EFEK KECEPATAN PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL PENGELASAN FCAW PADA PLAT BAJA A36

Transkripsi

1 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) EFEK KECEPATAN PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL PENGELASAN FCAW PADA PLAT BAJA A36 Moh. Jufri *1, Nur subeki 2, Arizal Asfat 3 1,2,3 Teknik Universitas Muhammadiyah Malang Kontak person: Moh. Jufri Jufri63@yahoo.com Abstrak Teknik pengelasan paling banyak digunakan untuk penyambungan logam, terutama di konstruksi jaringan perpipaan. Kualitas hasil pengelasan yang dilakukan manual salah satunya ditentukan oleh operator sehingga para ahli pengelasan meningkatkan kualitas produksi yaitu dengan desain alat bantu pengelasan ini selain bertujuan menggantikan fungsi dari bagian tubuh manusia (operator) juga dapat menanggulangi distorsi bukling, rambatan retak,tegangan sisa dan dapat mengurangi tambahan pekerjaan tambahan yaitu perlakuan panas setelah pengelasan (PWHT). Metode yang sangat bagus untuk menanggulangi distorsi bukling dari plat tipis dengan cara dengancara preheating dan thermal tensioning. Thermal tensioning adalah karakterisasi oleh aplikasi dari bantuan panas selama proses pengelasan. Transient thermal tensioning merupakan alat bantu disekitar daerah pengelasan yang diberikan panas secara periodik mengikuti gerakan busur las. Metode penelitian ini merupakan penelitian eksperimen meliputi pengujian performace alat bantu pengelasan dilakukan dengan variasi kecepatan 6,7 dan 8 mm/s pada temperatur transient 2 o C dengan touct pemanas 8 cm. Sampel hasil pengelasan kemudian dilakukan pengujian distorsi, tarik dan kekerasan. Hasil penelitian menunjukkan nilai distorsi terendah,1 mm di dapat pada kecepatan 7 mm/s dengan temperatur pemanas 2 C dan posisi jarak flame 8cm dengan kelengkungan tertinggi 3,8 mm. Nilai kekerasan tertinggi pada kecepatan pengelasan 6 mm/s dengan temperatur pemanas 2 C dan jarak flame 8cm sebesar 259,271 kg/mm 2 dan tegangan tarik kecepatan pengelasan 6 mm/s dengan temperatur 2 C dan jarak flame 8cm, dengan nilai tegangan tarik luluh (yield) sebesar 36,761 Mpa dan nilai tegangan tarik maksimum sebesar 463,286 Mpa. Kata kunci: Preheat, distorsi, tarik, kekerasan 1. Pendahuluan Proses pengelasan adalah proses penyambungan dua bagian logam atau lebih dengan menggunakanenergi panas. Energi panas pada pengelasan tersebut akan menimbulkan terjadinya siklus termal. Adanyasiklus termal tersebut akan mengakibatkan terjadinya tegangan sisa, distorsi serta laju pendinginan padalogam las dan daerah sekitarnya. Struktur mikro logam las sangat dipengaruhi oleh laju pendinginan dankomposisi kimia bahan (logam induk dan elektroda). Pada akhirnya tegangan sisa dan struktur mikrologam las tersebut akan mempengaruhi sifat mekanis dari logam lasan.sambungan las banyak digunakan dengan pertimbangan bahwa konstruksi ringan, murah dan pengerjaan cepat. Perancangan las dan cara pengelasan harus betul-betul memperhatikan kesesuaianantara sifat-sifat las dengan kegunaan konstruksi serta keadaan disekitarnya. Kekuatan sambungan lassecara 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 danadanya tegangan sisa[2,3,11] Pada penelitian ini pengelasan yang di gunakan las listrik FCAW ( Flux Corect Arc Welding) dengan pengelasan otomatis. Hal ini sangat erat hubunganya dengan arus listrik, ketangguhan, cacat las, struktur mikro serta retak yang pada umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan kontruksi yang dilas tetapi tenang saja proses pengelasan FCAW ini mempunyai keunggulan yaitu penetrasinya lebih dalam dan laju pengisian lebih tinggi dibanding dengan proses SMAW. Banyak berbagai macam pengelasan, salah satunya adallah pengelasan FCAW. FCAW ( Flax Cored Arc Welding) adalah salah satu jenis las listrik yang memasok filter elektroda yang memasok filter elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang terbentuk di antara ujung filter elektroda dan metal induk. gas pelindungnya juga sama-sama menggunakan karbon CO2. sumber energi dari pengelasan ini adallah listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau trafo dan rectifier[3],[9] SENTRA 216 IV - 1

2 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) Kecepatan pengelasan sangat bergantung pada besar kuat arus yang digunakan.jenis elektroda, diameter inti elektroda, bahan yang akan dilas, geometri sambungan dan lain sebagainya. Dalam pengelasan, kecepatan yang tinggi dapat menyebabkan kurangnya penetrasi, berkurangnya kekuatan sambungan dan mengakibatkan masukan panas yang diterima persatuan panjang akan menjadi lebih kecil. Hal ini dapat berdampak pada pendinginan yang cepat sehingga dapat memperkeras daerah terpengaruh panas. Keceptan las yang terlalu tinggi akan berpengaruh pada bentuk manik las yang menyempit dan penguatan manik yang rendah. Selain itu dapat merubah sifat mekanik daerah lasan yang berupa naiknya kekuatan tarik dan perpanjangan yang rendah [1,7,9,1] Distorsi ialah perubahan bentuk atau penyimpangan bentuk yang diakibatkan oleh panas, yang diantaranya adalah akibat proses pengelasan. Akibat pemanasan ini akan terjadi pertumbuhan butir, peregangan dan penyusutan logam yang berlangsung dengan cepat dan tidak seragam, sehingga mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran (distorsi). Terjadinya distorsi ini mengakibatakan permukaan pelat menjadi melengkung atau bergelombang, sehingga terjadi penyimpangan dimensi dari yang direncanakan sehingga dapat mempersulit proses pengerjaan selanjutnya. Pada tahap distorsi ini tidak diketahui apakah pemilihan persiapan penyambungan menimbulkan efek besar terhadap distorsi pengelasan[7] Sifat mekanik adallah kemampuan dan perilaku dari suatu bahan ketika menerima suatu pola pembebanan tertentu. Sifat material yang termasuk dalam sifat mekanik adallah kekuatan tarik, kekuatan luluh, kekerasan, keuletan, ketangguhan, ketahanan aus, ketahanan creep, ketahanan terhadap rambat retak, ketahanan pada temperatur tinggi. Dalam aplikasinya sifat yang dimiliki oleh bahan tidaklah harus unggul seluruhnya. Namun cukup beberapa sifat saja dan sifat tersebut memang relevan dengan persyaratan aplikasinya. Sifat yang harus dipenuhi tentu saja didasarkan pada optimasi sifat-sifat yang dimiliki dan kondisi aplikasinya. Beberapa sifat mekanik bahan menunjukan adanya kecenderungan dengan perilaku yang sering berlawanan. Ketika suatu bahan harus memiliki keuletan tingggi, maka bahan tersebut cenderung memiliki keuletan tinggi, maka bahan tersebut cenderung memiliki kekuatan yang relative rendah, dengan demikian pemilihan suatu bahan akan menjadi optimasi antara beberapa sifat yang dimiliki dengan pola pembebananya.[7,8] 2. Metode Penelitian Metode penelitian adalah metode eksperimen, adapun hahan yang dipakai pada penelitian ini adalah baja karbon rendah A36, menggunakan elektroda jenis E71T-1 dan gas pelindung yang digunakan adalah gas carbodiosida (CO2). Proses pengelasan menggunakan las FCAW dengan variasi kecepatan pengelasan 6,7 dan 8 mm/s dengan jarak toutch pemanas 8 cm dan temperatur pemanas 2 o C yang dijalankan secara otomatis. Sambungan las dengan lintasan 1 lapis dengan tebal pelat yang digunakan adalah 5mm, kampuh dibuat bentuk V ganda dengan sudut 7 o seperti gambar 1. Dimensi pelat yang dilas adalah 12 mm X 4 mm X 5 mm Gambar 1. Kampuh but join 7 Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran terahadap kekuatan tarik,kekerasan dan distorsi sesuai standard. Adapun pengukuran distorsi dilakukan dengan meja rata pada spesimen yang telah diproses pengelasan FCAW dengan menggunakan alat ukur dial gauge indikator, dan menyajikannya dalam bentuk tabel yang telah disediakan. Adapun cara pengukurannya adalah dengan mengukur pada titik-titik yang telah ditentukan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Dengan ruas sebesar 57 mm dengan panjang 4 mm, sehingga diperoleh 8 titik pada posisi memanjang sedangkan lebarnya 12 mm dengan ruas 5 mm menghasilkan 3 titik jadi semua titik jumlahnya 24 titik dalam 1 pelat. IV - 2 SENTRA 216

3 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) Gambar 2. Titik Pengambilan/pengukuran Distorsi 3. Hasil dan Pembahasan Hasil pengukuran distorsi terhadap hasil sambungan las pada gambar 3, 4 dan 5 masing-masing dilakukan pada kecepatan 6,7 dan 8 mm/s dengan temperatur transien 2 o C dengan jarak totch 8 cm Distorsi (mm) Panjang (mm) Gambar 3. Grafik distorsi hasil pengelasan pada plat baja A36 dengan kecepatan pengelasan 6 mm/s 6 15 Lebar (mm) Distorsi (mm) Panjang (mm) 28 Gambar 4. Grafik distorsi hasil pengelasan pada plat baja A36 dengan kecepatan pengelasan 7 mm/s 6 Lebar (mm) 15 SENTRA 216 IV - 3

4 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) Distorsi (mm) Panjang (mm) Gambar 5. Grafik distorsi hasil pengelasan pada plat baja A36 dengan kecepatan pengelasan 8 mm/s Dilihat dari ketiga grafik diatas menunjukkan bahwa terjadi perbedaan nilai distorsi, Dimana pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan 6 mm/s pada temperatur 2 C dan jarak falme 8cm nilai distorsinya sebesar 3.8 mm, pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan pengelasan 7 mm/s pada temperature 2 o C dan jarak flame 8cm nilai distorsinya sebesar 3,6 mm, pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan 8 mm/s pada temperature 2 o C dan jarak flame 8cm nilai distorsinya sebesar 2,6 mm untuk jarak maksimum lengkung tertingginya pada palt baja carbon A36 (7,8] dan untuk pembanding Dimana pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan 6 mm/s pada temperatur 2 C dan jarak falme 8cm nilai distorsinya sebesar,4 mm, pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan pengelasan 7 mm/s pada temperature 2 o C dan jarak flame 8cm nilai distorsinya sebesar,1 mm, pada grafik distorsi hasil pengelasan plat A36 dengan kecepatan 8 mm/s pada temperature 2 o C dan jarak flame 8cm nilai distorsinya sebesar,43 mm untuk jarak lengkung terendahnya jika dilihat dari sisi plat yang diukur menggunakan dial gauge di meja khusus yaitu meja datar. Menurut [3][6][7] semakin lambat kecepatan pengelasan yang di berikan akan semakin besar heat input yang di berikan pada plat baja carbon A36 yang membuat pemansan merata dan lebih lama yang mengakibatkan pemuaian dan lengkungan atau distorsi yang begitu nampak dan bisa kita lihat pada grafik di atas dengan kecepatan 6 mm/s distorsi tertinggi di hasilkan begitupun sebaliknya dengan kecepatan pengelasan yang cukup atau optimal akan mengurangi distorsi pada plat dengan penelitian di sini menggunakan kecepatan 6,7,8 mm/s menurut peneliti ideal menggunakan kecepatan pengelasan 8 mm/s. MenurutKecepatanpengelasan yang semakintinggiataucepat akan mengakibatkan terjadinya distorsi yang semakin kecil kecuali dengan temperatur panas yang di tambah karena dalam penelitian ini temperatur tetap 2 C dan jarak flame juga tetap 8 cm maka dengan semakin cepatnya pengelasan maka waktu pengelasan semakin singkat berarti masukan panas pengelasan heat input yang diterima logam las dan sekitarnya lebih kecil, dengan demikian penyusutan termal yang terjadi lebih kecil sehingga distorsi yang terjadi juga kecil Lebar (mm) BM HAZ W kec 6mm/s kec 7mm/s kec 8mm/s Gambar 6. Grafik Hasil kekerasan pada daerah las, haz dan logam induk(base meteal) hasil pengelasan pada plat baja A36 dengan kecepatan pengelasan 6.7 dan 8 mm/s IV - 4 SENTRA 216

5 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) Pada gambar 5 menunjukkan nilai kekerasan pada hasil pengelasan FCAW baja carbon A36 dengan kecepatan 8 mm/s temperature transient 2 o C dan jarak pemanas 8 cm. Didapatkan hasil kekerasan rata- rata pada daerah LAS lebih tinggi dari pada nilai kekerasan rata-rata pada daerah HAZ dan pada best metal.. Hasil diatas sesuai dengan penelitian terdahulu [5] nilai kekerasan paling tinggi terletak di logam las (WZ) dan menurut[1,4] juga menunjukan bahwa nilai kekerasan cenderung semakin bertambah besar ketika titik uji kekerasan vickers berada di daerah las (WZ) dan sebaliknya akan semakin kecil ketika mendekati logam induk karena semakin rendah kecepatan pengelasan yang dilakukan, maka akan berakibat semakin melebarnya daerah HAZ pada setiap spesimen, Ini dikarenakan oleh energi masukan panas (heat input) yang di terima masing-masing spesimen akan semakin besar jika kecepatan pengelasan semakin rendah, sehingga energi masukan panas (heat input) tersebut akan mengalir ke logam induk dan menyebarkan panas ke daerah HAZ dan las (WZ) semakin besar, begitu juga VHN akan semakin bertambah besar jika kecepatan pengelasan semakin cepat. Begitu juga dengan penelitian yang berhubungan dengan kecepatan pengelasan dan heat input menunjukan bahwa semakin lambatnya kecepatan pengelasan akan memperbesar heat input dan akan membuat logam semakin lunak dan HVN semakin kecil akibat heat input yang di terima semakin besar begitupun sebaliknya [7,8]. Nilai kekerasan rata- rata untukkecepatan 6 mm/s daerah LAS 259,271 kg/mm 2, daerah HAZ 232,412 kg/mm 2, daerahlogaminduk 21,991 kg/mm 2. Nilai kekerasan rata- rata untukkecepatan 7 mm/s daerah LAS 27,193 kg/mm 2, daerah HAZ 228,596 kg/mm 2, daerahlogaminduk 25,277 kg/mm 2. Nilai kekerasan rata- rata untukkecepatan 8 mm/s daerah LAS 262,783 kg/mm 2, daerah HAZ 233,351 kg/mm 2, daerahlogaminduk 196,569 kg/mm 2 [3] daerahlogaminduknilai kekerasannya relative merata dan paling rendah dibandingkan dengan daerah lainnya. Menurunnya nilai kekerasan pada daerah HAZ disebabkan oleh panas yang terjadi pada saat pengelasan merubah struktur mikro pada plat baja carbon A36. Daerah Logam Induk memiliki nilai kekerasan rata-rata yang terendah jika dibandingkan dengan daerah LAS dan HAZ mm/s 7 mm/s 8 mm/s σ max σ yield Gambar 7. Grafik Hasil kekuatan tarik pada daerah las, haz dan logam induk(base meteal) hasil pengelasan pada plat baja A36 dengan kecepatan pengelasan 6.7 dan 8 mm/s Pada gambar 6 menunjukkan nilai kekuatan tarik hasil pengelasan pada temperatur 2 C dan jarak flame 8 cm dengan dilakukan 2 kali percobaan dengan variabel kecepatan pengelasan yang berbeda-beda 6, 7, 8 mm/s. Tegangan Tarik pada kecepatan 6 mm/s, temperatur 2 C, jarak flame 8 cm di dapat nilai tegangan tarik luluh adallah 36,761 Mpa dan pada nilai tegangan tarik maksimum adallah 463,286 Mpa. Tegangan Tarik pada kecepatan 7 mm/s, temperatur 2 C, jarak flame 8 cm di dapat nilai tegangan tarik luluh adallah 359,285 Mpa dan pada nilai tegangan tarik maksimum adallah 461,392 Mpa, serta Tegangan Tarik pada kecepatan 8 mm/s, temperatur 2 C, jarak flame 8 cm di dapat nilai tegangan tarik luluh adallah 35,728Mpa dan pada nilai tegangan tarik maksimum adallah 45,43 Mpa. Sehingga dapat di bandingkan nilai tertinggi tegangan tarik terdapat pada kecepatan pengelasan 8 mm/s yang mana mampu menaikan tegangan tarik. Peningkatan kekuatan tarik ini biasanya terjadi akibat head input atau masukan panas yang kecil karena kecepatan pengelasan yang SENTRA 216 IV - 5

6 Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa (SENTRA) 217 ISSN (Cetak) eissn (Online) besar sehingga panas yang di terima oleh plat tidak besar yang mengakibatkan tegangan yang relativ sama(7,8] Hasil penelitian terdahulu menggunakan variasi kecepatan untuk membuat bahan uji tarik dan ada dua spesimen bahan yang sama pertama menggunakan waktu 2 menit dan spesimen yang kedua menggunakan 3 menit hasilnya adallah spesimen yang menggunakan waktu lebih lambat menerima heat input atau masukan panas yang lebih besar mengakibatkan spesimen getas di bandingkan dengan yang menggunakan waktu 2 menit [6]. Kecepatan pengelasan dan besar kuat arus yang di pakai saat pengelasan sangat berpengaruh dalam pengujian tarik semakin besar kecepatan pengelasan maka semakin kecil heat input dan kekuatan tariknya akan semakin besar [1,5] Pada penelitian yang dilakukan[9] mengatakan bahwa semakin besar kecepatan pengelasan maka nilai kekuatan tarik yang di peroleh akan semakin meningkat, hal ini di karenakan semakin besar kecepatan pengelasan maka heat input yang di peroleh akan semakin rendah. 4. Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Distorsi las dapat diminimasi secara efektif dengan memberikan perlakuan perlakuan temperatur transient selama proses pengelasan berlangsung dengan kecepatan pengelasan 7 mm/s dengan nilai distorsi terandah,1 mm 2. Nilai kekerasan tertinggi pada kecepatan pengelasan 6 mm/s dengan temperatur pemanas 2 C dan jarak flame 8cm sebesar 259,271 kg/mm 2 dan tegangan tarik kecepatan pengelasan 6 mm/s dengan temperatur 2 C dan jarak flame 8cm, dengan nilai tegangan tarik luluh (yield) sebesar 36,761 Mpa dan nilai tegangan tarik maksimum sebesar 463,286 Mpa. Referensi [1 ]A.S.Mohruni, B.H.Kembaren (2 15), Pengaruh Variasi Kecepatan dan Kua Arus Terhadap Kekerasan, Tegangan Tarik, StrukturMikro Baja Karbon Rendah dengan Elektroda E613 [2] Agus Duniawan, Sutrimo,(214), Pengaruh Kecepatan Arus Pengelasan dan Panas Masuk Terhadap Sifat Mekanis Logam Las Pada Pengelasan SAW Baja Karbon ASTM 29 [3] Alfin Aprilianto,(215), Pengaruh perubahan temperatur transient di sekitar pengelasan dengan Las FCAW terhadap sifat mekanik pada bahan baja carbon A36. [4] Harlian Kadir, Gunawan Dwi Haryadi, Sri Nugroho, Kim Jeon (214), Pengaruh Variasi Kecepatan Pengelasan GMAW Baja Tahan Karat Austenitik AISI 316L Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Mekanik [5] HeriWibowo, M.NoerIlman, Priyo Tri Iswanto (216), analisa heat input pengelasan terhadap distorsi, struktu rmikro dan kekuatan mekanis baja A36 [6] Naryono, FaridRakhman (214), Pengaruh Kecepatan Pengelasan Pada Penyambungan Plat Baja SA36 Menggunakan Elektroda E613 dan E716 Terhadap Kekerasan, Struktur Mikro dan Kekuatan Tariknya. [7] Nur Subeki, (211), Optimalisasi komposisi kandungan mn pada filler untuk mendapatkan ketangguhan dan kekerasan. [8] NurSubeki,(213), Pengaruh pengelasan FCAW tanpa dan dengan penambahan panas terhadap perubahan sifat mekanik dari struktur mikro sambungan las. [9] Rendy Setio P, Tjuk Oerbandono,Purnami,(215), Pengaruh Kecepatan Pengelasan dan Jenis Elektroda Terhadap Kekuatan Tarik Hasil Pengelasan SMAW Baja ST 6 [1] Weldy Sonaria Winarko, 211, Stress Relief Annealing untuk uji kekerasan dan mikrostruktur pada hasil pengelasan (SAW) Piapa Baja Api 5L-X65.JIS,1973,"Non Ferous Metal", Japanise International Standart. [11]Wiruyosumarto, H. dan Okumura, T, 2, Teknologi pengelasan logam, PT. Pradya Paramita, Jakarta. IV - 6 SENTRA 216