Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak Dan

MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
ISSN : 1907-3321
Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak Dan
Kekuatan Tarik Sambungan Las MIG Baja Karbon Tinggi
Bayu Kartiko Aji1) dan Wijoyo2)
Teknik Mesin Universitas Surakarta
Email: [email protected]
2
Teknik Mesin Universitas Surakarta
Jl. Raya Palur Km. 5 Surakarta 57772
Email: [email protected]
1
ABSTRACT
Use of a metal material is still very dominant in manufacturing and konstrusi today. The connection process
by welding is still the main choice. The use of welded joints cause the construction to be light, cheap and fast
in the working process. The mechanical properties of welded joints is strongly influenced by the composition
and properties of the parent metal and filler metal, welding process, the heating and the presence of residual
stresses. The purpose of this study was to investigate the influence of a strong electric current on impact
toughness and tensile strength high carbon steel MIG welding joint. The materials used in this study is AISI
1065 steel and filler ER70S-6, strong variations in electric current of 80 A, 100 A and 120 A. Welding
performed at welding speed of 5 mm/s, the speed of filler 4 mm/s and a DC voltage 22 V. The impact
toughness test using the Charpy impact test machine (ASTM E 23-02a), tensile strength test with a tensile
testing machine SANS (ASTM E 8M-02), and supported by a fracture macro image impact test. The results
showed that the increase of electric current in the welding lead to the decrease of impact toughness of weld
metal, but instead its strength increases. Results sectional fracture impact test on welds results showed
steriasi shape that is characteristic of ductile fracture.
Keywords: strong currents, MIG welding, toughness, tensile strength
1. PENDAHULUAN
Dalam dunia industri penggunaan material
logam sudah tidak dapat diasingkan lagi, setiap
kontruksi mesin, jembatan, perkapalan, maupun
bangunan tidak lepas dari penggunaan logam. Pada
umumnya bahan logam yang digunakan sangat
banyak jenisnya, dimana komposisi kimia, sifat
mekanis, ukuran, bentuk dan lainnya disesuaikan
dengan spesifikasikan untuk masing-masing
penggunaannya.
Cara dan teknik pengelasan banyak digunakan
antara lain las busur listrik, las resistansi listrik, las
termit dan las gas. Pemilihan sambungan las ini
dengan pertimbangan bahwa konstruksi ringan,
murah dan pengerjaan cepat. Rekayasa pengelasan
harus betul-betul memperhatikan kesesuaian antara
sifat-sifat las dengan kegunaan konstruksi serta
keadaan disekitarnya (Wiryosumarto, H. dan
Okumura, T., 1996). Sifat mekanis sambungan las
secara umum dipengaruhi oleh komposisi dan sifat
logam yang dilas, komposisi dan sifat logam
pengisi (elektroda), proses pengelasan, daerah
pemanasan langsung, daerah yang terkena
pengaruh panas dan adanya tegangan sisa.
Pengelasan adalah penyambungan dua
bagian logam atau lebih dengan menggunakan
energi panas. Energi panas pada pengelasan
tersebut akan menimbulkan terjadinya siklus
termal. Siklus termal mengakibatkan terjadinya
tegangan sisa, distorsi serta laju pendinginan pada
logam las dan daerah sekitarnya. Tegangan sisa
dan struktur mikro logam las sangat mempengaruhi
sifat mekanis dari logam lasan, terutama terjadinya
penurunan sifat fatik. Struktur mikro logam las ini
sangat dipengaruhi oleh laju pendinginan dan
komposisi kimia bahan (logam induk dan
elektroda) (Radaj, D. 1992).
Petrus Heru Sudargo, Triyono dan
Kuncoro Diharjo (2011), dalam penelitianya
mengenai pengaruh filler dan arus listrik terhadap
sifat fisik-mekanik sambungan las GMAW logam
tak sejenis antara baja karbon dan J4, menyatakan
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
bahwa sambungan las dengan filler ER 309 L dan
menggunakan arus sebesar 80 A mempunyai
kekuatan tarik tertinggi yaitu 314,58 MPa,
sedangkan sambungan las dengan filler ER 70 S
dan menggunakan arus sebesar 60 A mempunyai
kekuatan tarik terendah yaitu 281,83 MPa. Pada
daerah HAZ baja karbon dan J4 mengalami
perubahan struktur mikro yang signifikan dan
peningkatan nilai kekerasan dari masing-masing
base metal.
Buyung R. Machmoed (2012), yang
meneliti tentang analisis pengaruh variasi sudut
kampuh V (one side welding) sambungan las MIG
terhadap distorsi dan kekuatan tarik baja karbon
rendah, menyatakan bahwa distorsi anguler
terkecil pada pengelasan dengan alur V 50°, V
60°, dan V 70°, maka alur V 50° relatif lebih baik
karena penyusutan penampang yang merata.
Sedangkan distorsi lengkung (longitudinal bending
distortion) terkecil terjadi pada spesimen alur V
50° juga. Hal ini menggambarkan dari hasil
penelitian pada material baja karbon rendah
terhadap distorsi dengan menggunakan filler AWS
A5.18 ER 70S-6 arus 150 ampere lebih baik.
Sedangkan tegangan tarik maximum dan regangan
tarik teringgi terdapat pada spesimen alur V 70°
sebesar 1938 MPa dan 25,3 %, dengan filler dan
arus yang sama.
Yunus Yakub (2013), dengan penelitian
variasi arus listrik terhadap sifat mekanik, struktur
mikro sambungan las baja tahan karat AISI 304,
dengan las GTAW, serta variasi kuat arus 30 A, 40
A dan 50 A, menunjukkan hasil bahwa nilai
kekerasan Vickers tertinggi terdapat pada
penggunaan kuat arus 40 A (benda uji II) yaitu
sebesar 226 kg/mm2, kekuatan tarik maksimum
terjadi pada benda uji II (40 A) sebesar 698
N/mm2. Hal ini disebabkan karena struktur mikro
daerah HAZ pada benda uji II (40 A) berupa
austenit yang paling sedikit ditemukannya endapan
karbid krom dibandingkan dengan struktur mikro
dari daerah HAZ benda uji I (30 A) dan benda uji
III (50 A).
Akhmad Ragil Wiratmaja (2007), meneliti
tentang pengaruh jarak kampuh las, kuat arus
listrik, dan kecepatan pengelasan SMAW (Shielded
Metal Arc Welding) terhadap kekuatan tarik pelat
baja st 37, hasil penelitiannya terbatas pada baja
karbon rendah (ST-37), variasi jarak kampuh las 1
mm dan 2 mm, variasi kuat arus 60 A, 85 A, 110
A. Dalam penelitian ditemukan bahwa kekuatan
ISSN : 1907-3321
tarik terbesar yaitu 840 Mpa didapat pada formula
jarak kampuh 2 mm, kuat arus 110 Ampere, dan
kecepatan pengelasan 1,52 mm/det.
P. Sathiya, dkk., (2010), dalam
penelitiannya mengenai karakteristik mikrostruktur
pada pengelasan plat AISI 904 L stainless steel
super austenitic dengan menggunakan las GMAW,
menyatakan bahwa panas mempengaruhi nilainilai kekerasan zona HAZ lebih tinggi dari logam
las dan logam dasar. Karena jumlah tinggi fase
austenit interdendritik dan tingkat pendinginan
yang cepat butir semakin lebih baik dalam HAZ.
L. Suresh Kumar, dkk., (2011), telah
melakukan penelitian dengan judul investigasi
eksperimental pada aspek Pengelasan AISI 304 &
316 dengan Proses teknik pengelasan TIG & MIG.
Hasil penelitiannya adalah kekerasan stainless steel
austenitik ketika dilas dengan proses TIG nilai
kekerasan (BHN) di 40 ampere adalah 162,53 dan
untuk MIG adalah 196,54. Hal ini menunjukkan
bahwa proses MIG cocok untuk dilas dengan arus
rendah dan kekuatan tarik utama dari las TIG
adalah 675,22 MPa sedangkan untuk las MIG
adalah 652,029 MPa. Oleh karena itu kita dapat
mengatakan bahwa las TIG memiliki kekuatan
tarik tinggi.
Ajit Hooda, Ashwani Dhingra dan Satpal
Sharma, (2012), telah melakukan penelitian
dengan judul optimasi MIG proses parameter
pengelasan untuk memprediksi hasil maksimum
kekuatan di AISI 1040. Penelitian difokuskan pada
kekuatan maksimum baik melintang dan
membujur, proses pengelasan dengan variabel
tegangan las, arus las, kecepatan kawat dan laju
aliran gas. Kekuatan hasil las membujur lebih
besar dari kekuatan luluh melintangnya.
Joko Santoso, (2006), telah meneliti
tentang pengaruh arus pengelasan terhadap
kekuatan tarik dan ketangguhan las SMAW dengan
elektroda E7018. Perlakuan pengelasan adalah
dengan variasi arus 100 Ampere, 130 Ampere dan
160 Ampere dengan menggunakan las SMAW DC
polaritas terbalik dan elektroda E7018 diameter 3,2
mm. Jenis kampuh yang digunakan adalah kampuh
V dengan sudut 70o. Spesimen dilakukan
pengujian tarik, ketangguhan, kekerasan dan foto
mikro. Kekuatan tarik sambungan las tertinggi
terjadi pada kelompok spesimen 160 Ampere yaitu
sebesar 684,7 MPa yang mengalami kenaikan
sebesar 44,8 MPa atau sebesar 6,54 % dari raw
materials. Kekuatan luluh tertinggi terjadi pada
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
ISSN : 1907-3321
variasi arus 160 Ampere yaitu 553,1 MPa yang
mengalami kenaikan sebesar 48,9 MPa atau
sebesar 8,84 % dari raw materials. Kekuatan tarik
tertinggi untuk daerah lasan terjadi pada kelompok
spesimen 100 Ampere yaitu 688,9 MPa yang
mengalami kenaikan sebesar 19,1 MPa atau
sebesar 2,77 % dari kelompok spesimen 130
Ampere dan sebesar 33,7 MPa atau sebesar 4,89 %
dari arus 160 Ampere. Ketangguhan pada daerah
las tertinggi pada kelompok spesimen arus 100
Ampere yaitu sebesar 1,809 Joule/mm2, hal ini
mengalami kenaikan 43,17 % dari raw materials.
Kelompok arus 130 Ampere dan 160 Ampere
mengalami kenaikan terhadap raw materials yaitu
masing-masing sebesar 37,55 % dan 32,05%.
Tingkat kekerasan tertinggi terjadi pada daerah
HAZ sebesar 274 kg/mm2 dari variasi arus 130
Ampere, hal ini terlihat pada struktur mikronya
terihat lebih lembut dibandingkan variasi arus
pengelasan yang lain. Sesuai hasil penelitian dapat
disimpulkan bahwa dengan variasi arus pengelasan
terjadi perubahan struktur akibat pendinginan
sehingga berpengaruh terhadap kekuatan bahan
yaitu terjadi peningkatan terhadap raw materials.
Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki
pengaruh kuat arus listrik terhadap ketangguhan
impak dan kekuatan tarik sambungan las MIG baja
karbon tinggi.
2. METODE PENELITIAN
Bahan
Penelitian menggunakan bahan baja
karbon tinggi AISI 1065 dengan logam pengisi
(filler) adalah ER70S-6 sedangkan gas yang
digunakan adalah gas argon (Ar).
Proses Pengelasan
Pengelasan menggunakan mesin las MIG
dengan variasi arus listrik adalah 80 A, 100 A dan
120 A, tegangan listrik DC 22 V dengan polarisasi
terbalik (DCRP), besarnya debit aliran gas argon
adalah 2,5 sampai 5 ltr/menit, kecepatan
pengelasan adalah 5 mm/s dan kecepatan kawat
adalah 4 mm/s. Pelat yang digunakan adalah
dengan tebal 10 mm, alur las dibuat bentuk V
ganda dengan sudut 70o dan las multirun seperti
terlihat pada Gambar 1. Dimensi plat adalah 300
mm x 100 mm x 10 mm. Komposisi logam induk
dan logam pengisi dapat dilihat pada Tabel 1.
Pengujian
Pengujian ketangguhan impak dengan
menggunakan mesin uji impak Charpy (ASTM E
23-02a), pengujian kekuatan tarik dengan mesin uji
tarik SANS (ASTM E 8M-02), serta didukung
dengan foto makro penampang patahan uji impak
untuk
mengetahui
bentuk
patahannya.
2
10
70o
1,5
Gambar 1. Bentuk alur las
Tabel 1. Komposisi kimia logam induk dan logam pengisi dalam % berat
Unsur
Fe
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Material
Balance 0,693
0,254
0,254
0,033
0,003
0,084
0,153
0,335
Material Induk
Balance 0,06-0,15 0,8-1,15 1,4-1,85 0,025max 0,035max 0,15max 0,15max 0,15max
Filler ER70S-6
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Ketangguhan Impak
Pengujian kekuatan impak dilakukan
terhadap spesimen raw material dan spesimen hasil
Al
0,07
-
Co
Cu
Nb
0,082 0,188 0,098
- 0,50max
-
Pb
Sn
0,0096 0,009
-
Ti
V
W
0,051
-
0,052
-
0,515
-
sambungan las MIG dengan variasi kuat arus listrik
sebesar 80 A, 100 A, dan 120 A. Hasil uji Impak
berupa besarnya energi serap dan ketangguhan
impak. Besarnya energi serap dan nilai
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
ISSN : 1907-3321
ketangguhan impak seperti terlihat pada Gambar 2
dan Gambar 3 dibawah ini.
Energi Serap (Joule)
74,8
74,6
74,4
74,2
74
73,8
73,6
73,4
80 Ampere
100 Ampere
120 Ampere
Raw Material
Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material
Gambar 2. Energi serap logam las dengan variasi kuat arus listrik dan raw material
Ketangguhan Impak
(Joule/mm2)
1,050
1,000
0,950
0,900
0,850
80 Ampere
100 Ampere
120 Ampere Raw Material
Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material
Gambar 3. Ketangguhan impak logam las dengan variasi kuat arus dan raw material
Gambar 2 menunjukkan bahwa secara
keseluruhan energi serap daerah las lebih besar
dibandingkan dengan energi serap pada logam
induk. Sedangkan ketangguhan impak pada logam
las dengan kuat arus listrik 80 A sebesar 1 J/mm2
adalah paling tinggi dibandingkan dengan
ketangguhan impak pada logam las dengan kuat
arus listrik 100 A dan 120 A, yaitu berturut-turut
adalah 0,943 J/mm2 dan 0,926 J/mm2, seperti
ditunjukkan pada Gambar 3.
Hasil uji tersebut menunjukkan bahwa
ketangguhan impak pada hasil pengelasan MIG
pada baja karbon, sangat dipengaruhi oleh kuat
arus listrik yang digunakan. Dengan pemakaian
arus listrik yang semakin tinggi maka akan
mengakibatkan jumlah masukan panas pada
pengelasan juga semakin tinggi pula. Masukan
panas pada pengelasan ini akan mempengaruhi
terjadinya siklus termal selama proses pengelasan
yang akan berpengaruh terhadap sifat fisis dan
mekanis logam las (Radaj, D. 1992). Masukan
panas yang tinggi mengakibatkan laju pendinginan
yang semakin lambat, sehingga logam las akan
semakin kuat tetapi getas, sedangkan ketangguhan
impaknya akan menurun. Ini terbukti dari hasil
penelitian bahwa dengan peningkatan kuat arus
listrik dari 80 A, 100 A dan 120 A menunjukkan
nilai
ketangguhan
impaknya
mengalami
penurunan.
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
ISSN : 1907-3321
Pengujian Tarik
Pengujian kekuatan tarik dilakukan terhadap
spesimen raw material dan spesimen hasil
pengelasan, hasil uji tarik dapat dilihat pada
Gambar 4 di bawah ini.
Kekuatan Tarik (N/mm2)
500
490
480
470
460
450
440
430
420
80 Ampere
100 Ampere
120 Ampere
Raw Material
Logam las pada berbagai kuat arus listrik dan raw material
Gambar 4. Diagram kekuatan tegangan tarik
Gambar 4 menunjukkan bahwa kuat arus
litrik pada pengelasan dari spesimen untuk 80 A,
100 A, 120 A memiliki kekuatan tarik yang
berbeda. Nilai kekuatan tarik tertinggi terjadi pada
specimen dengan kuat arus listrik 120 A, yaitu
479,3 N/mm2 lebih besar daripada specimen yang
dilas menggunakan kuat arus listrik 80 A dan 100
A. Nilai kekuatan tarik pada raw material lebih
besar dibandingkan dari spesimen yang sudah dilas
dengan arus listrik yang berbeda yaitu 487,9
N/mm2. Dari hasil di atas terlihat bahwa pada
pengelasan MIG untuk baja karbon, faktor kuat
arus listrik sangat mempengaruhi hasil lasan
(kekuatan tarik). Di sini terlihat kuat arus listrik
120 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih
tinggi dibandingkan logam las dengan arus listrik
80 A dan 100 A.
Hasil ini juga sejalan dengan (Radaj, D.
1992; Joko Santoso, 2006; Akhmad Ragil
Wiratmaja, 2007; Yunus Yakub, 2013; Petrus Heru
Sudargo, Triyono dan Kuncoro Diharjo, 2011),
bahwa peningkatan arus listrik akan meningkatkan
masukan panas (heat input) pada pengelasan yang
berdampak pada memperlambat laju pendinginan
dan peningkatan kekuatan sambungan las, namun
dengan meningkatnya kekuatan ini akan
mengakibatkan
menurunnya
ketangguhan
impaknya.
Pengamatan Foto Makro
Hasil uji foto makro dapat dilihat pada
Gambar 5, di bawah ini.
Dari Gambar 5, dapat disimpulkan bahwa
pada las dengan arus listrik 80 Ampere hasil
patahan uji ketangguhan impak yang terjadi
memiliki permukaan yang tidak rata (steriasi) dan
tidak mengkilap lebih banyak, dan serat pada
patahan tersebut lembut atau halus, dibandingkan
dengan penampang patahan pada spesimen las
dengan arus listrik 100 Ampere dan 120 Ampere.
Bentuk patahan yang tidak rata (steriasi) dan tidak
mengkilap ini menunjukkan bahwa patahan yang
terjadi pada spesimen tersebut lebit ulet/liat.
Karena ciri patahan ulet/liat adalah permukaan
yang tidak rata (steriasi) dan tidak mengkilap, serta
apabila disambung kembali tidak akan bisa
menyatu kembali, karena terjadi deformasi plastis
pada bagian patahan tersebut.
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
ISSN : 1907-3321
a). Foto makro Arus 80 A, b). Foto makro Arus 100 A, c). Foto makro Arus 120 A
Gambar 5. Foto makro penampang patahan uji impak
4. KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil penelitian dan
pembahasan di atas maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut :
1. Peningkatan arus listrik pada pengelasan
mengakibatkan ketangguhan impak logam las
menjadi turun namun sebaliknya kekuatan
tariknya semakin meningkat.
2. Hasil penampang patahan uji impak pada hasil
lasan menunjukkan bentuk steriasi yang
menjadi ciri dari patah ulet.
5. REFERENSI
Ajit Hooda, Ashwani Dhingra dan Satpal Sharma.
2012. “Optimization Of Mig Welding Process
Parameters To Predict Maximum Yield Strength In
AISI 1040”. International Journal Of Mechanical
Engineering Robotics Research Vol. 1, No. 3,
October 2012 India.
Akhmad Ragil Wiratmaja. 2007. “Pengaruh jarak
kampuh las, kuat arus listrik, dan kecepatan
pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
terhadap kekuatan tarik pelat baja ST 37”. Skripsi,
Universitas Negeri Malang.
ASTM E 8M-02. 2003. Standart Test Methods for
Tension Testing of Metallic Material (Metrik).
ASTM E 23-02a. 2003. Standart Test Methods for
Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.
Buyung R. Machmoed. 2012. “Analisis pengaruh
variasi sudut kampuh V (one side welding)
sambungan las MIG terhadap distorsi dan kekuatan
tarik
baja
karbon
rendah”.
Penelitian
pengembangan
Gorontalo.
IPTEK.
Universitas
Negeri
Joko Suranto, 2006. “Pengaruh Arus Pengelasan
Terhadap Kekuatan Tarik Dan Ketangguhan Las
SMAW Dengan Elektroda E7018”. Skripsi,
Universitas Negeri Semarang.
Kou, S. 1987. “Welding Metallurgy”. New York:
John Willey, Sons, Inc.
L. Suresh Kumar, dkk. 2011. “Experimental
Investigation for Welding Aspects of AISI 304 &
316 by Taguchi Technique for the Process of TIG
& MIG Welding”. International Journal of
Engineering Trends and Technology 2. Issue2, 2833.
P. Sathiya, dkk. 2010. “Microstructural
characteristics on bead on plate welding of AISI
904 L super austenitic stainless steel using Gas
metal arc welding process”. International Journal
of Engineering, Science and Technology Vol. 2,
No. 6, 2010, pp. 189-199. India.
Petrus Heru Sudargo, Triyono dan Diharjo,
Kuncoro. 2011. “Pengaruh filler dan arus listrik
terhadap sifat fisik-mekanik sambungan las
GMAW logam tak sejenis antara baja karbon dan
J4”. Prosiding Seminar Nasional I dan Teknologi
ke-2 Tahun 2011. Universitas Wahid Hasyim,
Semarang.
Radaj, D. 1992. “Heat effects of Welding :
Temperature Field, Residual Stress, Distortion”.
Berlin: Springer-Verlag.
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
MECHATRONIC AT-AUB
Volume 10, Desember 2016
Wiryosumarto, H. dan Okumura, T. 1996.
”Teknologi Pengelasan Logam”. Jakarta: PT.
Pradya Paramita.
Yunus Yakub. 2013. “Variasi arus listrik terhadap
sifat mekanik mikro sambungan las baja tahan
karat AISI 304”. E-journal Widya Eksakta, Jakarta
selatan.
Bayu Kartiko Aji : Pengaruh Kuat Arus Listrik Terhadap Ketangguhan Impak................
ISSN : 1907-3321