PENGARUH VARIASI TEBAL PELAT DAN BESAR ARUS TERHADAP DISTORSI PADA PENGELASAN MULTILAYER PROSES GMAW DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFER SPRAY

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI TEBAL PELAT DAN BESAR ARUS TERHADAP DISTORSI PADA PENGELASAN MULTILAYER PROSES GMAW DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFER SPRAY Nama Mahasiswa : Awia Conang NRP : Pembimbing I : Ir. Muchtar Karokaro, MSc Pembimbing II : Ir. Hari Subiyanto, MSc Abstrak Perbedaan temperatur yang sangat besar didaerah busur las dengan daerah sekitar logam induk menimbulkan distribusi temperatur yang tidak uniform. Semakin besar masukan panas pengelasan yang diterima akan mengakibatkan semakin besar regangan termal (pengembangan dan penyusutan) tidak uniform yang terjadi didaerah sambungan las dan sekitarnya, sehingga mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran (distorsi). Penilitian saat ini ditujukan untuk mengamati distorsi yang terjadi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan pelat baja SS 400 yang mempunyai ketebalan yaitu 8,10 dan 12 [mm] dan besar arus 150, 200 dan 250 [amper], dengan proses pengelasan GMAW kampuh V dan menggunakan transfer spray. Dari hasil pengelasan diukur distorsinya, kemudian diuji kekerasan, bending dan struktur mikro untuk mengamati sifat fisik dan mekanik dari material. Setelah itu hasil pengukuran pada distorsi diolah dalam metode statistik, rancangan eksperimen Central Composite Design. Melalui penelitian ini didapatkan besar arus memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan, dan pada variabel tebal pelat dan interaksi tebal pelat dengan besar arus tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan. Jika heat input naik, maka internal stress akan semakin tinggi, sehingga distorsi yang terjadi akan semakin tinggi. Berdasarkan hasil pengujian diketahui bahwa kekerasan lebih tinggi terdapat pada daerah weld metal dan daerah HAZ lebih besar dibandingkan daerah base metal. Arus yang rendah, kecepatan pendinginan yang cepat, dan kekerasan yang tinggi, mengakibatkan terjadinya crack pada logam las. Pada tebal pelat yang berbeda dan besar arus yang berbeda, butiran pada struktur mikro terlihat sangat kasar. Diakibatkan adanya posheat atau pemanasan kembali (reheat) yang terjadi pada saat terjadi pengelasan. Kata kunci : Distorsi, Ketebalan pelat, Besar arus.kekerasan, Bending, Struktur mikro. 1

2 1. PENDAHULUAN Perbedaan temperatur yang sangat besar didaerah busur las dengan daerah sekitar logam induk menimbulkan distribusi temperatur yang tidak uniform. Hal ini menyebabkan terjadinya pencairan, pembekuan, pengembangan, dan penyusutan termal didaerah sambungan dan sekitarnya pada suatu konstruksi las yang juga tidak uniform (mendorong terjadinya gaya eksentris pada penampang melintang logam las). Semakin besar masukan panas pengelasan yang diterima akan mengakibatkan semakin besar regangan termal (pengembangan dan penyusutan) non-uniform yang terjadi didaerah sambungan las dan sekitarnya. Pada konstruksi las yang dibiarkan bebas bergerak (tanpa mendapat gaya atau beban luar), regangan termal yang tersisa setelah suhu lasan mencapai temperatur kamar (mendingin) disebut sebagai distorsi las. Distorsi didefenisikan sebagai setiap perubahan dari bentuk atau kontur yang diinginkan. Distorsi yang terjadi pada hasil lasan biasanya berupa bentuk yang sangat rumit. Walaupun demikian 1.1 TUJUAN PENILITIAN Adapun tujuan penilitian ini adalah 1. Menganalisa pengaruh perubahan tebal pelat dan besar arus terhadap distorsi pada pengelasan multilayer. 2. Menganalisa sifat material (distribusi kekerasan,bending) serta metalografi. untuk sambungan fillet dan tumpul, secara kasar masi dapat dibedakan menjadi enam macam distorsi las. Namun secara prinsip, sebenarnya terjadinya berbagai bentuk distorsi tersebut dapat dibedakan hanya atas: a. Penyusutan melintang (transverse shrinkage) yang muncul tegak lurus terhadap garis lurus. b. Penyusutan memanjang (longitudinal shrinkage) yang muncul paralel terhadap garis las. c. Perubahan anguler berupa rotasi disekitar garis las (antar web dan flange) Pada pengelasan dapat dipakai single layer dan ada Wellding multilayer, dimana satu layer digunakan untuk pelat yang tipis sedangkan welding multilayer dipakai untuk pelat-pelat yang tebal. Welding multilayer adalah pengelasan berganda, digunakan ketika keuletan yang maksimum suatu las baja diinginkan atau beberapa lapisan-lapisan diperlukan didalam mengelas logam tebal. Semakin kecil puddle lebih mudah terkendali dan dapat menghindari oksidasi, kotoran terak, dan fusi tak lengkap dengan logam dasar. 1.2 MANFAAT PENILITIAN Manfaat yang diharapkan dari penilitian ini adalah 1. Dapat menentukan pengaruh welding multilayer terhadap tingkat distorsi yang dapat diterima,dengan menggunakan variasi tebal pelat dan besar arus las. 2. Dapat melihat apakah pengelasan yang digunakan sesuai dengan kebutuhan. 3. Dapat melihat sifat material (distribusi kekerasan,bending) serta metalografinya sebagai 2

3 akibat perubahan tebal pelat dan besar arus. 2. KAJIAN PUSTAKA 2.1.Penilitian Sebelumnya Anggono pada tahun 1999 telah menulis didalam karya ilmianya tentang pengaruh input panas pengelasan Shielded Metal Arc Welding (SMAW) terhadap distorsi sudut, dan dapat disimpulkan bahwa ketebalan pelat mempunyai pangaruh paling besar terhadap distorsi sudut, diikuti oleh besarnya arus listrik, dan kecepatan pengelasan mempunyai pengaruh yang paling kecil. Suanda [2001] melakukan penilitian tentang minimalisasi distorsi pengelasan baja lunak dengan Submerged Arc Welding (SAW). Kesimpulannya adalah bahwa semakin besar arus pengelasan, distorsinya semakin besar, semakin besar kecepatan pengelasan semakin kecil distorsinya, dan semakin lebar pelat yang digunakan maka distorsi yang terjadi juga semakin kecil. Pengaruh terbesar terhadap distorsi diberikan oleh kuat arus, diikuti oleh kecepatan pengelasan dan lebar pelat mempunyai pengaruh yang terkecil. Pada tahun 2008 Pranowo membuat eksperimen tentang Pengaruh tebal pelat, radius penekukan dan parameter pengelasan Submerged arc welding (SAW) terhadap sifat mekanik, meminimalisasi distorsi sudut dengan kedalaman penetrasi sebagai kendala pada proses pengelasan busur rendam sambungan T. 2.2 Teori Dasar Pengelasan Proses pengelasan pada hakikatnya adalah proses penyambungan yang memanfaatkan fenomena metalurgi. Karena itu permasalahan yang muncul di daerah sambungan adalah sebagai akibat dari fenomana tersebut. Permasalan yang muncul dari fenomena metalurgi pada saat mengelas baja adalah timbulnya martensit yang diiringi dengan fissure sedangkan pada besi cor kelabu adalah timbulnya besi cor putih dan martensit (Prof. Dr.Rochim Suratman). Menurut defenisi dari Deutche Industrie Norman (DIN) lasan adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair (Wiryosumarto, 2004). Menurut penggunaannya, proses pengelasan dapat digunakan pada proses pembuatan suatu konstruksi atau untuk reparasi. Penggunaan las pada pembuatan konstruksi meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja, bejana tekan, pipa dan bidang-bidang lain yang memerlukan penyambungan logam. Penggunaan las untuk reparasi digunakan pada pengisian logam-logam coran Las Listrik Gas Metal (GAS METALARC WELDING/GMAW) Las listrik gas metal atau gas metal arc welding (GMAW) adalah proses las listrik yang menggunakan busur listrik yang berasal dari elektrode, yang dipasok terus-menerus secara tetap dari suatu mekanisme kekolam las. Untuk mencegah terjadinya oksidasi, pengelasan ini dilindungi oleh aliran gas lindung yang dapat berupa gas aktif, misalnya CO2, sehingga disebut Metal Active Gas (MAG), atau gas inert (misalnya argon) sehingga disebut Metal Inert Gas (MIG), karena itu GMAW juga disebut MIG MAG Welding. 3

4 2.4 Mekanisme Transfer Metal Sifat-sifat las listrik gas metal (GMAW) dapat dibedakan dari caranya mentransfer metal kebahan induk. Tiga sifat tersebut adalah: 1. Transfer arus pendek (short circuit) Sistem ini melibatkan cakupan arus yang terendah serta diameter kawat las yang terkecil. Sistem transfer ini menghasilkan kolam las kecil dan cepat membeku, sehingga sesuai untuk pengelasan pelat tipis. 2. Transfer berbentuk bola (globular) Pengelasan dengan sistem transfer globular menggunakan arus searah dengan elektroda pada posisi positif (DCEP). Transfer globular ditandai 3. Transfer bentuk semprotan (spray) Moda transfer bentuk semprotan menghasilkan butir-butir yang disemprotkan secara terarah yang dipercepat oleh gaya busur dengan Dan kecepatan yang dapat mengatasi pengaruh grafitasi. Salah satu sifat transfer bentuk semprotan adalah terjadinya penetrasi sangat dalam sehingga dikatakan sebagai jari penetrasi (finger). dan kontraksi termal dari logam las selama proses pengelasan, benda akan mempunyai kecenderungan untuk menyimpang yang menyababkan distorsi.gambar 2.9 menggambarkan beberapa jenis distorsi akibat pengelasan. Benda kerja yang dilas dapat menyusut dalam arah melintang oleh menetesnya bola-bola bahan las cair dengan ukuran lebih besar dari diameter kawat las. Gambar 1. Mekanisme Transfer Metal 2.5 Distorsi Menurut Kou (2005) karena adanya proses penyusutan pembukuan (Gambar 2.9a), dan dapat juga dalam arah memanjang, yaitu searah dengan proses pengelasan (Gambar 2.9b). Perubahan bentuk ini disebabkan adanya perbedaan temperatur permukaan yang dilas dan permukaan sebaliknya. (Gambar 2.9a), dan dapat juga dalam arah memanjang, yaitu searah dengan proses pengelasan (Gambar 2.9b). Perubahan bentuk ini disebabkan adanya perbedaan temperatur permukaan yang dilas dan permukaan sebaliknya. 4

5 Gambar 2. Distorsi sudut pada sambungan Gambar 3. Distorsi yang terjadi pada Butt joint untuk logam dengan berbagai ketebalan proses pengelasan (kou, 2003) (Kou, 2003) 2.6 Pemodelan Metode staitistik dapat digunakan untuk memperoleh model matematis yang menggambarkan hubungan antara parameter bebas dengan parameter yang tidak bebas. Untuk mendapatkan model matematis diperlukan data-data yang diambil dari eksperimen. Sebelum melakukan eksperimen harus menentukan terlebih dahulu rancangan eksperimen yang digunakan. Tabel 2.1 Rancangan Percobaan Central Composite dengan k = 2 No X1 X

6 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian M U L A I Tinjauan Pustaka Tujuan penilitian Persiapan Penelitian: 1. Menyiapkan benda kerja 2. Menyiapkan mesin las GMAW dan equipmentnya 3. Menyiapkan alat ukur Rancangan Eksperimen: Variabel proses: - Tebal pelat (8,10, 12 [mm]) - Besar arus (150, 200, 250 [ ampere] Variabel respon: - Distorsi Pelaksanaan Pengukuran dan Pengujian 1. Pengukuran distorsi 2. Pengujian bending 3. Pengujian kekerasan 4. Pengujian struktur mikro Analisa data Kesimpulan dan Saran S E L E S A I Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 3.2 Pelaksanaan Eksperimen 1. Persiapan Spesimen Uji Benda uji dari pelat baja SS 400 dengan tebal 8, 10, 12 [mm], dengan panjang x lebar sebesar 300 x 150 [mm]. Kemudian di grap dan dibuat kampuh (V) pada spesimen. 2. Pengelasan Jenis pengelasan yang digunakan untuk penelitian adalah jenis GMAW (Gas Metal Arc Welding). Sebelum dilakukan proses pengelasan dibuat kampuh V pada spesimen, kemudian digrid dengan tujuan agar ada jarak pada saat terjadi penetrasi dan jatuhnya tepat pada backing plat. Spesifikasi pengelasan sebagai berikut : a. Tebal pelat 8, 10, 12 [mm] b. Besar arus 150,200 dan 250 ampere c. Menggunakan CO2 3. Proses Pengukuran Pengukuran yang dilakukan adalah pungukuran distorsi sebelum dan sesudah pengelasan, dengan menggunakan alat ukur dial indikator Pengujian Spesimen 1. Uji Kekerasan Pengujian dilakukan untuk mengetahui distribusi kekerasan yang terjadi akibat proses pengelasan yaitu diukur pada tiga titik: base metal, HAZ dan weld metal 2. Uji Tekuk (bending) Tujuan dilakukan pengujian ini adalah untuk mengetahui sifat dari bahan logam terhadap lengkungan. Pengujian ini juga bertujuan untuk mengetahui ketahanan logam las akibat tekukan yang dapat mengakibatkan crac. Dimensi pengujian bending sesuai dengan standar ASME.. 3. Uji struktur mikro Pengujian dilakukan untuk melihat perubahan kekerasan yang terjadi pada logam las. 4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Studi eksperimen yang didapat dari pengaruh tabal pelat dan besar arus pengelasan ádalah distorsi, yang dilaksanakan dengan menggunakan mesin las gas metal arc welding (GMAW). Rancangan eksperimen menggunakan Central Composite Desgn (CCD) dan dihitung dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB 15 dan Lingo 8 untuk optimasi multiple responses dari model yang dilakukan. 4.1 Hasil Pengamatan Dari percobaan yang dilakukan diperoleh data-data yang berupa data 6

7 input dan data output. Sebagai data input adalah variabel-variabel bebas yang digunakan dalam pengelasan yaitu tebal pelat, dan besar arus. Sebagai data output adalah variabel tidak bebas (respon). Yang diukur dalam percobaan adalah distorsi, pengujian bending, kekerasan dan struktur mikro. Data uji bending dan kekerasan dapat ditunjukan pada tabel 4.2 dan 4.3. Tabel 4.1 Data Hasil Eksperimen No. Tebal Besar Arus Distorsi [mm] [Amp] (Derajat) Hasil analisis regresi pengaruh masing-masing variabel proses terhadap distorsi dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB 15 dapat dilihat pada tabel 4.4 dan tabel 4.5 berikut: Tabel 4.4 Koefisien regresi distorsi setelah menghilangkan factor-faktor yang tidak berpengaruh. Estimated Regression Coefficients for Distorsi Term Coef Se coef T P Constant Tebal Pelat Arus Tebal Pelat*Arus Tabel 4.5. ANAVA untuk Distorsi Analysis of Variance for Distorsi DF Seg SS Adj SS Adj MS F P Regression Linear Interaction Residual Error Lack-of-Fit Pure Error Total S = R-Sq = 61.5% R-Sq(adj) = 48.7% Sumber: hasil olahan MINITAB 15 7

8 4.2. Pembahasan Hasil Distorsi Dari hasil pengolahan dengan statistik pada tabel 4.4 dan 4.5 terlihat bahwa koefisien-koefisien menunjukan besarnya pengaruh dari variabel pengelasan terhadap distorsi. Besarnya arus memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan, dan pada variabel tebal pelat dan interaksi tebal pelat dengan arus tidak memberi pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan. Tabel 4.2 Data uji bending No Tes Bending Suddut Keterangan 1 root 180 retak 2 root 180 retak 3 root 180 tidak 4 root 180 tidak 5 root 180 tidak 6 root 180 tidak 7 root 180 retak 8 root 180 retak 9 root 180 tidak 10 root 180 tidak 11 root 180 tidak 12 root 180 tidak 13 root 180 tidak Tabel 4.3 Data uji kekerasan No Tebal Pelat (mm) Daerah uji kekerasan ( VHN ) Besar Arus (amper) BM HAZ WM Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan dan Bending Pada tabel 4.3 dapat dilihat bahwa kekerasan terbesar yang terjadi pada daerah weld metal dan daerah HAZ lebih besar dari daerah base metal. Hal ini disebabkan adanya siklus thermal (pemanasan dan pendinginan) yang terjadi Berdasarkan tabel 4.2 dapat dilihat telah terjadi retak pada beberapa spesimen dengan ketebalan 8, arus yang rendah yaitu arus 150 dan pada tebal 10 dengan arus 250. sehingga dapat dikatakan terjadinya retak dapat disebabkan karena adanya arus [amper]. 4.4 Pembahasan Hasil Uji Struktur Mikro Pengamatan struktur mikro pada suatu material yang mengalami proses pengelasan dilakukan pada tiga tempat yaitu pada daerah base metal, HAZ, dan weld metal. Ketiga daerah tersebut mendapatkan perlakuan berbeda, dalam hal ini temperatur puncak serta laju pendinginan yang berbeda pada saat proses pengelasan berlangsung. Dengan adanya perlakuan yang berbeda, maka ketiganya pun akan memiliki struktur mikro yang tidak sama. Gambar struktur mikro dapat ditunjukan pada gambar berikut: 8

9 Ferit Perlit Gambar a). Daerah Weld Metal Gambar a). Daerah Weld Metal Ferit Perlit Gambar b). Daerah HAZ Gambar b). Daerah HAZ Ferlit Perlit Gambar c). Daerah Base Metal Gambar c). Daerah Base Metal Gambar. Struktur mikro tebal pelat 8 [mm] dan arus 150 [Amper] 5. KESIMPULAN Dari hasil pengolahan dan analisa data penelitian pengaruh variasi tebal pelat (8,10,12 mm) dan besar arus (150, 200, 250 Amper) terhadap distorsi pada pengelasan multilayer proses GMAW dengan menggunakan transfer spray, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada masing-masing variabel, yang memberi pengaruh yang sangat signifikan adalah besar arus, dan pada tebal pelat dan faktor interaksi tebal pelat 9

10 dengan arus tidak memberi pengaruh yang signifikan terhadap distorsi yang dihasilkan. Jika Heat input naik, maka internal stress akan semakin tinggi, sehingga distorsi yang terjadi akan semakin besar. 2. Besarnya tebal pelat dan arus memberikan pengaruh terhadap kekerasan, dimana, Jika arus semakin rendah, maka kecepatan pendinginan semakin cepat, sehingga kekerasan yang terjadi akan semakin tinggi. Semakin besar tebal pelat, kecepatan pendinginan menjadi semakin cepat, sehingga kekerasan pada weld metal menjadi semakin tinggi, lebih besar dibanding daerah HAZ dan base metal. 3. Arus yang rendah, kecepatan pendinginan yang cepat, dan kekerasan yang tinggi, dapat mengakibatkan terjadinya crack pada logam las. 4. Pada tebal pelat yang berbeda dan besar arus yang berbeda, butiran pada struktur mikro terlihat sangat kasar, diakibatkan adanya posheat atau pemanasan kembali (reheat) yang terjadi pada saat terjadi pengelasan. 5.2 Saran 1. Untuk mengurangi distorsi yang terjadi pada pengelasan GMAW dengan menggunakan teransfer spray, maka gunakanlah variabel tebal pelat dan arus pengelasan yang sesuai. 2. Perlu menambahkan dan mempelajari variabel-variabel lain yang mungkin mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap distorsi, kekerasan, bending, serta struktur mikro yang terjadi. 6. DAFTAR PUSTAKA Anggono, Juliana, dkk, (1999), Pengaruh Besar Input Panas Pengelasan SMAW Terhadap Distorsi Angular Sambungan-T Baja Lunak SS400, Vol 1, No. 1, Jurnal Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Universitas Kristen Petra, Surabaya, Kou, Sindo, (2003), Welding Metallurgy, Second Edition, John Wiley And Sons, Canada. Montgomery, D.C., (1991), Design and Analysis of Experiment, John Wiley and Sons, Canada. Myer, R.H., dan Montgomery, D.C, Response Surface Methodology, Process and Production Optimazation Using Design Experiment. John Wiley and Sons, Canada. Pranowo Sidi, (2008), Minimalisasi Distorsi Sudut dengan Kedalaman Penetrasi sebagai Kendala pada Proses Pengelasan Busur Rendam Sambungan- T. Rusdianto, Jaka, Analisa Pengaruh Parameter Pengelasan GMAW Terhadap Distorsi yang Terjadi Pada Pengelasan Baja SS400 Ketebalan 12[mm],Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan, ITS, Surabaya. 10

11 11