ANALISIS KETANGGUHAN MATERIAL BAJA A36 HASIL PENGELASAN FCAW (FLUX CORED ARC WELDING) BERDASARKAN METODE PENGUJIAN IMPAK ASTM E23 Mochamad Abdul Muftinur 1), Haryono 2), Johan Wijayanto 3), Aji Putro Prakoso 4) 1,2,3) Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Texmaco, Subang 4) Program Magister, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok E-mail: wijayantojohan68@gmail.com Abstrak Uji ketangguhan material baja ASTM A36 hasil pengelasan FCAW (Flux Cored Arc Welding) dengan menggunakan uji impak. Studi ini menggunakan material baja karbon rendah yang mengandung C=0,15%, Mn=0,94%, P=0,13%, S=0,04%, Si=0,21%. Pengujian dilakukan karena suatu bahan logam yang dalam keadaan biasa bersifat ulet dapat menjadi getas akibat tumbukan tiba-tiba pada suatu kondisi atau temperatur. Studi dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui dan menganalisis hasil dari pengujian impak yaitu harga impak (Joule), dari setiap pengujian uji impak pada suhu yang ditentukan yaitu+5 0 C suhu ruang pada masing-masing spesimen. Pengujian impak dilakukan menggunakan standar ASTM E23 (American Standard Testing & Material Section E No 23) dengan metode charpyimpacttest. Analisa dan pengujian impak yang dilakukan untuk mendapatkan nilai dari hal yang diperoleh dari pengujian impak. Kata kunci: uji impak, ASTM A36, FCAW, ASTM E23 Pendahuluan Pengembangan teknologi di bidang konstruksi yang semakin maju tidak dapat dipisahkan dari pengelasan karena mempunyai peranan yang penting dalam rekayasa dan reparasi logam. Pembangunan konstruksi dengan logam pada masa sekarang ini banyak melibatkan unsur pengelasan khususnya bidang rancang bangun karena sambungan las merupakan salah satu pembuatan sambungan yang secara teknis memerlukan keterampilan yang tinggi bagi pengelas agar diperoleh sambungan dengan kualitas baik. Seperti yang kita ketahui, ada banyak jenis pengelasan yang digunakan pada saat ini. Salah satunya adalah FluxCoredArcWeding (FCAW). Dalam proses pengelasan, bagian yang dilas menerima panas pengelasan setempat. Hal yang perlu diperhatikan pada hasil pengelasan adalah tegangan sisa. Tegangan sisa pada hasil pengelasan terjadi karena selama siklus termal las berlangsung di sekitar sambungan las dengan logam induk yang suhunya relatif berubah sehingga distribusi suhu tidak merata dengan diikuti oleh siklus pendinginan yang tidak merata pula (Wiryosumarto dan Okumura, 1996). Sehingga daerah tersebut disebut heataffectedzone (HAZ), yang merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena selain berubah strukturnya, juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri. Mengingat beragamnya kebutuhan sifat mekanik yang dibutuhkan oleh suatu material ialah berbeda-beda, sifat mekanik tersebut meliputi kekerasan, keuletan, kekuatan, ketangguhan, serta sifat mampu mesin yang baik. Dengan sifat pada masingmasing material berbeda, maka banyak metode untuk menguji sifat apa sajakah yang dimiliki oleh suatu material tersebut. Uji impak adalah salah satu metode yang digunakan.uji impak adalah pengujian pada material dimana material dapat menyerap gaya atau beban yang diberikan secara tiba-tiba (rapidloading) untuk mengetahui ketangguhan material tersebut, baik dalam temperatur normal maupun transisi. Suatu logam yang dalam keadaan biasa bersifat ulet dapat menjadi getas akibat tumbukan tiba- 477
tiba pada suatu kondisi/temperatur tertentu. Logam atau baja yang digunakan dalam pengujian menggunakan material baja ASTM A36. Tujuan dari studi ini adalah : untuk mengetahui nilai pukul takik pada daerah pengaruh panas (HAZ) material baja ASTM A36 hasil pengelasan FCAW dengan melakukan uji ketangguhan impak. Studi Pustaka Pengujian Impak Uji impact adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapidloading). Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut (ASTM E23). Pada pengujian impak, subjek uji akan menerima beban dalam jumlah besar dengan waktu yang singkat. Energi yang mampu diserap oleh subjek ialah yang disebut sebagai harga impak. Faktor-faktor yang mempengaruhi harga impak antara lain a) Jenis material yang dipilih adalah material A36 dengan spesifikasi standar minimum. b) Jenis atau bentuk takikan, hal ini dapat dilihat pada gambar 1. Gambar 1. Skema Takikan V pada Uji Pukul Impak Charpy c) Kecepatan pembebanan, pembebanan yang terlalu cepat menyebabkan spesimen mempunyai lebih sedikit waktu yang diperlukan untuk menyerap energi sehingga hal tersebut mempunyai pengaruh harga impak. d) Tegangan triaxial, tegangan triaxial adalah tegangan tiga arah yang hanya terjadi di takikan (notch). Tegangan pada spesimen akan berpusat pada takikan tersebut sehingga bentuk takikan akan mempengaruhi nilai harga impak yang didapat. Pada pengujian impak ini hal yang pertama yang harus dilakukan adalah mempersiapkan spesimen. Dimana spesimen yang disiapkan untuk pengujian adalah spesimen berjenis material A36 yang mempunyai luas penampang melintang berupa bujursangkar (10 x 10 mm) dan memiliki notch V-450, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Skema Mesin Penguji Keterangan: Nama Mesin : WOLPERT ID No : B.07.01 No Seri : 50-543 - 9103 Kapasitas : 300 Joule Tipe Uji : Charpy V-Notch Metode Pengujian : ASTM E23-2016 478
A B 2 1 4 Gambar 2. a) Mesin Uji Impak Charpy, b) Alat Perlengkapan Perendaman Spesimen Keterangan gambar : 1 Pengunci Pendulum 4 Pemukul dan Penahan 7 Center Tong Metodologi 3 5 2 Angka Energi 5 Rem 8 Tabung Perendaman 3 Penunjuk Angka 6 Kontrol Digital 9 Stopwatch 9 8 6 7 Gambar 3. Diagram Alir Metodologi Pengujian Impak Studi ini dilakasanakan Di PT BINA ANDALAN KARYA INSPEKSI ( PT Bakri Pipe Industries, Laboratorium (BAKI)). Populasi dalam studi ini adalah semua hasil pengelasan material baja A36 menggunakan las FCAW. Sampel dalam studi ini adalah Daerah pengaruh Panas (HAZ), hasil pengelasan las FCAW. Jumlah sampel dalam studi ini adalah masing-masing kelompok perlakuan adalah 3 buah, jumlah spesimen 9 buah. Prosedur Pengujian Impak Langkah-langkah pengujian impak yang dilakukan adalah sebagai berikut : Menyiapkan spesimen uji sesuai dengan yang disyaratkan ASTM E23(Charpy V Notch). Spesimen diberi takikan kemudian diukur dengan menggunakan ProfileProjector. 479
ProfileProjectore adalah alat pengecekan pada dimensi notch dengan cara mengukur takikan sesuai dengan standar yang ada. Cara pakai alat sangat sederhana, dimana notch pada sampel uji diperbesar 50 X pembesaran. Gambar 4. Alat cek Takikan ProfileProjector Menyiapkan sampel uji impak dan memeriksa semua dimensi sampel uji untuk tinggi di bawah takikan (mm), lebar spesimen (mm), dan luas penampang spesimen dibawah takikan (mm2). Menyiapkan peralatan yang dibutuhkan dalam pengujian (mesin uji impak, perlengkapan perendaman spesimen berupa cairan methanol). Mengatur temperatur perendaman mekanis menggunakan skala digital yang terdapat pada alat perendaman sampel tersebut. Merendammasing-masing spesimen untuk temperatur (+50 C) dengan penahan waktu selama ± 5 menit. Meletakkan penunjuk angka dalam kondisi maksimum sebelum memulai pengujian, kemudian mengayunkan pendulum sekali untuk melihat penunjuk angka pembacaan kembali ke Nol, kemudian diayunkan kembai dan kunci pada posisi tergantung Meletakkan penunjuk angka pada pembacaan maksimum skala ( 300 Joule) setiap akan memukul sampel uji. Meletakkan spesimen dengan menggunakan Center tong pada penghalang yang ada di mesin impak. Melepaskan pendulum secepatnya (kurang dari 5 detik dimulai dari pengangkatan sampel uji dari tempat perendaman hingga sampel uji tersebut patah) dengan melepas kunci pengaman bersamaan secara berurutan. Mencatat pembacaan hasil energi uji impak dalam satuan joule ke format laporan yang sudah ada Menganalisis data yang didapat dari pengujian tersebut. Hasil dan Pembahasan Tabel 1. Perbandingan Komposisi Kimia Karbon( C ) Mangan (Mn) Phospor( P ) Sulfur(S) Silikon (Si) Referensi (% Maks) (%) (% Maks) (%Maks) (% Maks) Stadar ASTM A36 0,27 0,60-0,90 0,04 0,05 0,40 Mill Certificate 0,15 0,94 0,13 0,04 0,21 Data perbandingan komposisi kimia antara material baja ASTM A36 dengan millcertificate dapat dilihat pada tabel 1.Komposisi kimia MillCertificate menunjukkan bahwa material uji adalah baja karbon rendah dengan C = 0,15 %. Kadar unsur- unsur 480
paduan lainnya sesuai dengan standar ASTM A36, kecuali (P) phosphor = 0,13 % lebih tinggi dari standar ASTM A36 dimana P = 0,04 %. Data setelah dilakukan pengujan dan analisa, maka berikut adalah nilai atau harga impak dan gambar bentuk spesimen yang telah dilakukan dapat dilihat pada tabel 2. Parameter Tenaga Patah (J) Ketangguhan (J/mm 2 ) Tabel 2. Data Hasil Pengujian Base Metal HAZ A HAZ B (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) 202 186 207 96 87 96 100 152 169 2,53 2,24 2,60 1,19 1,11 1,21 1,25 1,90 2,12 Gambar 5 menunjukkan bentuk hasil patahan pada masing-masing subjek uji. Par. Base Metal HAZ A HAZ B (1) (2) (3) Gambar 5. Bentuk Patahan Hasil Uji Gambar 6. Rata-rata ketangguhan spesimen Berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian impak bahawa nilai tenaga patah tertinggi terdapat pada kelompok spesimen base metal atau logam induk (material yang tidak terpengaruh panas), sebesar ( 198,33 Joule ) dan ketangguhan sebesar ( 2,483 Joule/mm2 ), dan nilai terendah terdapat pada kelompok spesimen HAZ A (daerah yang terpengaruh panas las) sebesar ( 93 Joule ) untuk tenaga patah dan ( 1,167 Joule/mm2 ) untuk nilai ketangguhan, karena daerah ini merupakan daerah butiran halus dengan rentang temperatur pemanas antara 11000C - 9000C, daerah yang dipanasi diatas titik transformasi AC3 dan Daerah ini dapat membentuk martensit karena pendinginan menghasilkan ketangguhan yang rendah, serta akibat dari adanya tegangan sisa dari pengelasan FCAW ( FluxCoredArcWelding ) yang suhunya relatif berubah selama proses pengelasan berlangsung menimbulkan panas karena pengelasan yang berulang-ulang 481
sehingga distribusi suhu tidak merata dengan diikuti oleh siklus pendinginan yang tidak merata pula (Wiryosumarto dan Okumura, 1996). Kecepatan pembebanan dan Tegangan triaxial Pembebanan yang terlalu cepat menyebabkan spesimen mempunyai lebih sedikit waktu yang diperlukan untuk menyerap energi sehingga hal tersebut mempunyai pengaruh harga impak yang berbeda pada kecepatan yang berbeda.tegangan triaxial adalah tegangan tiga arah yang hanya terjadi di takikan (notch). Tegangan pada spesimen akan berpusat pada takikan tersebut sehingga bentuk takikan akan mempengaruhi nilai harga impak yang didapat. Kesimpulan dan Saran Nilai ketangguhan impak untuk spesimen kelompok daerah yang tidak terpengaruh panas/logam induk (base metal) mempunyai nilai paling tinggi dibandingkan dengan spesimen kelmpok daerah terkena pengaruh panas (HAZ A dan HAZ B), karena pada daerah tersebut selain berubah strukturnya, juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri. Hal-hal yang dapat dilakukan pada studi-studi selanjutnya terkait pengujian bahan hasil pengelasan antara lain: 1. Untuk pengujian selanjutnya perlu dilakukan mengguanakan material lain sebagai pembanding. 2. Untuk meningkatkan nilai ketangguhan pada daerah yang terkena terpengaruh panas HAZ (heataffectedzone) dari perlakuan proses pengelasan, maka perlu dilakukan proses Annealing dengan tujuan untuk menurunkan tegangan sisa serta memperbaiki sifat mekanis pada logam. Daftar Pustaka Charles G. Salmon, Jhon E. Johnson, STRUKTUR BAJA, Design dan Perilaku, Jilid 1, PenerbitAIRLANGGA, Jakarta, 1990 Gere, James M., Stephen P. Timoshenko. (1997) Mekanika Bahan. Edisi ke-4. Jakarta: Erlangga. Hal 13 Herry Oktadinata, Jurnal Imiah Teknik Mesin, Vol. 4, No.2 Agustus 2016 Universitas Islam 45 Bekasi, Jones D. (n.d). 2015 Pengertian Pengelasan.Retrievedfrom:http://www.pengelasan.com/2014/06/pengertianpengel asanadalah.html(diakses :01 September 2015) MSNursyahid (n.d).2013-2018.http://www.cnzahid.com/2015/10/proses-pengelasan-fcawsecara- detail.html Malau, V., 2003, Diktat Kuliah Teknologi Pengelasan Logam, Yogyakarta. Ridwan M, https://www.scribd.com/doc/311971170/pengelasan-fcaw-sementara- Unsada-By-Ridwan akses 09 Mei 2016 Supardi, E., 1996, Pengujian Logam, Angkasa, Bandung. Sunaryo, Hery. 2008. Teknik Pengelasan Kapal Jilid 1 untuk Sekolah Menegah Kejuruan. Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan. Wiryosumarto, H. 2000. Teknologi pengelasan Logam. Erlangga. Jakarta. Widharto, S., 2001, Petunjuk Kerja Las, Pradnya Paramita, Jakarta. 482