ANALISA STRUKTUR MIKRO PADA PROSES FIRING DALAM FABRIKASI WELDED BEAM DENGAN BAHAN SM490YB Lydia Anggraini Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Presiden E-mail: lydia.anggra@president.ac.id Abstrak Welded beam adalah profile yang didapat dengan proses pengelasan 3 lembar plate yang terdiri dari 2 plate flange dan 1 plate web dibentuk menjadi profil I- Beam atau H-Beam. Proses pengelasan dilakukan dengan mesin las khusus SAW dan dilanjutkan proses pelurusan (straightening) karena akibat dari panas pengelasan tersebut menyebabkan profile welded beam akan bending atau twisted. Akibat proses panas saat pengelasan, maka ada minimal ukuran welded beam dan tebal minimum platnya tidak akan dapat di luruskan kembali saat proses straightening karena daya leleh material yang telah lewat batas saat proses pengelasan. Oleh karena itu pada area yang tidak dapat diluruskan kembali perlu dilakukan firing dengan menggunakan flame Oxy-Acetylene. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro, properti mekanik pada material JIS G3106 Grade SM490YB. Kata kunci: welded beam, Submerged Arc Welding (SAW), firing, struktur mikro, tensile dan hardness. Pendahuluan Pembangunan infrastruktur jembatan dan kontruksi pertambangan komponen utamanya baja yang menggunakan material standart JIS G3106 Grade SM490YB. Elemen penting dalam kontruksi adalah kolom dan balok (Sudarmoko, 1996). Kolom dan balok dalam kontruksi menggunakan profil welded beam. Profil welded beam terbuat dari pelat SM490YB dibentuk menjadi profil I-Beam atau H-Beam dengan proses pengelasan SAW (Submerged Arc Welding) dilanjutakan dengan pelurusan (straightening), karena proses panas pengelasan mengakibatkan profile akan bending atau melintir (twisted) sehingga pada area yang tidak dapat diluruskan kembali dilakukan proses firing dengan menggunakan flame pada straightening welded beam. Proses firing ini sering dilakukan dalam fabrikasi welded beam terutama setelah proses straightening, dan belum ada pengujian khusus terkait dampak firing terhadap struktur mikro, tensile dan hardness test pada produk welded beam dengan material SM490YB. Oleh karena itu, penulisan ini bertujuan untuk menganalisa struktur mikro pada material SM490YB sebelum dan sesudah proses firing dalam fabrikasi welded beam. Serta, membandingkan hasil analisa material SM490YB akibat dari proses firing dalam fabrikasi welded beam. Metodologi Penelitian Material JIS G3106 Grade SM490YB merupakan rolled steels untuk welded structure (JIS Handbook, 2012). Komposisi Carbon 0,15% termasuk baja karbon rendah dimana baja karbon ini berbentuk batang (profil), plat plat baja dan baja strip. Material ini adalah jenis 363
baja paduan yang memberikan sifat mekanik yang lebih baik atau resistensi besar terhadap korosi dari baja karbon. Pengelasan welded beam menggunakan Submerged Arc Welding (SAW) yaitu las busur terbenam atau pengelasan dengan busur nyala api listrik (Heri, 2008). Untuk mencegah oksidasi cairan metal induk dan material tambahan, dipergunakan butiran butiran fluks / slag sehingga busur nyala terpendam di dalam ukuran ukuran fluks tersebut (Wiyosumarto, 2004). Tabel 1. Komposisi Kimia Grade Mill Sertifikat JIS G3106 SM490YB T The Element Max (%) (mm) C Si Mn P Si Cu SM490YB 10 0.15 0.207 1.40 0.019 0.0077 0.01 SM490YB 16 0.14 0.207 1.42 0.018 0.0060 0.01 Tabel 2. Komposisi Mekanikal Properti Dalam proses Straightening terjadi panas dari pengelasan yang mengakibatkan profile akan melintir (bending) untuk itu perlu dilakukan pelurusan (straightening) dengan menggunakan mesin H-Beam straigthening machine pada bagian web dan flange (Gerbang, 2013). Pada area yang tidak dapat diluruskan kembali perlu dilakukan proses firing dengan menggunakan flame pengelasan material menggunakan filler metal elektroda EM12K diameter 4.0 mm dengan flux 10.71 (Wiyosumarto, 2004) dan Oxygen-acetyline (Harison, 1981). Tujuan dari proses firing pada straightening welded beam untuk mendapatkan kualitas yang baik sesuai standart tolerensi dimensi (Purnomo, 2017). Gambar 1. Diagram Proses Firing 364
Pada persiapan material dan peralatan, bahan yang digunakan adalah JIS G3106 Grade SM490YB yang telah berbentuk profil welded beam (WB) yakni H-Beam dengan ukuran plat (310 x 305 x 10 x 16) mm masing sebanyak 3 buah (Gambar 2). Peralatan yang digunakan adalah mesin las SAW, gergaji mesin, cutting torch, burner, laser gun. Gambar 2. Spesimen uji material SM490YB Tabel 3. Spesimen Material Uji Hasil dan Pembahasan Material JIS G3106 Grade SM490YB memiliki kandungan karbon C = 0.15 %. Dalam diagram fasa Fe-Fe 3C (Purnomo, 2017), komposisi material C = 0.15 % yakni Pearlite, Ferrite dan Cementite (Fe 3C). Grain size memiliki ukuran besar dan permukaan kasar (Gambar 3). Dari hasil ini struktur mikro (Gambar 4) dapat disimpulkan bahwa grain size berubah dengan kondisi ukuran kecil dan permukaan halus dari kondisi normal hal in disebabkan karena spesimen material mengalami perlakuan panas yakni Heating, Normalizing dan Quenching pada temperatur diatas >3200 o C. Pengaruh ukuran butir terhadap sifat kekuatan dan kekerasan berubah menjadi lebih tinggi dari kondisi normal. Dari hasil struktur mikro (Gambar 5) didapatkan bahwa grain size memiliki ukuran kecil dari kondisi normal namun untuk permukaan T-3200 o C kasar dibandingkan T+3200 o C. Hal ini berpengaruh kepada kekuatan dan kekerasan material hal in disebabkan karena spesimen material mengalami perlakuan panas yakni Heating, Normalizing dan Quenching pada temperatur dibawah <3200 o C. Gambar 3. Hasil Pengujian Mikro Etsa Material Normal Gambar 4. Hasil Pengujian Mikro Etsa Material T+3200 o C 365
Gambar 5. Hasil Pengujian Mikro Etsa Material T-3200 o C Pada hasil uji EDAX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) ditemukan unsur Besi (Fe) memiliki kandungan sebanyak 60 % dibandingkan unsur kimia lainnya seperti Mangan (Mn), Oksigen (O), Karbon (C). Hasil pengujian kekerasan (Hardness Test) ditunjukkan pada tabel 4 yakni nilai hardness Vickers pada kondisi Normal hasil kekerasan rata- rata adalah 177 HV. Namun setelah dilakukan perlakuan Heating, Normalizing dan Quenching pada kondisi [T+320 o C] mengalami kenaikan nilai hardness menjadi 181,5 HV. Pada kondisi [T-320 o C] dengan perlakuan Heating, Normalizing dan Quenching nilai kekerasan mengalami penurunan 168 HV, hal ini disebabkan oleh laju pendinganan yang lebih lambat yang menyebabkan perkembangan grain size menjadi lebih kecil dan halus sehingga nilai kekerasan menurun dari kondisi normal dan kondisi T+320 o C. Tabel 4. Nilai Hardness Vickers Gambar 8. Hasil uji EDAX Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan perubahannya dari suatu logam terhadap pembebanan tarik seperti tegangan, regangan, dan modulus elastisitas. Dari hasil pengujian tegangan-regangan (Tensile Test) ditunjukkan pada Gambar 9, dapat dilihat bahwa nilai hasil Ultimate Tensile Strength pada kondisi T0 adalah 592 N/mm 2 dan nilai hasil Ultimate Tensile Strength pada kondisi T1 = T2 yakni 602 N/mm 2. Hal ini dikarenakan proses perlakuan Heating, Normalizing dan Quenching. Hasil tersebut masih memenuhi standart yang terdapat pada JIS G3106 Grade SM490YB yaitu 490 N/mm 2 610 N/mm 2. 366
Gambar 11. Grafik Ultimate Tensile load (kn) Kesimpulan a) Komposisi material JIS G3106 Grade SM490YB dengan kandungan Carbon 0.15 % pada kondisi T0, T+3200 o C, T-3200 o C adalah Ferrite (α), Cementite dan Pearlite. Struktur mikro pada kondisi normal T0 memiliki grain size yang kasar dan ukuran besar sedangkan pada T+3200 o C dan T-3200 o C memiliki grain size yang halus dan ukuran kecil. b) Dari hasil Tensile Test diperoleh Ultimate Tensile Strength (N/mm 2 ) pada kondisi normal T0 [592 N/mm 2 ], T+3200 o C [602 N/mm 2 ], T-3200 o C [602 N/mm 2 ]. Hasil tersebut memenuhi standar yang terdapat pada JIS G3106 Grade SM490YB yaitu 490 N/mm 2 610 N/mm 2. c) Dari hasil Hardness Test pada kondisi T0, T+3200 o C, T-3200 o C dapat diketahui bahwa ketiga spesimen memiliki sifat mekanik ulet (ductile) sesuai pada JIS G3106 Grade SM490YB. Daftar pustaka Gerbang Tata Bangun Jaya, 2014, Profile Welded Beam, Indonesia. Harison, 1981, Influence of Oxygen-rich Inchsion On the γ α Phase Transformation in HSLA (H.S.L.A) Steel Weld Metal, Journal of Material Science, vol 16. Heri Sunaryo, 2008, Teknik Pengelasan Kapal, Jilid 1, Jakarta. JIS Handbook, 2012, Ferrous Materials & Metallurgy II. Purnomo, 2017, Material Teknik, Edisi Pertama, CV. Bintang Seribu, Indonesia. Sudarmoko, 1996, Perencanaan Dan Analisis Kolom Beton Bertulang, Biro Penerbit, Yogyakarta. Wiyosumarto, 2004, Teknologi Pengelasan Logam. Pradnya Paramita, Jakarta. 367