JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

Transkripsi

1 PENGARUH TEGANGAN LISTRIK DAN WAKTU PENGELASAN TERHADAP KARAKTERISTIK FISIK DAN MEKANIK SAMBUNGAN LAS TITIK 3 LAPIS BAJA TAHAN KARAT DENGAN KANDUNGAN NIKEL YANG BERBEDA SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : PRAMUDYA ARDYKA CHANDRA NIM I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

2

3

4 PENGARUH TEGANGAN LISTRIK DAN WAKTU PENGELASAN TERHADAP KARAKTERISTIK FISIK DAN MEKANIK SAMBUNGAN LAS TITIK 3 LAPIS BAJA TAHAN KARAT DENGAN KANDUNGAN NIKEL YANG BERBEDA Pramudya Ardyka Chandra Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta ardyka_chandra@yahoo.com Abstrak Karakteristik hasil sambungan las titik dipengaruhi oleh parameter las dan unsur paduan material yang disambung. Nikel (Ni) merupakan salah satu unsur paduan yang penting pada baja tahan karat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh tegangan listrik dan waktu pengelasan terhadap karakteristik fisik dan mekanik sambungan las titik 3 lapis baja tahan karat dengan kandungan nikel yang berbeda. Material yang dilas terdiri dari 316L (10-14%Ni), J4 (1-1.5%Ni), dan J1 (4-6%Ni). Variasi tegangan listrik yang digunakan adalah 1.79V, 2.02V, dan 2.30V dengan waktu pengelasan 2.5, 5, dan 7.5 detik. Karakteristik fisik dianalisa melalui foto makro-mikro dan uji keras, sedangkan karakteristik mekanik melalui uji tarikgeser. Hasil pengujian menunjukkan kandungan nikel berperan terhadap terjadinya lokasi kegagalan tarik pada interface 316L-J4. Fasa austenit yang dominan pada nugget beresiko menurunkan kekuatan di daerah tersebut. Pengelasan dengan tegangan listrik tertinggi (2.30V) dan waktu terlama (7.5 detik) memiliki kekuatan teringgi dengan rata-rata kapasitas beban dukung sebesar 10.25kN dan mengalami kegagalan pullout. Sebaliknya, pengelasan dengan tegangan listrik terendah (1.79V) dan waktu tersingkat (2.5 detik) memiliki kekuatan terendah dengan rata-rata kapasitas beban dukung sebesar 4.54kN dan mengalami kegagalan interfacial. Kata kunci : las titik 3 lapis, nikel, baja tahan karat, tegangan listrik, waktu pengelasan iii

5 THE EFFECTS OF VOLTAGE AND WELDING TIME ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF 3 SHEETS RESISTANCE SPOT WELDING (RSW) OF STAINLESS STEEL WITH DIFFERENT NICKEL PERCENTAGE Pramudya Ardyka Chandra Department of Mechanical Engineering Sebelas Maret University Surakarta ardyka_chandra@yahoo.com Abstract Characteristic of spot welding joint is influenced by welding parameter and chemical composition of weld materials. Nickel (Ni) is an important element of stainless steel. The objective of this research is to investigate the effects of voltage and welding time on physical and mechanical properties of 3 sheets resistance spot welding of stainless steel with different nickel percentage. The welding materials consisted of 316L (10-14%Ni), J4 (1-1.5%Ni), and J1 (4-6%Ni). Variation of voltages were 1.79V, 2.02V, 2.30V and variation of welding times were 2.5s, 5s, 7.5s. Physical properties were investigated by macromicrophotograph, while the mechanical ones were investigated by tensile-shear and hardness test. Test results show that nickel content affected the failure mode which was happened on interface of 316L-J4. Dominant austenite phase in nugget can reduce the mechanical strength. Specimens which were welded on the highest voltage (2.30V) and the longest welding time (7.5s) have pullout failure mode and the highest tensile strength with TLBC (tensile load bearing capacity) of 10.25kN. Specimens which were welded on the lowest voltage (1.79V) and the shortest welding time (2.5s) have interfacial failure mode and the lowest tensile strength with TLBC of 4.54kN. Key words : 3 sheets spot welding, nickel, stainless steel, voltage, welding time iv

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkatnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat memperoleh gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada: 1. Bapak Dr. Triyono, ST., MT. selaku pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan arahan dengan sangat baik selama penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT. selaku pembimbing II yang memberikan bimbingan dengan sangat baik dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Bapak Prof. Muhammad Nizam, PhD selaku pembimbing akademik selama penulis menjadi mahasiswa di jurusan Teknik Mesin UNS. 4. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 5. Dosen - dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membagikan ilmu selama masa perkuliahan. 6. Orangtua, saudara dan segenap keluarga penulis yang telah mendoakan, mendidik dan memberikan dukungan moral dan material selama penulisan skripsi ini. 7. Angela Dian Kusumaningtyas yang selalu setia mendampingi, memberikan semangat dan dukungan keapada penulis dalam segala hal. 8. Maruto Adi P, ST. selaku laboran Lab. Material Teknik Mesin UNS serta Arifin dan Endri selaku laboran Lab. Proses Produksi Teknik Mesin UNS yang telah membantu penulis dalam pembuatan dan pengujian spesimen. 9. Teman-teman satu kelompok skripsi; Coirul, Haikal dan Taufik atas kerjasama dan dukungannya selama pengerjaan skripsi ini. 10. Teman-teman dari S1 Transfer 2010 dan S1 Reguler dan Nonreg, Sutiyono, Hari, Zuhri, Sahid Bayu, commit Eko Yulianto, user Mahalevi, dkk. yang telah v

7 memberikan motivasi dan dukungan moril baik secara langsung maupun tidak langsung. 11. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doa, terima kasih. Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran, koreksi, dan kritik yang membangun dari pembaca. Akhir kata, semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat. Surakarta, 24 Desember 2013 Penulis vi

8 DAFTAR ISI ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR. v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR.. viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan. 4 BAB II LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Dasar Teori Nikel Baja Tahan Karat Austenitik (Austenitic Stainless Steel) Pengelasan Titik (Resistance Spot Welding) BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Penelitian Persiapan susunan plat Pembuatan variabel penelitian Proses pengelasan titik Tahap pengujian Tahap analisa Diagram alir penelitian BAB IV DATA DAN ANALISA Foto Hasil Pengelasan Foto Makro dan Mikro Kekerasan Mikro Sifat Mekanik dan Mode Kegagalan Uji Tarik Geser BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA. 45 Lampiran.. 47 vii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Hasil uji kekerasan pada las titik variasi arus. 7 Gambar 2.2 Distribusi kekerasan pada plat gabungan... 7 Gambar 2.3 Pengaruh kuat arus dan waktu pengelasan terhadap kekuatan geser hasil las... 8 Gambar 2.4 Pengaruh filler beda material dan besar arus listrik terhadap nilai kekuatn tarik geser hasil sambungan las... 9 Gambar 2.5 Pengaruh beda material dan besar arus listrik terhadap nilai kekerasan sambungan las... 9 Gambar 2.6 Pengaruh beda diameter elektroda dan gaya tekan terhadap kekuatan tarik.. 10 Gambar 2.7 Weld nugget configuration and dimensions for resistance spot welding of multi-stackup steel sheet Gambar 2.8 Hasil simulasi finite element model susunan plat0.6mm SAE mm SAE mm DP Gambar 2.9 Komputasi bentuk dan ukuran nugget terhadap perbedaan arus listrik pada pengelasan Gambar 2.10 Komputasi bentuk nugget terhadap lama pengelasan Gambar 2.11 Proses pembentukan nugget.. 13 Gambar 2.12 Pengaruh kuat arus listrik terhadap diameter nugget yang terbentuk Gambar 2.13 Proses solidifikasi baja tahan karat Gambar 2.14 Skema proses las titik Gambar 2.15 Siklus proses pengelasan titik Gambar 3.1 Mesin las titik tipe DN-16-1 AC Point Welder Gambar 3.2 Jig Gambar 3.3 Elektroda tembaga Gambar 3.4 Bahan penelitian (plat stainless steel 316L, J4, dan J1) Gambar 3.5 Bentuk rancangan spesimen uji tarik Gambar 3.6 Diagram alir penelitian Gambar 4.1 Hasil pengelasan spesimen uji Gambar 4.2 Foto makro daerah lasan Gambar 4.3 Grafik hubungan parameter las dengan diameter nugget pada interface 316L-J4 dan J4-J Gambar 4.4 Struktur mikro base metal Gambar 4.5 Hubungan struktur mikro nugget dan parameter las titik Gambar 4.6 Fasa solidifikasi nugget pada Diagram Schaeffler Gambar 4.7 Struktur mikro nugget Gambar 4.8 Struktur mikro HAZ variasi voltase 2.30 volt Gambar 4.9 Grafik hasil pengujian kekerasan mikro (diagonal) Gambar 4.10 Grafik hasil pengujian kekerasan mikro (vertikal). 39 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara waktu pengelasan dan TLBC Gambar 4.12 Mode kegagalan pada tiap variasi spesimen Gambar 4.13 Deformasi mode kegagalan spesimen viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat fisik (properties) dari kovar, CRS, dan nikel. 5 Tabel 2.2 Recommended nominal process parameters... 6 Tabel 3.1 Variasi tegangan listrik terhadap waktu pengelasan Tabel 3.2 Data jumlah spesimen pengujian Tabel 4.1 Komposisi kimia plat stainless steel 316L, J4, dan J Tabel 4.2 Nilai Cr ek dan Ni ek dari 316L, J4 dan J ix