KUALITAS REPAIR WELDING MENGGUNAKAN METODE PENGELASAN TIG DENGAN PERLAKUAN PREHEATING DAN POST WELD HEAT TREATMENT PADA CAST WHEEL ALUMINIUM

Transkripsi

1 KUALITAS REPAIR WELDING MENGGUNAKAN METODE PENGELASAN TIG DENGAN PERLAKUAN PREHEATING DAN POST WELD HEAT TREATMENT PADA CAST WHEEL ALUMINIUM Dewi Rima Ratri Siwi 1) Budhi Harjanto 2) Nyenyep Sriwardani 3) Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret, Surakarta ABSTRACT The Purpose of this research are to know chemical composition, find micro structure, find impact strength, find speciment s hardeness level on allumminium cast wheel before and after Tungsten Inert Gas welding. The speciment on this research is aluminum cast wheel or aluminum velg. The data analysis on this research is a comparative descriptive methods, that the observation result is analyzed by description. And then compare the observation result between the data before TIG welding or before conducted preheating and PWHT. The parameter of analyze data are included:the testing of chemical composition, microstructure, hardness and impact. Based on the result of this research, it can be concluded that the cast wheel material is aluminum type cast alloy AA which has non-heat treatable characteristic. The research results show that the microstructure of Al grain in the HAZ region fused with primary aluminum (α-al) and grain Si alloy formed between the primary α-al. The impact strength value on the welded speciment is higher than impact strength value before welding those are J/mm 2 and J/mm 2. Hardeness level on the speciment before welding processes is 103,381 VHN. The number is higher than after on the welding area, the hardeness level is lower too that is 44,051 VHN, whereas the hardeness level an the HAZ is a 37,943 VHN and 35,465 VHN on the base material. Keywords: TIG Welding, Repair Welding, Cast Wheel, Preheating, PWHT.

2 ABSTRAK Tujuan dilakukan penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro, tingkat kekerasan dan kekuatan impak pada cast wheel aluminium sebelum dan sesudah dilakukan pengelasan. Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah cast wheel aluminium. Teknik analisa data yang digunakan adalah deskriptif komparatif, hasil penelitian dianalisis secara deskriptif kemudian membandingkan hasil pengamatan pada spesimen sebelum dilakukan pengelasan dengan setelah dilakukan pengelasan. Sebagai parameter input pada penganalisaan data meliputi pengujian komposisi kimia, struktur mikro, kekerasan dan impak. Berdasar hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa cast wheel yang digunakan dalam adalah aluminium cast alloy jenis AA yang memiliki sifat non heat-treatable. Dari hasil uji struktur mikro menunjukkan bahwa daerah HAZ (Heat Affected Zone) terjadi perpindahan Al menuju aluminium primer (α-al) sehingga butiran Si membentuk paduan Si primer diantara Aluminium primer (α-al). Hasil uji impak pada spesimen sebelum pengelasan 0,0384 J/mm 2 pada cast wheel 0,0616 J/mm 2. Hasil uji kekerasan pada spesimen sebelum pengelasan sebesar 103, 381 VHN, pada daerah las 44, 051 VHN, pada daerah HAZ 37, 943 VHN, pada base material 35, 465 VHN. Kata Kunci: Pengelasan TIG, repair welding, cast wheel, preheating, PWHT. PENDAHULUAN memproduksi spare part yang Semakin meningkatnya dibutuhkan dengan kualtas tinggi, awet pemakaian kendaraan bermotor dalam dan murah. Spare part kendaraan yang kehidupan sehari-hari, maka semakin ada saat ini sebagian besar terbuat dari meningkat pula kerusakan yang terjadi bahan logam. Namun yang banyak pada kendaraan tersebut. Oleh sebab digunakan untuk spare part adalah itu industri otomotif mencari solusi aluminium. Salah satunya adalah untuk mengatasi hal tersebut dengan dalam pembuatan cast wheel atau velg.

3 Dalam kendaraan bermotor mempertahankan sifat logam dasarnya. cast wheel memiliki fungsi yang Proses repair dapat terjadi pada sangat penting yaitu menumpu roda material yang mengalami pengerjaan kendaraan. Sehingga jika terjadi ulang akibat kesalahan di lapangan kerusakan pada cast wheel harus segera diatasi, jika kerusakan yang (Prasetyo, 2010: 2). Menurut Wiryosumarto terjadi hanya retak maka masih dapat diatasi dengan cara pengelasan. Hal tersebut memungkinkan jika kekuatan (Prasetyo, 2010) las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas, hasil pengelasan mendekati kekuatan Pengelasan TIG/GTAW cast wheel utuh. Perlakuan panas yang diterapkan menjadi salah satu upaya untuk meningkatkan hasil pengelasan. merupakan proses pengelasan dimana busur nyala listrik ditimbulkan oleh elektroda tungsten dengan benda kerja Tujuan dilakukannya logam. Dengan melakukan proses penelitian ini adalah untuk mengetahui pengelasan TIG, akan diperoleh komposisi kimia, struktur mikto, nilai kekerasan dan kekuatan impak pada cast wheel aluminium sebelum dan kualitas hasil pengelasan yang lebih baik dan jenis ini cocok untuk pengelasan pada pelat tipis maupun sesudah dilakukan pengelasan tebal (Dadang, 2013: 6). Salah menggunakan metode pengelasan TIG satunya pengelasan pada alminium. dengan perlakuan preheating dan Post Paduan aluminium dapat Weld Heat Treatment (PWHT). dikelompokkan menjadi 2 kelompok, Repair welding adalah yaitu wrought aluminium alloy dan perbaikan dengan menggunakan teknik cast aluminium alloy. Standarisasi pengelasan dengan tujuan paduan aluminium dalam beberapa memperbaiki bentuk suatu konstruksi Negara di dunia digunakan untuk yang mengalami kerusakan agar menggolongkan logam aluminium menjadi sama seperti bentuk dan berdasarkan komposisi kimia. fungsi benda asalnya dan tetap Berdasar standar AA (Aluminium

4 Association) komposisi utamanya penomoran pada kode empat angka, (xxxx) untuk jenis wrought aluminium dan (xxx.x) untuk cast alloy. Pada dasarnya paduan aluminium merupakan logam yang sifatnya non heat-treatable, karena pada dasarnya aluminium murni merupakan logam non heat-treatable. Oleh karena itu untuk meningkatkan kekuatannya perlu menambahkan unsur lain. METODE PENELITIAN Metode penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Metode eksperimen merupakan metode untuk mencari hubungan sebab akibat dengan cara mengkaji kelompok yang diberi perlakuan dengan kelompok yang tidak diberi perlakuan. Populasi yang digunakan adalah cast wheel aluminium, dan untuk sampel penelitiannya ditunjukkan seperti pada gambar 1. B Gambar 1. Cast Wheel Aluminium (Dokumen Pribadi) Keterangan Gambar : A. Sampel untuk uji impak B. Sampel untuk uji komposisi kimia, uji kekerasan dan struktur mikro Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini dibuat dengan ukuran yang sama antara spesimen sebelum dan setelah pengelasan yang digunakan sebagai uji impak, uji komposisi kimia, uji struktur mikro, dan kekerasan. Dalam penelitian ini menggunakan analisis deskriptif komparatif. Data yang diperoleh dari penelitian dianalisis dengan cara mendeskripsikan hasil pengamatan kekuatan spesimen dari penelitian yang telah dilakukan. kemudian membandingkan hasil pengamatan antara kedua spesimen. A

5 HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian ini dilakukan pengujian terhadap cast wheel aluminium dengan tujuan untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro, kekerasan dan kekuatan impak cast wheel aluminium sebelum dan sesudah dilakukan pengelasan dengan perlakuan preheating dan PWHT. Data komposisi kimia diperoleh melalui uji Tabel 1. Hasil Uji Komposisi Kimia (Sumber: Dokumen Pribadi) spectrometri, data struktur mikro Berdasar jumlah berat diperoleh melalui uji metalografi, nilai penyusun utama, cast wheel kekerasan diperoleh melalui uji aluminium dikategorikan dalam jenis kekerasan Vicker dan nilai uji aluminium cast alloy seri 4xx.x. kekuatan impak diperoleh melalui uji Sedangkan menurut AA (Aluminium impak Charpy. Association) jenis ini merupakan seri a. Uji Komposisi Kimia AA dengan unsur tambahan Dengan analisa uji komposisi utama Si antara 6,5% - 7,5 %. kimia dapat diketahui kandungan Perubahan beberapa unsur tersebut unsur kimia pada cast wheel sebelum berasal dari filler ang digunakan pada dan sesudah dilakukan pengelasan saat pengelasan, yaitu ER dengan perlakuan preheating dan b. Uji Struktur Mikro PWHT. Dari analisa tersebut dapat Pada pengujian ini diketahui ada tidaknya perbedaan pengamatan dilakukan pada unsur kimia dari kedua spesimen. permukaan spesimen yang telah Data yang dihasilkan dari uji dipoles dengan autosol dan dietsa komposisi kimia berupa jumlah dengan menggunakan nitrid acid prosentase unsur kimia yang (HNO 3 ) 2,5 ml, HF 1,5 ml. HCl 1,5 ml terkandung pada spesimen yang diuji.

6 dan 0,5 ml aquades selama 5-10 detik dengan mikroskop optic pembesaran 50 dan 100 kali. Pengamatan dilakukan pada bagian tanpa las, bagian las, HAZ dan juga pada base material. Gambar 6. Struktur Mikro Base Material HAZ Gambar 2. Struktur Mikro Spesimen Sebelum Pengelasan Gambar 3. Struktur Mikro Las-HAZ Gambar 4. Struktur Mikro Daerah Las Gambar 5. Struktur Mikro HAZ Hasil pengamatan pada spesimen tanpa las terlihat struktur aluminium (α-al) dan Si. Aluminium terlihat berwarna terang mengkilap. Pada spesimen tanpa las terlihat butiran Si berwarna abu-abu gelap menyebar di sekliling aluminium (α- Al). Pada gambar 2 menunjukkan paduan utama dari cast wheel aluminium terdiri dari aluminium primer (α-al), butiran Al dan butiran Si. Butiran Al dan Si sebagai matrik diantara aluminium primer (α-al), yang saling berdekatan. Pada gambar 3 menunjukkan bahwa antara daerah Las dan HAZ sebagian unsur Si mengalami difusi menuju ke celah-celah diantara Al-Mg. Daerah las merupakan daerah yang terkena panas dari proses

7 pengelasan TIG dan mendapat perlakuan preheating dan PWHT yang kemudian membeku sehingga akan terjadi perubahan struktur mikro. Perubahan struktur mikro pada daerah lasan tersebut dapat dilihat pada gambar 2 dan 4 dimana pada daerah las Mg dan Al berwarna mengkilap dengan struktur yang lebih rapat. Struktur mikro daerah HAZ dan base material terlihat adanya batasan posisi Al dan Si yang mulai terpisah. Pada daerah ini terjadi difusi dimana butiran Al berpindah menuju Al primer (α-al). Hal tersebut karena terjadinya difusi unsur Al dan Si akibat pengaruh panas pada saat pengelasan. Dengan adanya perubahan fisik butiran Si menjadi Si primer pada daerah HAZ tersebut juga dimungkinkan terjadinya perubahan sifat mekanik pada kekerasan cast wheel aluminium. sebelum pembebanan (α) sebesar 156. Pengujian dilakukan terhadap cast wheel aluminium sebelum dan sesudah dilakukan pengelasan. Tabel 2. Besar Sudut Impak (α) dan Sudut Kenaikan Pendulum (β) Berdasar hasil pengujian impak pada tabel 2 maka besarnya energi yang diserap oleh spesimen uji (E) dan harga Impak spesimen (HI) dapat diketahui pada tabel 3. Tabel 3. Nilai Energi Yang Diserap dan Harga Kekuatan Impak Spesimen c. Uji Kekuatan Impak Uji impak dilakukan dengan Gambar 7. Histogram Kekuatan Impak metode impak tipe charpy. Pengujian Pada perhitungan harga dilakukan dengan menggunakan beban impak, spesimen tanpa las memiliki pendulum sebesar 150 J dan panjang harga impak yang lebih kecil daripada harga lengan pendulum 83 cm sudut awal impak pada cast wheel

8 aluminium. Terjadinya perubahan HAZ, base material dan cast wheel harga impak ini disebabkan adanya perlakuan PWHT meskipun pada cast sebelum pengelasan. Tabel 4. Diagonal Injakan Indentor wheel aluminium juga menerima perlakuan preheating. Karena paduan yang digunakan merupakan paduan non heat treatable yang pada dasarnya Tabel 5. Nilai Kekerasan tidak dapat dilaku panaskan. Paduan ini memiliki sifat mampu las yang baik asal diikuti dengan proses perlakuan panas kembali. Perlakuan PWHT mengakibatkan terjadinya pelegaan tegangan yang menghilangkan tegangan sisa pada daerah las. Bertambahnya komposisi unsur Mg setelah dilakukannya pengelasan juga mempengaruhi sifat ketangguhan cast Gambar 8. Histogram Nilai Kekerasan Uraian di atas menunjukkan wheel aluminium sehingga harga bahwa tingkat kekerasan pada impaknya menjadi lebih tinggi jika spesimen cast wheel aluminium hasil dibandingkan cast wheel sebelum pengelasan TIG lebih kecil dari pengelasan. d. Uji Kekerasan spesimen sebelum pengelasan. Menurunnya nilai kekerasan Uji kekerasan dilakukan pada spesimen hasil pengelasan dengan metode vicker. Beban yang dikarenakan adanya perubahan digunakan ketika pengujia sebesar 100 struktur mikro, yaitu menurunnya g dengan pembesaran 200 kali dan load time yang diterapkan adalah 15 s. kandungan unsur Si, terlihat lebih sedikit, dan penyebaran yang tidak Pengujian dilakukan di daerah las, merata pada permukaan unsur Al.

9 Berdasarkan pernyataan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa perlakuan PWHT yang diberlakukan pada spesimen hasil pengelasan tidak mampu mengembalikan nilai kekerasan pada spesimen mendekati nilai kekerasan dari cast wheel utuh. SIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian kualitas repair welding menggunakan filler ER 4043, dapat ditarik kesimpulan: a. Berdasar komposisi penyusun, cast wheel yang digunakan termasuk golongan cast alloy jenis AA yang memiliki sifat non heat-treatable. b. Struktur mikro pada spesimen sebelum pengelasan berupa paduan Al primer (α-al) dikelilingi butiran Al dan Si. Pada daerah HAZ terjadi perpindahan Al menuju Al primer (α-al) sehingga butiran Si membentuk paduan Si primer diantara (α-al) c. Hasil pengujian kekuatan impak pada cast wheel hasil pengelasan lebih tinggi daripada hasil pada cast wheel sebelum pengelasan. d. Hasil uji kekerasan pada spesimen tanpa las menunjukkan hasil yang lebih tinggi jika dibanding dengan nilai kekerasan pada daerah las, HAZ dan base material. DAFTAR PUSTAKA ASM International. (2012), Aluminium and aluminiun alloy. AWS. (2006). Structural Welding Code-Steel D1.1/D1.1 Dadang. (2013). Teknik Pengelasan GTAW. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktoral Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional. Prasetya, B.D. (2014). Studi Variasi Pengelasan Ulang Terhadap Cacat Las dan Kekerasan Material Aluminium Jurnal Penelitian Teknik ITS Wiryosumarto, H., Okumura, T. (2004). Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta: PT Pradnya

10

11