ANALISA DISTORSI PADA PENGELASAN DENGAN MENGGUNAKAN MINITAB

Transkripsi

1 ANALISA DISTORSI PADA PENGELASAN DENGAN MENGGUNAKAN MINITAB Awia Conang Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri dan Kebumian Universitas Sains dan Teknologi Jayapura 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 menggunakan MINITAB. Melalui penelitian dan hasil olahan dengan menggunakan MINITAB 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. 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,Minitab, GWAW, distribusi temperatur 1. Pendahuluan Perbedaan temperatur yang sangat besar didaerah busur las dengan daerah sekitar logam induk menimbulkan distribusi temperatur yang tidak uniform, 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. Demikian untuk sambungan fillet dan tumpul, secara kasar masih 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 Corresponding Author : Awia Conang Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Sains dan Teknologi Jayapura Jln. Raya Sentani Padang Bulan Abepura Jayapura Papua, awiacoang@gmail.com

2 26 Proses pengelasan adalah proses penyambungan dengan pemanasan lokal, dimana kecepatan pemanasannya relatif cepat. 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. Hal ini dapat mempersulit proses pengerjaan selanjutnya. 2. Kajian Pustaka dan Dasar Teori 2.1. Kajian Pustaka 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. Rusdianto [1999] meneliti tentang pengaruh parameter Gas Metal Arc Welding (GMAW) terhadap distorsi, dan dapat disimpulkan bahwa parameter tegangan, kuat arus, kecepatan pengelasan dan panjang pengelasan berpengaruh terhadap besarnya distorsi yang terjadi.. 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. Prosedur pengelasan kelihatannya sangat sederhana, tetapi sebenarnya didalamnya terdapat banyak masalah-masalah yang harus diatasi dimana pemecahannya memerlukan bermacam-macam pengetahuan. Karena itu dalam pengelasan, pengetahuan harus dibarengi dengan praktek. Oleh sebab itu sebelum proses pengelasan dilakukan, perlu direncanakan tentang cara pengelasan, cara pemeriksaan, bahan las dan jenis las yang akan dipergunakan, berdasarkan fungsi dari bagian-bagian bangunan atau mesin yang dirancang Metalurgi Las Pengelasan adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Sambungan las bisa dianggap sebagai suatu daerah hasil proses pengecoran berskala kecil. Hanya saja pada proses pengelasan, solidifikasi diawali dari fussion line menuju ke pusat lasan. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Dalam proses penyambungan ini adakalanya disertai dengan tekanan dan material tambahan (filler material). Sambungan las terdiri dari tiga bagian yaitu weld metal, base metal, dan heat affected zone (HAZ). Weld metal adalah logam pengisi (filler) yang pada saat pengelasan mengalami pencairan kemudian membeku. Base metal adalah bagian logam dasar dimana panas yang dihasilkan selama proses pengelasan berlangsung tidak menyebabkan terjadinya perubahan struktur mikro dan sifat mekanik. HAZ adalah logam

3 27 induk yang bersebelahan dengan weld metal. Selama proses pengelasan, daerah HAZ mengalami siklus thermal berupa pemanasan dan pendinginan yang cepat sehingga struktur mikronya berubah Distorsi Distorsi didefenisikan sebagai setiap perubahan dari bentuk atau kontur yang didinginkan. Distorsi yang terjadi pada hasil lasan biasanya berupa bentuk yang sangat rumit. Demikian untuk sambungan fillet dan tumpul, secara kasar masih dapat dibedakan menjadi enam macam distorsi las. Namun secara prinsip, sebenarnya terjadi berbagai macam distorsi tersebut dapat dibedakan hanya atas: transverse shrinkage, longitudinal shrinkage, anguler. Menurut Kou (2005) karena adanya proses penyusutan pembukuan 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 (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 1. Cara mengurangi distorsi sudut pada proses pengelasan dengan kampuh V tunggal (Kou, 2003). 3. Metode Penelitian 3.1. Pelaksanaan Eksperimen Benda uji dari pelat baja SS 400 dengan tebal 8, 10, 12 [mm], dengan panjang x lebar sebesar 300 x 125 [mm]. Kemudian di grap dan dibuat kampuh (V) pada spesimen. Penelitian ini dilaksanakan di Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya ITS dan Lab Manufaktur Teknik Mesin ITS Surabaya 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 CO Proses Pengukuran Pengukuran yang dilakukan adalah pungukuran distorsi sebelum dan sesudah pengelasan dengan menggunakan alat ukur dial indikator. Di bawah ini adalah cara menentukan titik-titik untuk pengukuran distorsi.

4 28 Gambar 2. Lokasi titik pengukuran distorsi 4. Analisa Data dan Pembahasan Studi eksperimen yang didapat dari pengaruh tebal pelat dan besar arus pengelasan ádalah distorsi, yang dilaksanakan dengan menggunakan mesin las gas metal arc welding (GMAW). Rancangan eksperimen menggunakan Central Composite Design (CCD) dan hasil pengukuran distorsi dianalisa dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB 15 dan Lingo 8 untuk optimasi multiple responses dari model yang dilakukan Hasil Pengukuran Distorsi Dari hasil pengukuran yang dilakukan didapat distorsi pada masing-masing kombinasi parameter proses sesuai rancangan eksperimen central Composite Desgn. Data hasil eksperimen dapat ditunjukan pada tabel 1 berikut : Tabel 1 Data Hasil Eksperimen, Distorsi Transverse No. Tebal Besar Arus Distorsi [mm] [Amp] (Derajat) Analisa Regresi Untuk Respon Distorsi

5 29 Dari data penelitian pada table 1 diolah untuk melihat pengaruh masing-masing variabel proses terhadap respon distorsi. Hasil pengolahan variabel respon distorsi menggunakan perangkat lunak MINITAB 15. Tabel 2. Analisa regresi untuk distorsi Estimated Regression Coefficients for Distorsi Term Coef Se coef T P Constant Tebal Pelat Arus Tebal Pelat*Arus Tabel 3. 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 Pada tabel 3 terdapat lack of fit yang dapat ditunjukan dengan P-value > dari α (0,05), yaitu lack of fit sebesar 0,514, maka keputusannya adalah gagal menolak hipotesa awal. Dengan demikian tidak ada lack of fit pada pendugaan model, sehingga penggunaan model memenuhi. 4.3 Gambar Respon Permukaan dan Kontur Model Distorsi Gambar 3 menunjukan gambar permukaan dari hasil distorsi terhadap parameter proses tebal pelat dan besarr arus pengelasan yang digunakan. Pada gambar terlihat titik stasioner, yang apabila dipilih variabelvariabel proses pada nilai tertentu akan diperoleh distorsi yang minimum.

6 30 Surface Plot of Distorsi vs Tebal Pelat, Arus 2.0 Distorsi Arus 0 1 Tebal Pelat Gambar 3. Respon permukaan tebal pelat dan besar arus pengelasan dari distorsi Tebal Pelat Contour Plot of Distorsi vs Tebal Pelat, Arus Distorsi < > Arus Gambar 4. Kontur distorsi untuk tebal pelat dan besar arus yang berbeda Dengan demikian, model regresi yang dihasilkan untuk respon distorsi adalah: Yˆ Pr = ( *X1)+(0.3617*X2)+( *X1*X2). imer Keterangan: X 1 = Tebal Pelat [mm] X 2 = Besar Arus [Amper] 4.4 Pembahasan Hasil Distorsi Dari hasil pengolahan dengan statistik pada tabel 3 dan gambar 3, 4 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. 5. Kesimpulan Dari hasil pengolahan dan analisa data penelitian dengan menggunakan MINITAB dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

7 31 1. Pada masing-masing variabel, yang memberi pengaruh yang sangat signifikan adalah besar arus, dan pada tebal pelat dan faktor interaksi tebal pelat 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. 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. 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, AWS D1. 1/D1. 1M 2002, Structural Welding Code Steel, Amirican Welding Society, An American National Standard. Gourd L M., (1995) Principles of Welding Technology, Third Edition, Edward Arnold,a division of Holder Headline PLC, 338 Euston Road, London. Iriawan, Nur, Ph.D, Septin Puji Astuti, S.Si., MT, (2006), Mengolah Data Statistik Dengan Mudah Menggunakan MINITAB 14,Andi, Yogyakarta. Kou, Sindo, (2003), Welding Metallurgy, Second Edition, 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, (1999), Analisa Pengaruh Parameter Pengelasan GMAW Terhadap Distorsi yang Terjadi Pada Pengelasan Baja SS400 Ketebalan 12[mm],Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan, ITS, Surabaya. Suwanda, Totok, (2001), Minimalisasi Distorsi Pada Pengelasan Pelat Baja Lunak Dengan Submerged Arc Welding Pada Lebar Pelat Dan Kedalaman Penetrasi yang berbeda, Proseding Seminar Nasional Pascasarjana, PPs, ITS, Surabaya.