahan repair, terlihat pada spesimen R4. Dari grafik distribusi kekerasan, menunjukkan spesimen R4 memiliki distribusi kekerasan tertinggi sebagai akibat pemanasan yang berulang ulang dan terlihat pada struktur mikronya bahwa butiran Mg 2 Si yang terbentuk memilki butir yang kasar. Hasil pengujian kekerasan ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan sebelumnya oleh Bayu Dedi Prasetyo, 2008, dimana nilai kekerasan cenderung naik seiring bertambahnya proses repair. 15

16 PEMBAHASAN Perubahan sifat mekanik seiring penambahan jumlah repair tidak lepas perubahan struktur mikro. Butiran yang berwarna hitam merupakan Mg 2 Si yang terbentuk karena base metal yang menerima panas lebih akan melepas kandungan Mg dan berikatan dengan Si yang merupakan unsur tambahan dari filler metal. Dan dari struktur mikro terlihat bahwa partikel Mg 2 Si semakin banyak dan berukuran kasar seiring bertambahnya repair. Sifat senyawa inilah yang menyebabkan kekerasan yang meningkat, serta menurunkan kekuatan. Sejalan dengan bertambahnya Mg 2 Si, maka partikel (Fe,Mn) 3 SiAl 12 yang berwarna abu abu, yang menyatu dengan matrik aluminium semakin menurun, meskipun tidak drastis. Sedangkan Mg 2 Al 3, yang berwarna kebiruan dalam matriks Aluminium akan menurun sebagai akibat naiknya masukan panas pada logam las. Menurunnya kedua partikel ini menyebabkan keuletan dan ketangguhan dari lasan menurun. PEMBAHASAN Dari pengujian korosi menggunakan potensiostat, bisa dikatakan bahwa laju korosi tidak terpengaruh adanya pengelasan ulang. Hal ini dilihat dari nilai laju korosi yang sangat kecil dari spesimen pengujian. Selain itu mengingat bahwa sifat tahan korosi yang sangat baik dari Al 5083 itu sendiri. Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh S. Katsas, dkk lainnya mengenai ketahanan korosi repair welding aluminium yang menyatakan bahwa secara keseluruhan, adanya pengelasan ulang pada aluminium tidak memberikan efek yang signifikan pada ketahanan korosinya. 16

17 KESIMPULAN Semakin banyak dilakukan proses repair pada pengelasan Al 5083, maka partikel Mg 2 Si yang terbentuk semakin banyak dengan butiran yang besar. Spesimen 4 x repa ir memiliki distribusi kekerasan tertinggi sebesar 89,76 HV pada HAZ dan 85,53 HV pada weld metal. Selain itu hasil uji tarik menunjukkan penuruna n nilai UTS terenda h dibandingkan spesimen non repair, yakni sebesar 216,3 Mpa. Proses re pair tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap ketahanan korosi Al Prosedur yang dilakukan untuk proses repair Al 5083 menggunakan metode GMAW sesuai untuk mempe rbaiki hasil pengelasan yang cacat sampai batas 3 x repair, karena pada 4 x repair nilai UTS turun cukup drastis. SARAN Untuk memastikan komposisi yang terdapat pa da daerah lasan, sebaiknya menggunakan EDX agar hasil yang didapat lebih valid dan aktual. Untuk me ndapatkan has il pengujian yang baik, sebaiknya jarak 25 mm dari kedua ujung tidak digunakan sebagai spesimen karena merupakan awal dan akhir pengelasan. 17

18 DAFTAR PUSTAKA. American Standard Testing and Material D American Standard Testing and Material E407.. American Standard Testing and Material G American Welding Standard D 1.1 Bayu Dedi Prasetiyo Studi Variasi Pengelasan Ulang Terhadap Cacat Las dan Kekerasan Material Aluminium Digilib ITS. Boyd, W.K dan Fink, F.W Corrosion of metals in marine environments, Battelle, report MCIC Fontana M.G., Green N.D Corrosion Engineering. New York. McGraw Hill Katsas S. b,*, Nikolaou J. b, Papadimitriou G. b Corrosion resistance of repair welded naval aluminium alloys. Science Direct. Katsas S. b,*, Nikolaou J. b, Papadimitriou G. b Microstructural changes accompanying repair welding in 5xxx aluminium alloys and their effect on the mechanical properties. Science Direct. Sonawan Hery dan Suratman Rochim Pengantar untuk Memahami Proses Pengelasan Logam. Bandung. Alfabeta. Smallman R. E, Bishop R. J Metalurgi Fisik Modern dan rekayasa Material, edisi keenam. Jakarta. Erlangga V. Balasubramanian Influences of pulsed current welding and post weld aging treatment Vargel,C Corrosion of Aluminium. Elsevier Sciencedirect Wiryosumarto, Harsono, Prof. Dr. Ir. I986. Teknologi Pengelasan Logam. Edisi keenam. Jakarta. Pradnya Paramitha 18

19 19