analisa pengaruh variasi arus pengelasan gtaw pada

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

226

Analisa Pengaruh Variasi Arus Pengelasan GTAW padaMaterial Plat SS 400 Disambung Dengan Material Plat SUS

304 Terhadap Sifat Mekanis

Dony Perdana1

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Maarif Hasyim LatifSidoarjo,

Jl. Ngelom Megare, Taman, Sidoarjo 61259, Telp. 031-7885205, Fax. 031-7885205, Jatim, Indonesia

E-mail : [email protected]

AbstrakPengelasan logam tak sejenis (dissimilar metals) antara baja karbon dan baja tahan karat semakinbanyak diterapkan karena tuntutan desain dan tuntutan ekonomi. Permasalah pada pengelasan baja tahankarat austenitik adalah terbentuknya tegangan sisa dan ditorsi akibat angka pemuaian yang lebih besardari pada baja, penurunan ketahanan korosi, penurunan sifat mekanis dan pengetasan akibatterbentuknya endapan halus (precipitate) karbida krom yang mengendap diantara batas butir austenit.untuk itu dilakukan penelitian untuk mengetahui sifat mekanisnya dengan metode uji tarik. Daripenelitian secara uji tarik pada pengelasan GTAW didapatkan ultimate strength dan beban yield tertinggiterdapat pada spesimen dengan arus pengelasan 100 A dengan = 61,24 kgf/mm² dan = 31,38 kN

Dari hasil uji tarik tebukti bahwa kekuatan tarik tertingi terdapat pada spesimen dengan arus pengelasan100A (25,59 kg/mm² ), akibat dari adanya tegangan sisa yang ditimbul selama pemanasan danpendinginan. Dari hasil uji kekerasan, daerah HAZ lebih tinggi kekerasanya dibandingkan dengan logaminduk baja SS 400 dan baja tahan karat SUS 304. Ini disebabkan butiran ferit dan perlit pada HAZ lebihkecil dari pada butiran ferit dan perlit yang ada pada logam induk. Dimana untuk arus 80 A lebih tingginilai kekerasannya dibandingkan dengan arus 100 A. Ini disebabkan karena butiran ferit dan perlit padaarus 80 A lebih kecil.

Kata Kunci : GTAW, SS 400, SUS 304, Uji Kekerasan, Uji Tarik

1. PendahuluanSambungan dari logam berbeda (dissimilarmetals) telah ditemukan penggunaannya secaraluas dalam pembangkit tenaga listrik, elektronik,reaktor nuklir, petrokimia, industri kimia,konstruksi sipil , bejana dan penukar panas danbeberapa diterapkan di industry lainnya[1,5,9,11,13]. Oleh karena itu, penerapan padakerangka bangunan, baja tahan karat digunakansecara efisien dengan pengelasan yang berbedaantara baja tahan karat dan baja karbon denganpenggunaan yang efektif dan ekonomis darisifat-sifat khusus dari masing-masing bajabergantung pada struktur yang sama [1,5,11,13].Berbagai macam masalah muncul dalampengelasan yang berbeda seperti keretakan,luasnya tegangan sisa dari hasil lasan,perpindahan atom selama pengelasanmenyebabkan konsentrasi tegangan pada salahsatu sisi hasil pengelasan, tegangan tekan dantegangan tarik yang dipengaruhi oleh panas,korosi dan lainnya. Baja karbon merupakansalah satu jenis logam yang paling banyakdigunakan diberbagai bidang teknik terutamauntuk keperluan industri seperti konstruksibangunan, konstruksi pesawat terbang,

pembuatan alat-alat perkakas, dan lain-lain [4,6].Banyaknya pemakaian jenis logam ini tidakterlepas dari sifat-sifat yang dimilikinyadiantaranya adalah; mudah diperoleh di pasaran,mudah dibentuk/diproses atau mempunyai sifatpermesinan yang baik dan harganya relatifmurah [8]. Baja tahan karat adalah salah satubahan yang paling populer yang banyakditerapkan pada kerangka bangunan, karena sifatfisik sangat baik tetapi meningkatkan biayabangunan. Penyambungan baja tahan karatdengan baja karbon merupakan penerapan yangumum pada industri listrik tenaga thermal, pipabaja tahan karat sering kali menghadapi suhutinggi dan tekanan uap dan membawa temperaturyang dilewati dan mungkin tekanan di bawahtingkatan tertentu, baja karbon rendah danpaduan rendah pada pipa saluran dilakukansecara memadai dan mengurangi biaya struktursecara keseluruhan [2,3,7]. Pengelasan TIGmemberikan kontrol kontrol lebih terhadapSMAW dan proses pengelasan MIG, memberikankualitas hasil lasan yang lebih tinggi dalamberbagai macam logam dan paduan. Oleh karenaitu, hal ini paling sering digunakan untukmenyambung baja tahan karat dan logam lainnya


227

[10,12]. Sifat Tegangan tarik dan karakterisasistruktur mikro pengelasan inersia gesekanpernah dilakukan untuk baja tahan karat 304Ldan memiliki nilai antara 600-732 MPa [14].Proses pengelasan TIG dapat diterapkan hampirsemua jenis pengelasan pada umumnya yangmenggunakan proses pengelasan oxy asetilenatau bahan bakar oksigen dan proses pengelasanbusur pelindung. Proses pengelasan TIGmenghasilkan beads yang kuat pada jenisberagam dari logam. Proses pengelasan TIGmenghasilkan peleburan dari aluminium,magnesium, baja tahan karat, baja paduanrendah, baja lunak, bahan monel, dan lain lain.Pada penelitian ini, baja tahan karat (SUS) 304yang akan disambung dengan baja mild steel (SS400) dengan proses pengelasan Tungsten InertGas (TIG), dengan memvariasikan arus 80 Adan 100 A sehingga bisa menyelidiki pengaruhdari variasi arus terhadap kekuatan tarik dankekerasan dari sambungan logam.

2. MetodeMetodologi penelitian merupakan cara yangditempuh untuk mencapai tujuan dari penelitian.Keberhasilan dalam penelitian ini tergantung darimetode yang digunakan. Agar kegiatan penelitianberhasil dengan baik, maka diperlukan suatumetode atau teknik yang ilmiah yang terancangdan dapat ipertanggungjawabkan. Jenis Penelitianini merupakan penelitian diskriptif kualitatifadalah metode penelitian eksperimen, yaitukegiatan percobaan secara langsung terhadapbenda uji untuk melihat hasil yang terjadiperlakuan yang diberikan terhadap obyek, dalamhal ini adalah base metal plat SS400 dan basemetal plat SUS 304 dengan tebal 5 mm dengansudut 35° sebanyak 6 test pieces yang dilas denganlas GTAW dengan menggunakan elektroda ER 308L dengan diameter kawat 1,6 mm.

2.1 Metode Pengumpulan DataAdapun pengumpulan data yang di gunakandengan mengadakan penelitian secara langsungterhadap objek di laboratorium produksi UMAHA,metode ini secara singkat terdiri dari:

1. Studi literaturDalam menyelesaian permasalahan yang ada yaitudengan menggunakan pendekatan secara teoritisbaik dari buku-buku, training book, maupun daribrowsing. Sehingga diharapkan hasilnya sesuaidengan tujuan yang diinginkan sesuai denganprosedur yang dirancang dan tidak terdapatpermasalahan dalam penelitian.

2. Pengumpulan dataa. Observasi, yaitu pengumpulan data dengan

melakukan penelitian , baik secara langsungmaupun tidak langsung.

b. Mempelajari jenis plat yang akan diteliti danmengetahui sifat mekanis dan komposisi kimiapada baja yang akan digunakan.

c. Mempelajari metode pengelasan yang akandigunakan, yaitu metode pengelasan GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)

d. Wawancara, yaitu pengumpulan data dengansistem tanya jawab kepada bagian workshoplaboratorium produksi UMAHA.

e. Mempersiapkan pembuatan specimen danpengujian yang akan dilakukan

3. Bahan Spesimen UjiSpesimen uji yang digunakan adalah jenis SS 400dan SUS 304 dengan ketebalan 5 mm dengan datasebagai berikut :

a) Komposisi kimia Plat SS 400

Kandungan Unsur Nilai (%)

C 25

Si 0,1-0,5

Mn 0,4-0,7

P 0,04

S 0,05

Sifat Mekanik Plat SS 400

TensileStrength(MPa)

YieldStrength(MPa)

Elongation(%)

450-510 245 21

a) Komposisi kimia Plat SUS 304


C 0,08

Si 1

Mn 2

P 0,045

S 0,03

Cr 18-20

Ni 8-10,5

N 0,1

Sifat Mekanik Plat SUS 304

TensileStrength(MPa)

YieldStrength(MPa)

Elongation(%)

515 205 40

4. Elektroda untuk ujiSedangkan kawat las yang digunakan dalampenelitian ini disesuaikan dengan karakteristikmaterial dasar yang akan dilas dan metode proses


228

pengelasan yang digunakan yaitu proses las GTAWdengan data :

a. Elektroda untuk proses GTAW yaitu AWSER308L diameter 1,6 mm denganpelindung gas argon, berat satu rol 5 kg.dengan data sebagai berikut :Kekuatan mekanis

TensileStrength(N/mm2)

YieldStrength(N/mm2)

Elongation(%)

>550 480 35

Komposisi kimia


C 0,03

Si 0,25-0,60

Mn 1-2,5

Cr 20,2

Ni 9,9

2.2 Metode Analisis Data1. Persiapan eksperimenDalam pelaksanaan eksperimen dalam bangkukerja harus dirancang sedemikian rupa sehinggadalam pelaksanaannya data yang diambil akuratdan dapat menekan kemungkinan dari kesalahan.Untuk itu perlu persiapan yang matang sebelumpelaksanaan antara lain :

a. Alat yang digunakan :Peralatan Las GTAW lengkap, Gerindatangan, Kikir persegi dan Mesin Amplas

b. Peralatan keselamatan kerjaApron, Werpak, Sarung tangan, Tang las,Sepatu las dan Masker

2. PengujianBahan sampel hasil pengelasan GTAW yang telahdilas dan dibentuk specimen sesuai tandartkemudian dilakukan pengujian yang meliputi :

Uji Merusak (Destructive Test ) Uji Tarik (Tensile Test)

Pada pengujian uji tarik yang dilakukanmenggunakan Universal TestingMachine yang dihubungkan langsungdengan plotter, sehingga diperolehgrafik tegangan (N/mm2) dan regangan(%) yang memberikan informasi databerupa tegangan ultimate (σult),modulus elastisitas bahan (E).Pengujian tarik dilakukan denganmenyiapkan spesimen uji yang sudah dilas dan dibentuk sesuai dengan standarASTM E-8, kemudian spesimen uji dipasang pada alat pencekam (grip) pada

upper crosshead dan mencekampencekam agar spesimen tersebut tidaktergelincir/lepas. Langkah selanjutnyaadalah menghidupkan mesin pengujiansehingga pada layar komputer akantampil koordinat x-y. Pada saatpengujian berlangsung perhatikanperubahan besar beban, hinggaterdengar bunyi suara atau melihatspesimen putus.

Uji Kekerasan (Hardness Test)Kekerasan (Hardness) suatu bahanboleh jadi merupakan sifat mekanikyang paling penting, karena pengujiansifat ini dapat digunakan untuk mengujihomogenitas suatu material. Selain itukekerasan dapat digunakan untukmengetahui sifat-sifat mekanik yanglain bahkan nilai kekuatan tarik yangdimiliki suatu material dapat dikonversidari kekerasannya. Metode pengujiankekerasan Rockwell menggunakanindentor, indentor yang digunakanadalah intan yang berbentuk pyramidyang beralas bujur sangkar dengansudut puncak antara dua sisi yangberhadapan adalah 136o denganpembebanan 100 kg dengan menekanindentor pada permukaan specimenselama 10 – 30 detik.

3. Hasil dan PembahasanHasil Uji Tarik

Perhitungan Uji Tarik untuk pengelasan GTAWdengan arus 80 A:~ Ultimate Strength ~ Beban Yield

Us = Pu/A0 Py = Ys..A0

= 7838 Kgf/ 125 mm² = 16,88 x125= 62,7 Kgf/mm2 = 2110 Kgf

= 20,7 KN~ Regangan maksimum

εmax = (ΔL/Lo)x100%= (30/300) x 100%= 10 %

Perhitungan Uji Tarik untuk pengelasan GTAWdengan arus 100 A:~ Ultimate Strength ~ Beban Yield

Us = Pu/A0 Py = Ys..A0

= 7639 Kgf/ 125 mm² = 16,21 x125= 61,11 Kgf/mm2 = 2026,25 Kgf

= 19,87 KN~ Regangan maksimum

εmax = (ΔL/Lo)x100%= (24/300) x 100%= 8 %


229

3.1 Tabel

Tabel 1. Hasil Uji Tarik (Tensile Strength)

1 2 31 Beban pada skala penuh (kg) 120 120 120 120

2 Panjang awal (mm) 300 300 300 300

3 Tebal awal (mm) 5 5 5 5

4 Beban Yield, Py (kN) 19,87 27,64 46,62 31,38

5 Beban maksimum, Pu (kN) 74,94 75,79 74,6 75,11

6 Panjang setelah patah, L1 (mm) 324 320 330 324,67

7 Tebal setelah patah, D1 (mm) 4 4 3 3,67

8 Yield Strength (kgf/mm²) 16,21 22,54 38,02 25,59

9 Ultimate Strength (kgf/mm²) 61,11 61,8 60,83 61,24

10 Regangan teknik (%) 8 6,67 10 8,22

No Besaran dan SatuanArus 100 A

Rata-Rata

Tabel 2 Hasil Uji Kekerasan (Hardness) Rocwell

No Arus Area TitikResult(kgf)

Rata-rata(kgf)

A1 59A2 75,5A3 49A1 61A2 80,5A3 49A1 59A2 70A3 50A1 61,5A2 56A3 50A1 62A2 56A3 50A1 61,5A2 54A3 51

80 A1

61,16

63,5

59,67

SS 400

HAZ

SUS 304

SS 400

HAZ100 A2

55,83

56

55,5SUS 304

3.2 Gambar

Gambar. 1 Grafik Perbedaan Hasil Uji Tarik

Gambar 2 Grafik hasil uji kekerasa Arus 80A

1 2 31 Beban pada skala penuh (kg) 120 120 120 120

2 Panjang awal (mm) 300 300 300 300

3 Tebal awal (mm) 5 5 5 5

4 Beban Yield, Py (kN) 20.07 19.68 19.09 18.82

5 Beban maksimum, Pu (kN) 76.9 74.05 72.03 74.32

6 Panjang setelah patah, L1 (mm) 330 335 333 332.67

7 Tebal setelah patah, D1 (mm) 4 4 3 3.67

8 Yield Strength (kgf/mm²) 16.88 16.05 15.57 16.17

9 Ultimate Strength (kgf/mm²) 62.7 60.38 58.73 60.6

10 Regangan teknik (%) 10 11.67 11 10.89

No Besaran dan SatuanArus 80 A

Rata-Rata


230

Gambar 3 Grafik hasil uji kekerasa Arus 100A

Gambar 4. Spesimen yang akan di Uji Tarik

Gambar 5. Grafik Uji Tarik Arus 80 A (Spesimen 1)

Gambar 6. Grafik Uji Tarik Arus 100 A (Spesimen 1)

4. KesimpulanDari percobaan yang telah dilakukan, kesimpulanyang didapat untuk material jenis baja SS 400dengan baja tahan karat SUS 304 bentuk platdalam dua variasi arus pengelasan ( 80A, 100A)dengan las argon (GTAW) dengan menggunakanfiller ER 308 L

1. Dari hasil uji tarik dapat kita hitungbahwa ultimate strength dan beban yieldtertinggi terdapat pada spesimen denganarus pengelasan 100 A dengan =61,24 kgf/mm² dan = 31,38 kN

2. Dari hasil uji tarik tebukti bahwakekuatan tarik tertingi terdapat padaspesimen dengan arus pengelasan 100A(25,59 kg/mm² ), akibat dari adanyategangan sisa yang ditimbul selamapemanasan dan pendinginan.

3. Dari hasil uji kekerasan, daerah HAZlebih tinggi kekerasanya dibandingkandengan logam induk baja SS 400 dan bajatahan karat SUS 304. Ini disebabkanbutiran ferit dan perlit pada HAZ lebihkecil dari pada butiran ferit dan perlityang ada pada logam induk.

4. Dari hasil uji kekerasan, untuk arus 80 Alebih tinggi nilai kekerasannyadibandingkan dengan arus 100 A. Inidisebabkan karena butiran ferit dan perlitpada arus 80 A lebih kecil. Semakin besar


231

arus yang digunakan maka semakin besarpula butiran ferit dan perlit yangterbentuk akibat pengelasan.

Ucapan Terima KasihPeneliti menyampaikan ucapan terima kasih danrasa hormat kepada;1. Ketua Yayasan YPM Sidoarjo2. Bapak Rektor Universitas Maarif Hasyim Latif

(UMAHA) Sidoarjo.3. Bapak Wakil Rektor II (Keuangan) UMAHA

Sidoarjo.4. Bapak Koordinator Laboratorium Produksi

UMAHA.5. Bapak Ir. Edy Gunawan, MT selaku Ketua

Prodi Teknik Mesin UMAHA Sidoarjo6. Bapak-bapak Dosen Teknik Mesin UMAHA

SidoarjoSemua pihak yang telah memberikan bantuan yangtidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Daftar Pustaka[1] A. Joseph, S.K. Rai, T. Jayakumar &

N. Murugan, (2005) “Evaluation ofresidual stresses in dissimilar weldjoints”, Int. J. Pressure Vessels Pip., Vol.82, pp 700-705.

[2] A. Ul-Hamid, H.M. Tawancy & N.M.Abbas, (2005) “Failure of weld jointsbetween carbon steel pipe and 304stainless steel elbows”, Eng. Fail. Anal.,Vol. 12, No. 2, pp 181–191.

[3] B. Srinivasan, V. Muthupandi, W. Dietzel& V. Sivan, (2006) “An assessment ofimpact strength and corrosion behaviourof shielded metal arc welded dissimilarweldments between UNS 31803 and IS2062 steels”, Mater. Des., Vol. 27, No. 3,pp 182–191.

[4] Baumer, B.M.J. 1994. ”Ilmu BahanLogam”. Bhratara, Jakarta.

[5] C. Jang, J. Lee, J.S. Kim & T.E. Jin,(2008) “Mechanical property variationwithin Inconel 82/182 dissimilar metalweld between low alloy steel and 316stainless steel”, Int. J. Press. Vessels Pip.,Vol. 85, pp 635-646.

[6] Japrie Sriati. 1996. ”Metalurgi Mekanik”,Erlangga, Jakarta.

[7] J.C. Lippold & D.J. Kotechki, (2005)“Welding Metallurgy and Weldability ofStainless Steels” John Wiley and Sons,New Jersey.

[8] Lawrence H.V.V. 1989. “Ilmu danTeknologi Bahan”. Erlangga, Jakarta

[9] L. Gardner, (2005) “The use of stainlesssteel in structures”, Prog. Struct. Engng.Mater., Vol. 7, pp 48-55.

[10] L.M. Liu, Z.D. Zhang, G. Song & L.Wang, (2007), Metall. Mater. Trans. A,Vol.38, No.3, pp.649.

[11] O. Muránsky, M.C. Smith, P.J. Bendeich& L. Edward, (2011) “Validatednumerical analysis of residual stresses inSafety Relief Valve (SRV) nozzle mock-ups”, Comput. Mater. Sci., Vol. 50, pp2203-2215.

[12] T.S. Chern, K.H. Tseng & H.L. Tsai,(2011), Mater. Des., Vol. 32, No.1, pp.255.

[13] Z. Sun & R. Karppi, (1996) “Theapplication of electron beam welding forthe joining of dissimilar metals: anoverview”, J. Mater. Process. Technol.,Vol. 59, pp 257-267.

[14] Z. Sun & R. Karppi, (1996), J. Mater.Process. Technol., Vol.59, pp. 257.

analisa pengaruh variasi arus pengelasan gtaw pada

Documents