35 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Uraian langkah-langkah penelitian dapat dijabarkan ke dalam diagram alir penelitian pada Gambar 3.1 sebagai berikut: Start Studi Pustaka Raw Material Baja karbon rendah Identifikasi Komposisi Kimia Pembuatan Kampuh I Pengelasan Kawat elektroda Ø 3,2 mm Arus Listrik 95, 115, 130 A Pembuatan Spesimen Struktumikro Kekerasan Uji Tarik Analisa Data Hasil dan Pembahasan Kesimpulan Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian
36 Metode penelitian adalah suatu cara yang digunakan dalam penelitian, sehingga pelaksanaan dan hasil penelitian bisa dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, yaitu suatu cara untuk mencari hubungan sebab akibat antara dua faktor yang berpengaruh. Eksperimen dilaksanakan dilaboratorium dengan kondisi dan peralatan yang diselesaikan guna memperoleh data tentang pengaruh arus pengelasan terhadap kekerasan daerah HAZ dan kekuatan tarik las SMAW dengan elektroda E7013. 3.2. Material Penelitian Spesifikasi benda uji yang digunakan dalam eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Bahan yang digunakan adalah plat baja 2. Ketebalan plat 5 mm 3. Elektroda yang digunakan jenis E7013 dengan diameter 3,2 mm. 4. Posisi pengelasan dengan menggunakan posisi bawah tangan. 5. Arus pengelasan yang digunakan adalah 95. 115, 130 Amper 6. Kampuh yang digunakan jenis kampuh I, jarak celah plat 1 mm, dan sudut kampuh 90 o. 7. Pengujian struktur mikro dengan membuat spesimen yang mengacu pada ASTM E-3 8. Bentuk spesimen benda uji mengacu standar ASTM E-8 untuk pengujian tarik. 3.3. Waktu dan Tempat Pembuatan 1. Proses pengelasan dan pembuatan spesimen dilakukan di laboratorium pengelasan STIMART AMNI Semarang 2. Pengujian komposisi dilakukan di POLMAN Ceper Klaten. 3. Foto Strukturmikro, uji Kekerasan dan Pengujian tarik dilakukan di Laboratorium Metalurgi Bahan Teknik Mesin S1 Universitas Diponegoro Semarang.
37 3.4. Populasi dan Sampel Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian (Suharsimi, 2002). Populasi dalam penelitian ini adalah semua hasil pengelasan material baja dengan las SMAW dan elektroda E7013. Sampel adalah sebagian data atau wakil dari populasi yang akan diteliti (Suharsimi, 2002). Sampel dalam penelitian ini adalah hasil pengelasan dengan variasi arus 95. 115, 130 Amper. Jumlah sampel dalam penelitian ini, untuk setiap variabel yang berbeda dibuat 3 replika di kalikan jumlah variabel, maka dibuat spesimen dengan jumlah total 9 buah. 3.5. Pelaksanaan Penelitian 3.5.1. Persiapan Bahan a) Plat baja Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah plat baja atau sering disebut plat strip yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 dengan ukuran panjang 200 mm, lebar 25 mm dan tebal 5 mm. Gambar 3.2. Plat baja untuk spesimen sambungan b) Kawat Elektroda Bahan yang digunakan untuk mengisi sambungan las yaitu kawat elektroda jenis E7013 dengan diameter 3,2 mm yang bisa dilihat pada Gambar 3.3 dibawah ini.
38 Gambar 3.3. kawat elektroda diameter 3,2 mm 3.5.2. Persiapan Alat-alat a) Unit mesin las AC seri BX1-300-2, merk Natong China. Data spesifikasi sebagai berikut : Tegangann Primer (V p ) Frekuensi (Hz) Kapasitass (P m ) Tegangann tanpa beban Maks (V o maks) Arus kerja : 220 Volt : 50 HZ : 19 KVA : 64 Volt : 32 Volt : 60-300 Amper Kerugian muatan pada lilitan dan inti : 10% Phasa : 1 Phase Mesin las dengan spefikasi diatas, bisa dilihat pada Gambar 3.4 dibawah ini. Gambar 3.4. Mesin las AC seri BX1-300-2
39 b) Alat bantu las Alat bantu las digunakan untuk mempermudah pembuatan spesimen pengujian dan pembuatan plat yang digunakan untuk sambungan las. Alat ini bervariasi jenisnya dan sering dipakai tukang las listrik dibengkel maupun dipabrik-pabrik. Untuk alat-alat bantu dapat dilihat pada Tabel 3.1 dibawah ini. Tabel 3.1 Jenis-jenis alat bantu las listrik No Jenis alat 1 Kikir 2 Amplas (abrasive paper) 3 Palu 4 Penggaris 5 Penggores 6 Spidol c) Gergaji tangan Gergaji digunakan untuk memotong plat baja dan pembentukan spesimen pengujian. Untuk jenis gergaji masih konvensional yaitu gergaji tangan karena alat ini mudah digunakan dan spare part gampang ditemukan. Gambar 3.5 menunjukkan gergaji tangan yang digunakan sebagai alat bantu pada penelitian ini. Gambar 3.5. Gergaji Tangan
40 d) Mesin frais Mesin frais digunakan untuk membentuk permukaan benda kerja menjadi rata dan siku, sehingga menjadikan sambungan las menjadi rapi. Mesin frais untuk penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.6 berikut ini. Gambar 3.6. Mesin frais e) Protractor Sudut plat strip untuk kampuh I harus benar-benar siku, ini menjadikan sambungan plat menjadi kuat dan mempermudah pengelasan. Alat yang digunakan untuk mengukur sudut disebut Protractor yang terbuat dari baja. Untuk membaca protractor harus teliti dan cermat, alat ini bisa dilihat pada Gambar 3.7. Gambar 3.7. Protractor baja
41 f) Stopwatch Alat ini digunakan untuk menghitung waktu pengelasan sampai selesai, karena waktu pengelasan berpengaruh terhadap sifat mekanik dari sambungan las. Alat yang digunakan yaitu stopwatch (Gambar 3.8), alat ini lebih sederhana, praktis dan sangat teliti. Gambar 3.8. Stopwatch g) Spektrometer Merk Hilger Komposisi kimia ada relevansinya dengan sifat mekanik plat baja untuk pembuatan spesimen sambungan las yang berkaitan dengan kandungan unsur kimia material, alat yang digunakan untuk mengetahui kandungan komposisi kimia yaitu mesin Spektrometer Merk Hilger yang bisa dilihat pada Gambar 3.9. Untuk pengujian dilakukan di POLMAN Ceper Klaten Gambar 3.9. Spektrometer Merk Hilger
42 h) Miskroskop Untuk melihat strukturmikro pada sambungan las yaitu pada daerah HAZ bisa dilihat dengan alat Mikroskop Olympus BX 41M yang ditunjukkan pada Gambar 3.10 dibawah ini. Proses ini dilakukan di laboratorium metalurgi bahan UNDIP semarang. Gambar 3.10 Mikroskop Olympus BX 41 h) Rockwell tester Model HR-150 A Pengujian kekerasan daerah HAZ menggunakan alat uji kekerasan jenis Rockwell tester Model HR-150 A (Gambar 3.11) yang dimiliki Laboratorium Metalurgi bahan Jurusan Teknik Mesin UNDIP. Metode yang digunakan yaitu metode Rockwell dengan beban mayor 60 kg dengan identer berbentuk intan kerucut. Besarnya nilai kekerasan dapat dilihat pada angka jarum penunjuk pada mesin. Gambar 3.11. Rockwell tester Model HR-150 A
43 i) Mesin Grinding Mesin grinding atau mesin ampelas digunakan untuk menghaluskan dan meratakan permukaan spesimen uji sebelum dilakukan pengujian mikrografi. Selama proses pengamplasan, air harus selalu mengalir sehingga spesimen tidak mengalami kenaikan temperatur karena gesekan. Pada Gambar 3.12 menunjukkan mesin grinding double disk. Gambar 3.12. Mesin grinding double disk j) Universal testing Machine (UTM) Alat ini digunakan untuk mengukur kekuatan sambungan las plat baja, dimana kedua ujung sambungan dibaut pada mesin uji tarik kemudian diberi beban tarik sampai sambungan putus. Pengujian tarik ini menggunakan Universal testing Machine model WE-100B yang diperlihatkan pada Gambar 3.13. pengujian dilakukan Laboratorium Metalurgi Bahan Jurusan Teknik Mesin UNDIP Gambar 3.13 Universal testing Machine model WE-100B
44 3.5.3. Pengujian Komposisi kimia Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam bahan yang digunakan. Proses pengujian komposisi adalah untuk mengetahui seberapa besar unsur pembentuk bahan, misalnya Fe,C, Si, Cu, Mn, S, dan unsur lainnya. Langkah langkah pengujian komposisi adalah sebagai berikut: 1) Potong bahan yang digunakan untuk spesimen dengan panjang 30 mm, lebar 10 mm dan tebal 5 mm, dibersihkan permukaannya sampai halus dan rata. 2) Bahan tersebut diletakkan pada bed dan dibakar dengan semacam elektroda hingga bahan yang terkandung mengalami pencairan atau rekristalisasi. Proses rekristalisasi dari alat uji ini akan menangkap warna dengan sensor cahaya, sensor cahaya menerima dan diteruskan dalam program komputer yang akan mencatat hasilnya. Langkah ini dilakukan sebanyak tiga sampai lima kali dan diratarata kemudian dicetak, sehingga dalam print out-nya akan terlihat tiga kali perhitungan. 3.5.4. Pembuatan Kampuh I Pembuatan kampuh I menggunakan standar pengelasan yang ditunjukkan pada Tabel (lampiran) dengan menggunakan mesin frais. Bahan yang telah dipersiapkan dipotong dengan mesin gergaji tangan, dengan panjang 200 mm dan lebar 25 mm sebanyak 9 buah yang digunakan pengujian tarik dan 100 mm dan lebar 25 mm sebanyak 9 buah untuk strukturmikro dan kekerasan didaerah HAZ, setelah bahan dipotong kemudian permukaan digambar dengan spidol dan diperjelas dengan penggores. Tepi permukaan diukur dengan pengukur sudut sehingga benarbenar terbentuk sudut 90 o C. untuk meratakan permukaan samping dan sisi yang akan disambung menggunakan pengefraisan. Untuk mengetahui bentuk kampuh I yang akan dilas ditunjukan pada Gambar 3.14.
45 90 o 5 mm 1 mm Gambar 3.14. Kampuh I 3.5.5. Jenis filler metal Jenis filler metal yang digunakan dalam pengelasan ini adalah AWS E7013. Kandungan maksimal tipe logam las menurut spesifikasi AWS ditunjukkan pada Tabel 3.2 sebagai berikut : Tabel 3.2. Kandungan tipe logam las AWS E7013 (Hobartb Brothersb Company, 2005) C Mn P S Si Cr V Ni Mo 0,15 1,6 0.035 0,035 0,75 0,20 0,08 0,30 0,3 3.5.6. Proses Pengelasan Benda 1. Mempersiapkan mesin las AC seri BX1-300-2 dengan pemasangan polaritas terbalik. 2. Mempersiapkan benda kerja yang akan dilas pada meja las. 3. Posisi pengelasan dengan menggunakan posisi pengelasan mendatar atau bawah tangan. 4. Kampuh yang digunakan jenis kampuh I, sudut 90 o, dengan lebar celah 1 mm. 5. Mempersiapkan elektroda sesuai dengan arus dan ketebalan plat, dalam penelitian ini dipilih elektroda jenis E7013 dengan diameter elektroda 3,2 mm. 6. Menyetel Ampermeter yang digunakan untuk mengukur arus pada posisi jarum nol, kemudian salah satu penjepitnya dijepitkan pada kabel yang digunakan untuk menjepit kawat elektroda. Mesin las dihidupkan dan kawat elektroda digoreskan sampai menyala, Ampermeter diatur pada angka 95 A. Selanjutnya mulai dilakukan
46 pengelasan untuk spesimen secara bersamaan dengan hal itu dilakukan pencatatan waktu pengelasan yang terbaca pada stopwatch. 7. Proses selanjutnya sama dengan nomor 1-6 tetapi arusnya ditingkatkan menjadi 115 A dan 130 A. Untuk setiap pemindahan arus dilakukan 3 kali pengelesan supaya hasil yang didapatkan lebih valid. 3.5.7. Pengujian Struktur Mikro Sebelum melakukan pengujian foto struktur mikro benda uji perlu dipoles dahulu. Pemolesan dengan menggunakan ampelas grade 200 sampai 2000. Setelah spesimen diampelas dengan ukuran 200 sampai halus kemudian diganti pakai jien bludru yang diberi autosol, agar spesimen lebih halus dan mengkilap. Spesimen yang telah diproses dilanjutkan dengan pengujian foto struktur mikro, adapun langkah-langkahnya sebagai berikut: 1. Spesimen dibersihkan menggunakan kain, karena spesimen lebih besar dari tempat etsa maka pengetsaan menggunakan kapas yang dibasahi cairan etsa kemudian dioleskan pada permukaan yang dikehendaki. Setelah selesai dioles dengan cairan etsa kemudian dibilas dengan alkohol. 2. Letakkan spesimen pada landasan mikroskop optik, aktifkan mesin, dekatkan lensa pembesar untuk melihat permukaan spesimen. Pengambilan foto struktur mikro dengan perbesaran 200x dan 500x. Lihatlah struktur mikro apabila kurang jelas atau kabur, fokuskan lensa agar terlihat dengan jelas. 3. Usahakan pada saat pengambilan foto tidak ada hal apapun yang membuat mikroskop optik bergerak, karena apabila mikroskop optik bergerak akan mempengaruhi hasilnya.
47 3.5.8. Pengujian Kekerasan Spesimen yang telah di foto strukturmikro, selanjutnya digunakan untuk pengujian kekerasan. Sedangkan langkah-langkah pengujian sebagai berikut : 1. Memasang indentor intan kerucut dengan diameter 1/16 pada tempat indentor mesin uji, kencangkan secukupnya agar penekan ball tidak jatuh. 2. Kalibrasi dulu sesuai dengan prosedur yang berlaku, dengan cara mengambil spesimen kalibrasi kemudian dilakukan penekanan dengan beban 60 kg, lihat jarum pada dial gage apakah sudah sesuai dengan harga kalibrasi atau belum. Ini dilakukan 3 kali untuk memvalidkan hasilnya. 3. Selanjutnya memberi garis warna pada daerah logam las, HAZ dan logam induk yang akan diuji. 4. Meletakkan benda uji di atas landasan. 5. Beban sama dengan pengujian kalibrasi yaitu 60 kg. 6. Menentukan titik yang akan diuji. 7. Putar pengukit sampai identer mengenai spesimen uji, lalu putar display sampai jarum merah pada posisi nol. 8. Kemudian tarik tongkat kedepan, beban akan menekan spesimen. Tunggu 30 detik dan lepaskan beban. 9. Lihat hasil kekerasan yang ada dial gage kemudian catat hasilnya. 10. Lakukan pengujian ini, untuk proses selanjutnya. 3.5.9. Pembuatan Spesimen uji tarik. Setelah proses pengelasan selesai maka dilanjutkan pembuatan spesimen sesuai ASTM E-8, yang nantinya akan diuji tarik, langkahlangkahnya sebagai berikut: 1. Meratakan alur hasil pengelasan dengan mesin frais. 2. Bahan dipotong-potong dengan ukuran panjang 200 mm, tebal 5 mm dan lebar 22 mm. (Gambar 3.15)
48 3. Membuat gambar pada kertas yang agak tebal atau mal 4. Gambar atau mal ditempel pada bahan selanjutnya dilakukan pengefraisan sesuai dengan bentuk gambar dengan menggunakan pisau frais diameter 60 mm. 5. Bahan yang sudah terbentuk tersebut dirapikan permukaannya dengan kikir yang halus, selanjutnya benda diampelas sampai halus. R15 5 40 50 200 25 Gambar 3.15. Spesimen standart ASTM E-8 3.5.10. Pengujian Tarik Prosedur dan pembacaan hasil pada pengujian tarik adalah sebagai berikut. Benda uji dijepit pada ragum uji tarik, setelah sebelumnya diketahui penampangnya, panjang awalnya dan ketebalannya. Langkah pengujian sebagai berikut : 1. Siapkan spesimen uji tarik dan kelompokan sesuai dengan variabel arus listik las. 2. Pasang spesimen uji dengan cara memasukan lubang baut pada mesin UTM. Pasang satu persatu dan kecangkan dengan kunci 14, jangan sampai spesimen miring atau tidak pas. 3. Setting mesin UTM dengan kecepatan 1cm/menit kemudian posisikan kedua jarum pada posisi nol. 4. Tekan tombol pada mesin UTM, maka benda uji mulai mendapat beban tarik dengan menggunakan tenaga hidrolik diawali 0 kg hingga benda putus pada beban maksimal yang dapat ditahan benda tersebut.
49 5. Benda uji yang sudah putus lalu diukur berapa besar penampang dan panjang benda uji setelah putus. 6. Gaya atau beban yang maksimum ditandai dengan putusnya benda uji terdapat pada dial gage ukur dengan ditunjukkan jarum dan catat sebagai data. 7. Lakukan pengujian ini, untuk proses pengujian selanjutnya sampai spesimen habis. 8. Hal terakhir yaitu menghitung kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan, reduksi penampang dari data yang telah didapat dengan menggunakan persamaan yang ada. 3.6. Variabel Penelitian 3.6.1 Variabel Bebas Variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini merupakan parameter pengelasan yang didasarkan pada arus listrik las digunakan. Adapun variabel bebas yang digunakan adalah 95, 115 dan 130 Amper 3.6.2 Variabel Terikat Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau menjadi akibat karena adanya variabel bebas (Rochim, 2001). Dengan kata lain ada atau tidaknya variabel terikat tergantung adanya atau tidaknya variabel bebas. Dalam penelitian ini variabel terikatnya adalah: 1) Uji komposisi 2) Uji struktur mikro 3) Uji kekerasan 4) Uji tarik 3.7. Analisa Data Setelah data diperoleh selanjutnya adalah menganalisa data dengan cara mengolah data yang sudah terkumpul. Data dari hasil pengujian dimasukkan kedalam persamaan-persamaan yang ada sehingga diperoleh data yang bersifat kuantitatif, yaitu data yang berupa angka-angka. Teknik analisa data pengaruh
50 arus pengelasan terhadap kekerasan dan kekuatan tarik sambungan las SMAW dengan elektroda E 7013 berupa perbandingan prosentase dan rata-rata antara data-data yang mengalami variasi arus pengelasan. Untuk tahap-tahap analisa data dilakukan sebagai berikut : a. Tahap I: Analisa komposisi kimia material plat sebagai sambungan las b. Tahap II: Pembuatan spesimen untuk sambungan las selanjutnya ke proses pengelasan dengan variasi arus 95, 115 dan 130 Amper c. Tahap III: Pengujian hasil sambungan las dengan melakukan uji strukturmikro, kekerasan daerah HAZ dan uji tarik sambungan las yang disajikan pada Tabel 3.3 d. Tahap IV : Pengolahan data hasil uji yang dibuat dalam bentuk tabel dan grafik, sehingga lebih mudah untuk menganalisa dan menyimpulkanya. Langkah-langkah diatas dari tahap I sampai IV akan mempermudah proses penelitian dan lebih sistematis. Tabel 3.3 Diskripsi pengambilan data No Arus pembuatan Spesimen (Amper) 1 95 2 115 3 130 Pengujian 1) Uji struktur mikro 2) Uji kekerasan 3) Uji tarik 1) Uji struktur mikro 2) Uji kekerasan 3) Uji tarik 1) Uji struktur mikro 2) Uji kekerasan 3) Uji tarik