ANALISA PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP HASIL LAS GMAW

Transkripsi

1 ANALISA PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP HASIL LAS GMAW Suryono Adi Waluyo 1 1 adalah Dosen Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun Abstract Welding process using Gas Metal Arc Welding ( GMAW ) with varied current setting will obtain different strength of weld product especially tensile and bending strength. The higher current setting that used the stronger tensile strength of weld product, exceeds the base metal tensile strength. Whereas at bending test, when lower current setting used, defect or crack tends to take place. Practically, current setting choice intend to improve and perfect Welding Procedure Standard ( WPS ). With appropriate current setting moreover welding parameter such as voltage and welding speed will increase quality of welding product. Key Word : Gas Metal Arc Welding, Welding Procedure Standard Latar Belakang Mengingat pentingnya proses pengelasan di dalam dunia konstruksi, maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang menitikberatkan pada kekuatan las yang diuji tarik dan diuji lengkung. Karena selama ini penggunaan atau pengontrolan arus dalam proses pengelasan kurang begitu diperhatikan dengan serius, khususnya untuk proses pengelasan pada las GMAW ( Gas Metal Arc Welding ) atau las semi otomatik. Rumusan Masalah Keandalan dan keamanan dalam suatu bangunan konstruksi yang berhubungan dengan logam dan pengelasan sangat tergantung pada kekuatan sebagai faktor utamanya. Berkaitan dengan itu pengujian dan analisa yang akan dilakukan dalam penelitian ini akan semakin menambah jaminan kekuatan dan meningkatkan mutu serta keamanan dari beberapa aspeknya. Batasan Masalah Pada penelitian ini diberikan batasan masalah sebagai berikut : 1. Pengujian difokuskan pada kekuatan tarik dan kekuatan lengkung hasil lasan GMAW. 2. Posisi pengelasan ditentukan. 3. Jenis sambungan las sudah ditentukan. 4. Menggunakan mesin las yang sudah ditentukan. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh variasi arus pada proses pengelasan dalam rangka meningkatkan mutu hasil lasan khususnya las GMAW. Tinjauan Pustaka Proses pengelasan Proses pengelasan semi otomatik Gas Metal Arc Welding (GMAW ) atau proses pengelasan busur logam gas adalah proses pengelasan dimana busur api listrik sebagai sumber panas untuk mencairkan logam, dan dengan menggunakan gas ( biasanya CO 2 ) sebagai pelindung sedang elektroda sebagai bahan pengisi atau pengumpan. Prinsip kerja dari proses ini adalah sama seperti pada proses-proses las busur listrik lainnya, yaitu peleburan logam induk dan logam pengisi terjadi pada busur listrik di antara logam induk dan elektroda. Proses pengelasan GMAW mempunyai keunggulan antara lain : Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 ANALISA PENGARUH.. 53

2 Kecepatan pengumpanan tinggi, karena sistem pengumpanan dilakukan secara kontinyu. Proses pengelasan ini tidak menggunakan fluks pada elektroda/kawat las sehingga pada hasil lasan tidak ada terak. Bila dalam proses las busur listirik sebagai sumber panas, maka panasnya dapat dihitung dengan persamaan : E. I H = V H = Input panas (J/mm) E = Voltage busur (volt) I = Arus listrik (ampere) V = Kecepatan pengelasan (mm/detik) Untuk mendapatkan panas bersih maka diperlukan efisiensi pemindahan energi jadi untuk panas bersih dapat dihitung dengan : f1 E I Hnet = V Hnet = Panas bersih (J/mm) f1 = efisiensi pemindahan energi ( ) E = Voltage busur (volt) I = Arus listrik (ampere) V = Kecepatan pengelasan (mmm/det) Kecepatan pengelasan Kecepatan pengelasan sangat berpengaruh pada hasil lasan, karena kecepatan pengelasan berhubungan dengan terbentuknya jumlah deposit las, serta menentukan metalurgi hasil lasan. Kecepatan pengelasan juga menentukan penetrasi, pembentukan manik las, bibir las dan lain-lain. Kecepatan pengelasan pada fillet lapis tunggal dan lasan pada sambungan tumpul lapis tunggal akan menaikkan hasil lasan secara langsung, tetapi kecepatan pengelasan tidak akan mempengaruhi laju pendepositan, hanya dengan kecepatan pengelasan yang rendah maka akan menaikkan heat input, sedangkan untuk kecepatan pengelasan yang tinggi maka akan menurunkan heat input. Siklus thermal Ini adalah proses pemanasan dari pendinginan pada daerah lasan, pada siklus thermal las pendinginan makin lambat kecepatan pendinginan lasnya makin kecil. Pada temperatur tertentu logam tersebut mengalami transformasi baik sebagian atau seluruhnya tergantung kecepatan pemanasannya (heating rate ). Sedangkan kecepatan pemanasan tergantung dari jenis proses, tinggi rendahnya temperatur puncak berakibat penahanan logam pada struktur ( austenit ) sehingga mengurangi kesempatan bertransformasi, lebih tinggi temperatur puncak lebih sempurna transformasinya. Untuk pemanasan yang lambat menyebabkan perambatan panas ke segala arah, sehingga menambah jumlah pemanasan yang diperlukan berarti memperlambat pencairan sedang penyusutan logam bertambah. Pada pengelasan baja dengan input panas kecil transformasi dari ferrit menjadi austenite tetapi dengan input panas rendah HAZ-nya lebih besar, karena banyak panas yang menyebar ke bagian logarn, sehingga banyak daerah yang berubah strukturnya, dengan input panas tinggi baja mencair dengan cepat, sehingga kecepatan pengelasan lebih besar, berarti lebih sedikit daerah yang terpengaruh panas. Daerah las Proses pengelasan dibagi menjadi daerah-daerah atau bagian-bagian dari sambungan las yaitu : 1. Logam las ini berasal dari logam pengisi pada pengelasan mencair dan kemudian membeku. 2. Garis gabungan, ini adalah gabungan antara logarn lasan dan HAZ 3. HAZ, Lebar dari HAZ tergantung proses pengelasan dan teknik pengelasan. 4. Logam induk,.bagian tidak terpengaruh oleh pemanasan dan suhu pengelasan tidak terjadi perubahan struktur dan sifatsifatnya. Besarnya masukan panas ( J ) dapat didekati dengan persamaan : Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 54

3 E I 60 E = V J = besarnya masukan panas (Joule / inchi) E = besarnya tegangan listrik (Volt) I = arus las (ampere) V = gerakan laju las (cm/menit) Metodologi Material yang dipakai Material yang akan dipakai adalah : SPAK, Spesifikasi JIS GS125 dengan tebal 9 mm. Material ini ditinjau dari kandungan karbon adalah termasuk baja karbon rendah. Komposisi dan sifat-sifat mekanik dari material dapat dilihat pada lampiran. Elektrode yang dipakai Pemilihan electrode sebagai logam pengisi dalam proses pengelasan sangat menentukan mutu hasil pengelasan. Elektrode yang dipakai adalah jenis SAF NERTALIC 70A. Elektrode ini biasa dipakai pengelasan konstruksi baja dan konstruksi berat, kereta api, automotif atau komponen mobil dan sepeda motor. Mesin las yang dipakai Mesin las yang digunakan untuk proses pengelasan ini adalah semi otomatik merk OTC model : CPXC 350 P6635. Pelaksanaan Penelitian 1. Jumlah sampel Pada jumlah sampel analisa ini diambil dari material yang tersedia yaitu 4 tumpukan, 1 tumpukan berjumlah 10 biji, sehingga jumlah material 40 biji. Untuk pengujian tarik 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen (1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ). Jumlah seluruh pengujian tarik 32 sampel. Untuk pengujian lengkung 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen ( 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ). Jumlah seluruh pengujian lengkung 32 sampel. Untuk pengujian visual / NDT 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen ( 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ). Jumlah seluruh pengujian visual 32 sampel. Jadi jumlah seluruh specimen untuk 3 jenis pengujian ( Uji tarik, Uji bending dan Visual ) adalah 96 sampel. 2. Teknik pengolahan data Teknik pengolahan data dilakukan dengan metode statistik. Pembahasan dan Analisa Data Pengolahan data hasil percobaan Pengujian tarik ( Tensile Test ) Kupon Test no. 1 : Ultimate Stress ( kg/mm 2 ) No. x1i ( x1i x ) ( x1i x ) ,96 0,0672 0, ,81-0,0825 0, ,81-0,0825 0, ,89-0,0025 0, ,96 0,0675 0, ,93 0,0375 0, ,89-0,0025 0, ,89-0,0025 0, ,14 0 0,05 Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 55

4 375,14 x = = 46,8925 kg/mm 2 8 0,05 Tx = = 0, ,085 Tp = 100% = 0,23 % 37,514 Untuk kupon test yang lain diperhitungkan dengan cara yang sama, baik untuk elongation dan Yield Stregth. Beban yang diberikan dalam pengujian lengkung dari seluruh 4 kupon tes besarnya tergantung dari ukuran batang uji lengkung, lebar celah dan kuat tarik bahan. Hubungan antara besaran-besaran tersebut adalah sebagai berikut : L1 S t K X G = L2 G = beban tekan L1 = lebar batang uji (mm) S = kuat tarik bahan (kg/mm 2 ) t = tebal batang uji (mm) L2 = lebar celah landasan (mm) K = koefisien lengkung Untuk pengujian deposit las menurut standard ASME IX bentuk dan ukuran specimen uji sebagai berikut : L1 = min 40 mm ( 1,5 inchi ) L2 = Gt K = 1,40, karena bentuk lengkung U X = 2, karena bentuk lengkung U x = 1, karena bentuk lengkung V No. L1 ( mm ) S Kg/mm 2 t ( mm ) K X L1 ( mm ) G ( ton ) ,50 9 1, , ,50 9 1, , ,50 9 1, , ,50 9 1, ,308 Energi bersih yang diberikan ke logam induk adalah : f1 E I Hnet = V f1 = efisiensi pemindahan energi panas dari logam busur las ke logam induk ( 0,8 1,0 ) E = Voltage I = Arus listrik V = kecepatan pengelasan Kupon No. Test I ( Arus ) Ampere E ( Voltage ) Volt V (kecepatan) cm/menit Hnet J/menit , , , ,06 Analisa Data Hasil analisa ini adalah mengacu pada data hasil pengujian yang sudah dilaksanakan yaltu pengujian visual, pengujian tarik dan pengujian lengkung. Secara kualifikasi hasil daripada pengujianpengujian di atas harus memenuhi standard dari kualifikasi las. Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 56

5 Standard kualifikasi las untuk sambungan las pada pengujian tarik tidak kurang dari : Kuat tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar yang terendah, bila logam dasar berlainan kuat tarik minimumnya. Kuat tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar. Kuat tarik minimum dari logam lasan, bila standard yang dipakai menentukan penggunaan logam lasan dengan kuat tarik yang lebih rendah dari logam dasar pada suhu ruang. Batang uji/ spesimen tes putus pada logam dasar di luar lasan atau di luar garis fusi las. Tes dinyatakan dapat diterima / memenuhi dengan syarat kuat tarik minimum 5 % lebih rendah dari kuat tarik minimum yang ditetapkan. Standard kualifikasi las untuk sambungan las pada. pengujian lengkung/iekuk adalah : Lasan atau daerah pada zona terpengaruh panas dari spesimen tes lengkung melintang setelah diuji harus seluruhnya berada pada bagian lengkung spesimen tes/ batang Uji. Untuk lasan atau zona terpengaruh panas, setelah dilengkung tidak boleh terdapat cacat terbuka yang melebihi 3,2 mm, diukur ke segala arah pada permukaan lengkungan luar dari spesimen tes. Retakan-retakan yang terjadi pada pojok spesimen tes sewaktu pengetesan diperkenankan, kecuali bila retakan-retakan tersebut disebabkan oleh inklusi terak atau cacat-cacat lain didalam bahan. Pada cladding pelapis lasan tahan korosi tidak boleh terdapat cacat terbuka yang melebihi 1,6 mm pada claddingnya dan tidak boleh terdapat cacat terbuka melebihi 3,2 mm pada fusi yang diukur ke segala arah. Hasil analisa pengujian tarik Kupon Tes No. No. Spesimen Hasil Uji Tensile Tes Tensile Tes Base metal Tensile Tes Base metal Keterangan 1 2 ( kg/mm 2 ) ( N/mm 2 ) ( kg/mm 2 ) 1A 46, ,50 Memenuhi 1A 46, ,50 Memenuhi 1B 46, ,50 Memenuhi 1B 46, ,50 Memenuhi 1C 46, ,50 Memenuhi 1C 46, ,50 Memenuhi 1D 46, ,50 Memenuhi 1D 46, ,50 Memenuhi 2A 48, ,50 Memenuhi 2A 48, ,50 Memenuhi 2B 48, ,50 Memenuhi 23B 48, ,50 Memenuhi 2C 48, ,50 Memenuhi 2C 48, ,50 Memenuhi 2D 48, ,50 Memenuhi Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 57

6 3 4 2D 48, ,50 Memenuhi 3A 35, ,50 Tidak Memenuhi 3A 34, ,50 Tidak Memenuhi 3B 35, ,50 Tidak Memenuhi 3B 35, ,50 Tidak Memenuhi 3C 34, ,50 Tidak Memenuhi 3C 35, ,50 Tidak Memenuhi 3D 35, ,50 Tidak Memenuhi 3D 35, ,50 Tidak Memenuhi 4A 35, ,50 Tidak Memenuhi 4A 35, ,50 Tidak Memenuhi 4B 35, ,50 Tidak Memenuhi 4B 35, ,50 Tidak Memenuhi 4C 35, ,50 Tidak Memenuhi 4C 35, ,50 Tidak Memenuhi 4D 35, ,50 Tidak Memenuhi 4D 35, ,50 Tidak Memenuhi Hasil analisa pengujian lengkung Kupon Tes No. 1 2 No. Spesimen Hasil Uji Type of Defect Size of Defect Hasil uji Size of Defect Standard Keterangan 1A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 1D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 23B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 2D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi 3A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 58

7 3 4 3A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 3D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi 4D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi Kesimpulan Dari hasil analisa yang sudah dilaksanakan mulai dari pemilihan bahan, pemilihan kawat las, proses las dan variasi Volt Ampere kemudian dilanjutkan dengan pengujian-pengujian maka dari analisa tersebut diatas dapat diambil kesimpulan yaitu : Kesimpulan Pengujian Tarik Dengan percobaan pertama didapatkan secara uji visual cacat las yang terdapat hanyalah spatter, dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah baik. Dengan percobaan ke 2 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah tidak ada, dan segi kekuatan tank sambungan las adalah sangat baik. Dengan percobaan ke 3 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah tidak baik. Dengan percobaan ke 4 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah tidak baik. Kesimpulan Pengujian Lengkung Pada percobaan pertama, secara uji visual terdapat cacat las yaitu spatter, dari segi lengkungan tidak terdapat defect maka dinyatakan baik. Pada percobaan kedua secara uji visual tidak terdapat cacat las, dari segi lengkungan tidak terdapat defect maka dinyatakan sangat baik. Pada percobaan ketiga secara. uji visual terdapat cacat las yaitu : porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi lengkungan terdapat defect dengan ukuran 22 mm ( melebihi standard ) maka dinyatakan tidak baik. Pada percobaan keempat secara uji visual terdapat cacat las yaitu porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dan segi lengkungan terdapat defect dengan ukuran 22 mm ( melebihi standard ) maka dinyatakan tidak baik. Daftar Pustaka 1. ASME XI Standard, Procedure and Performance Welding Qualition, Harsono Wiryo Sumarto, Toshie Okumura, Teknologi Pengelasan Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 59

8 Logam, Pradnya Paramitha, Jakarta, Ir. M. Ihifni, Metode Statistik, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Malang, Ir. Suarpraja Tedja, Essentials of Welding Design, A Four Day Workshop Course, Jakarta, JIS, Hand Book Welding, Japanese Standard Association, Leonard P. Connor, Welding Hand Book, 8 th edition Vol 1, American Welding Society. 7. OTC Daihen Corporation, Model CPXC 350 P Politeknik Perkapalan ITS, Depnaker dan Dep Pertambangan dan Energi Dirjen Migas, Destructive Test, Politeknik Perkapalan ITS, Surabaya, Politeknik Perkapalan ITS, Depnaker dan Dep Pertambangan dan Energi Dirjen Migas, Teknologi Pengelasan Logam, Pendidikan dan Latihan Inspektur Las, Surabaya, Maret Agritek Volume 11 Nomor 1 Maret 2010 PERANAN AGROINDUSTRI.. 60