1 pengaruh magnet external terhadap sifat mekanik

PENGARUH MAGNET EXTERNAL
TERHADAP SIFAT MEKANIK
PADA PENGELASAN BAJA SS 41 DAN BAJA AH 36
Deddy S. Utomo*, Mohammad Nurul Misbah, ST, MT**
* Mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan
** Staf Pengajar Jurusan Teknik Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya
Sukolilo – Surabaya (60111)
ABSTRAK
Pada suatu proses pengelasan seringkali ditemui suatu masalah, apalagi pada pengelasan
pada dua buah logam yang berbeda atau disebut bimetal. Pada pengelasan bimetal selama proses
pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya konveksi. Hidrogen difusi
sangat dipengaruhi oleh terjadinya sirkulasi akibat konveksi pada weld pool selama pencairan
logam induk. Tingkat sirkulasi akibat konveksi pada weld pool tersebut dapat mempengaruhi
porosity pada weld pool. Karena timbulnya porosity, sifat mekanik material hasil pengelasan akan
terjadi perubahan khususnya pada kekuatan material. Ini disebabkan kepadatan dari weld pool
berkurang karena tergantikan oleh gas-gas hydrogen.
Oleh karena itu digunakan magnet eksternal untuk mengurangi porosity pada logam laslasan. Penggunaan maknet eksternal pada pengelasan material dapat dilakukan jika basemetal dan
weld metal dapat terpengaruh gaya magnetik, maka dipilih baja SS 41 dan AH 36 sebagai bahan
dasar dalam penelitian ini. Selain itu baja SS 41 dan AH 36 di dalam teknik perkapalan juga
diaplikasikan pada pembuatan kapal LPD 39 khususnya dibagian deck Helicopter. Medan magnet
yang dipakai adalah 0 gauss atau tanpa menggunakan magnet eksternal, 10 gauss atau medan
magnet sedang dan 15 gauss sebagai medan magnet yang kuat.
Pengujian yang digunakan adalah uji tarik, uji impak, uji Radiography dan uji
metallography. Uji tarik sendiri digunakan untuk menentukan kekuatan dan keuletan material. Ini
dimaksudkan karena aplikasinya dalam perkapalan yaitu digunakan untuk deck kapal harus
diketahui analisa dari kekuatan material. Sedangkan uji impack untuk mengetahui tingkat
ketangguhan pada material. Uji Radiography dan uji metallography digunakan untuk mengetahui
porosity yang terjadi pada pengelasan.
Kata kunci: medan magnet, bimetal, sifat mekanik, weld pool, konveksi
1. PENDAHULUAN
Proses pengelasan bimetal adalah proses pengelasan yang menyambungkan dua macam
logam yang berbeda. Pengelasan bimetal mempunyai tingkat kerumitan yang lebih tinggi dibanding
dengan pengelasan dengan logam yang sejenis. Karena logam yang tidak sejenis mempunyai
karakteristik yang berbeda satu sama lainnya. Sehingga proses pengelasan logam yang tidak sejenis
membutuhkan beberapa teknik tertentu, misalnya pemilihan logam yang akan disambung harus
tepat, pemilihan elektrode yang sesuai, pengaturan heat input yang tepat, serta pemilihan perlakuan
panas pasca pengelasan yang tepat.
Untuk itu dibutuhkan suatu cara agar pengelasan bimetal lebih dapat diterima dan pada
akhirnya dapat diaplikasikan dengan baik sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu cara yang
mungkin dapat dilakukan adalah penambahan magnet eksternal saat proses pengelasan. Magnet
eksternal dapat dibangkitkan dengan adanya elektromagnet dari kumparan yang telah dialiri listrik.
Pada proses pengelasan, terjadi sirkulasi logam cair pada weld pool. Sirkulasi logam cair pada weld
pool, akan berpengaruh terhadap porositas dan pelarutan unsur-unsur lain sehingga nanti akan
berpengaruh juga terhadap sifat mekanik baja.
1
2. TINJAUAN PUSTAKA
Pengelasan bimetal merupakan penyambungan dua logam yang memiliki
karakteristik berbeda dengan menggunakan busur las. Proses pengelasan bimetal tentu
lebih rumit dibanding pengelasan satu jenis logam. Daerah sambungan (kolam las)
memiliki karakteristik yang rumit karena terjadi penggabungan dua logam yang berbeda.
Selama proses pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya
konveksi. Hidrogen difusi dan terlarutnya unsur-unsur zat pengotor weld pool sangat
dipengaruhi oleh terjadinya sirkulasi akibat konveksi pada weld pool selama pencairan
logam induk. Tingkat sirkulasi akibat konveksi pada weld pool tersebut dapat
mempengaruhi homogenitas, hydrogen porosity, inklusi dan segregasi pada weld pool
((Messler, R.W. 1999, hal. 298). Arus konveksi yang bekerja pada weld pool selama proses
pencairan logam dipengaruhi oleh gaya gravitasi yang disebut buoyancy force, gaya karena
tegangan permukaan (konveksi marangoni) dan konveksi karena gaya elektromagnetik. Di
antara ketiga gaya konveksi yang bekerja, gaya elektromagnetik pada pengelasan bimetal
menjadi lebih rumit lagi, karena selain terjadi sirkulasi juga terjadi perpaduan antara dua
logam yang memiliki karakteristik yang berbeda. Kondisi demikian tentu berpengaruh
terhadap geometri kampuh las, homogenitas struktur, ketahanan korosi dan sifat-sifat lain
yang menentukan kualitas hasil lasan.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat baja karbon SS 41 dan AH 36. Jenis
baja ini digunakan pada konstruksi kapal khususnya dibagian deck helicopter. Dimensi dari
material ini adalah sebagai berikut :
Type baja
:
- SS 41
- AH 36
Masing-masing memililki :
Panjang
: 250 mm
Lebar
: 100 mm
Tebal
: 12 mm
Jumlah
: 3 potong
Proses pengelasan
Proses pengelasan dilakukan sesuai dengan welding procedure specification yang sudah
ada yaitu pengelasan terdiri dari 4 layer, menggunakan ampere 120 A , voltage 30 V dan travel
speed antara 300-350 mm/menit . Namun untuk memberi pengaruh medan magnet pada base metal
digunakan yoke saat pengelasan berlangsung.
Untuk menghindari kerusakan pada yoke karena panas proses pengelasan, kaki yoke diberi
bantalan kayu. Untuk base metal yang memerlukan aliran medan magnet sebesar 10 gauss tebal
bantalan kayu adalah 6 cm. untuk base metal yang memerlukan aliran medan magnet 15 gauss tebal
bantalan kayu adalah 4,5 cm.
Gambar 3.1 Sketsa pembuatan medan magnet
2
Pengujian Radiography
Pengujian Radiography dilakukan untuk mengetahui cacat di dalam lasan. Tujuannya
adalah agar spesimen uji terhindar dari cacat lasan.Pengujian ini mengacu pada ASME IX.
Pengujian Tarik
Pengujian tarik dilakukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan akibat gaya
tarik. Standar yang digunakan dalam pengujian ini adalah AWS D11.
Pengujian Impak
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui ketangguhan batang uji yang bertakik terhadap
pukulan (impact). Pengujian Impak mengacu pada AWS D11.
Pengujian Metallography
Ukuran spesimen test mengacu pada ASTM E3, standard makroetsa mengacu pada ASTM
E340, sedangkan pembacaan hasil foto mikro mengacu pada ASM section 9 dan 7.
4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1 Visual Inspection
Dari pengamatan secara visual dapat diketahui tinggi manik las masing-masing
pengelasan, yaitu untuk pengelasan tanpa menggunakan medan magnet tinggi manik las di
bagian face dan root sebesar 2,7 mm, pengelasan yang menggunakan medan magnet 10
gauss dibagian face tinggi manik las 2,2 mm dan bagian root 2,9 mm. Dan untuk
pengelasan yang menggunakan medan magnet 15 gauss dibagian face tinggi manik las 2,5
mm dan bagian root 2 mm.
Hasil pengukuran tinggi manik las dari pengelasan ketiga metode pada bagian face dan
root memenuhi standard. Yaitu tidak lebih dari 3 mm.
4.2 Pengujian Radiography
Secara umum hasil yang didapatkan dari pengujian radiography sudah dapat memenuhi
persyaratan. Meskipun pada plat ke 3 terdapat indikasi porosity, namun besarnya masih
memenuhi standar yang berlaku.
4.3 Pengujian Makro Etsa
(a) Pengelasan tanpa medan magnet
(b) Pengelasan dengan menggunakan medan magnet 10 gauss.
(c) Pengelasan dengan menggunakan medan magnet 15 gauss.
Gambar 4.1 Hasil pengujian makro etsa.
Material-1 memiliki luas HAZ yang paling besar yaitu 101mm2 dan terus mengecil
sampai pada material-3 dengan luas HAZ 73.25 mm2. Ditinjau dari luasan HAZ material-3
memiliki sifat mekanik yang lebih baik di bandingkan dengan material-1 dan material-2. Adanya
perbedaan luasan HAZ ini disebabkan oleh gaya elektromagnetik. Karena pada dasarnya selama
3
proses pengelasan daerah kolam las akan mengalami sirkulasi akibat gaya konveksi. Arus konveksi
yang bekerja pada weld pool selama proses pencairan logam dipengaruhi oleh gaya gravitasi, gaya
karena tegangan permukaan dan gaya elektro magnetik. Semakin besar gaya elektromagnetik maka
akan memperkecil luasan daerah HAZ.
4.4 Pengujian Metallography
base metal SS 41
base metal AH 36
Gambar 4.2 Hasil foto mikro pada bagian base metal
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36
Gambar 4.3 Hasil foto mikro pengelasan tanpa medan magnet
4
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36
Gambar 4.4 Hasil foto mikro pengelasandengan medan magnet 10 gauss
weld metal
HAZ SS 41
HAZ AH 36
Gambar 4.5 Hasil foto mikro pengelasan medan magnet 15 gauss
5
Tabel 4.1 Prosentase kandungan ferit dan perlit hasil foto mikro.
Perlakuan Pengelasan
Ss 41
Base Metal
Ferit
Perlit (%)
(%)
59.96
40.04
Ferit
(%)
63.36
Ah 36
68.86
31.15
75.87
24.13
Ss 41
69.96
30.06
86.52
13.48
Ah 36
68.86
31.15
86.2
13.8
Ss 41
59.96
40.04
87.53
12.47
Ah 36
68.86
31.15
87.42
12.58
Material
Tanpa Medan Magnet
Medan Magne 10 Gauss
Medan Magne 15gauss
Haz
Perlit (%)
36.64
Weld Metal
Ferit
Perlit (%)
(%)
65.38
34.62
76.07
23.93
82.14
17.86
Dari hasil pengujian didapatkan bahwa kandungan ferit dan perlit baja SS 41memiliki
prosentase perlit yang lebih benyak. Itu menunjukkan bahwa baja SS41 memiliki kekerasan yang
lebih tinggi dibandingkan dengan baja AH 36. Dari penilaian tersebut kemungkinan sambungan las
bimetal antara baja SS 41 dengan baja AH 36 akan mengalami titik rawan putus pada daerah HAZ
baja SS 41 karena bersifat brittle.
Selain itu perbedaan kandungan perlit den ferit pada daerah HAZ SS41 dan HAZ AH36
sangat sedikit jika dibandingkan dengan perbedaan kandungan perlit dan ferit basemetal antara baja
SS 41 dengan baja AH 36. Dan kandungan perlit dan ferit kedua daerah HAZ tersebut terus
menurun perbedaannya seiring dengan semakin besarnya medan magnet yang digunakan pada
proses pengelasan. Ini dikarnakan kemampuan medan magnet untuk menghasilkan sirkulasi aliran
pada weld metal ketika mencair, sehingga membantu fusion yang lebih baik.
Kandungan perlit yang terdapat pada weld metal yang proses pengelasannya tanpa
menggunakan medan magnet lebih besar dibandingkan kandungan perlit pada pengelasan dengan
medan magnet. Ini menunjukkan bahwa sifat mekanik baja bimetal yang dialiri medan magnet
semakin baik.
Pada kasus ini adanya perbedaan persentase perlit dan persebarannya disebabkan karena
pengaruh medan magnet terhadap pengintian bulir perlit. Bulir ferit merupakan bagian yang dapat
ditarik oleh magnet. Pada saat logam menginti adanya medan magnet menarik ferit sehingga ferit
yang dihasilkan lebih banyak jika dibandingkan dengan pengintian tanpa menggunakan medan
magnet.
4.5 Pengujian Tarik
Tabel 4.2 Perhitungan hasil uji tarik
Medan magnet
(gauss)
σ ult (Mpa)
σ yield (Mpa)
0
482
363
0
488
371
10
507
395
10
509
396
15
494
386
15
508
400
Dari pengujian tarik didapatkan data bahwa σult terbesar ada pada pengelasan yang
menggunakan medan magnet 10 gauss yaitu sebesar 0.509 Mpa. Dan σyield terbesar ada pada
pengelasan yang menggunakan medan magnet 15 gauss yaitu sebesar 0.400 Mpa. Patah spesimen
yang terjadi di base metal juga terjadi pada spesimen yang mengunakan medan magnet pada proses
6
pengelasannya. Untuk yang menggunakan medan magnet 10 gauss hasil yang diperoleh tidak
berbeda jauh dengan yang menggunakan medan magnet 15 gauss. Dan spesimen yang
menggunakan perlakuan medan magnet keduanya memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari
pengelasan biasa. Dari pengujian tarik ini hanya bisa dilihat perbedaan kuat tarik pada material
yang menggunakan pengelasan tanpa medan magnet dengam pengelasan dengan menggunakan
medan magnet. Sedangkan perbedaan kuat tarik variasi dari besarnya medan magnet tidak dapat
dilihat karena spesimen sama-sama patah di daerah base metal yaitu pada material SS41.
4.6 Pengujian Impak
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Pengujian Impak
B0
CSA
E
A
Bt
EL
Kuat Impak
mm
mm2
joule
mm
mm
mils
joule/mm2
Material-1
10
100
129.0
80
12.74
107.87
1.61
Material-2
10
100
145.8
80
12.30
90.55
1.82
Material-3
10
100
147.5
80
12.57
101.18
1.84
Spesimen
Dari tabel 4.6 dapat disimpulkan bahwa kuat impak spesimen yang menggunakan medan
magnet terbesar yaitu 15 gauss pada proses pengelasannya memiliki kuat impak yang paling tinggi
yaitu 1.84 joule/mm2 kemudian diikuti spesimen yang menggunakan medan magnet 10 gauss pada
prases pengelasannya yaitu memiliki kuat impak 1.82. baru kemudian spesimen tanpa parlakuan
medan magnet pada pengelasannya.
Ketangguhan material dipengaruhi oleh struktur mikronya. Seperti hasil dari pengujian mikro
bahwa penggunaan medan magnet 15 gauss memiliki kandungan perlit yang tersebar dan paling
sedikit, bisa dikatakan ketangguhannya paling baik dibandingkan dengan menggunakan medan
magnet 10 gauss dan tanpa medan magnet. Dari kondisi mikro ini tentu dapat dipakai sebagai
asumsi prediksi hasil dari uji Impak. Dan dari pengujian impak merupakan penegasan pembuktian
dari pengujian mikro.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Pada pengujian makroetsa luas HAZ paling kecil yaitu 73,25mm pada pengelasan dengan
medan magnet sebesar 15 gauss. Kemudian pada penggunaan medan magnet 10 gauss
didapatkan luas HAZ sebesar 73.5mm . Dan luas HAZ terbesar yaitu sebesar 101.5mm
pada pengelasan tanpa medan magnet. Dari data tersebut dapat diperoleh kesimpulan
bahwa semakin besar medan magnet akan semakin memperkecil luas HAZ. Ini berarti
bahwa dengan penambahan medan magnet pada pengelasan akan semakin memperkuat
sifat mekanik sambungan las.
2. Pada perhitungan luasan perlit (gelap) dan ferit (terang) pada pengujian foto mikro,
spesimen dengan pengelasan tanpa medan magnet memiliki prosentase perlit 17.86%
sedangkan spesimen dengan pengelasan menggunakan medan magnet sebesar 10 gauss
memiliki prosentase perlit 23.93% dan pengelasan dengan medan magnet 15 gauss
memiliki prosentase perlit sebesar 34, 62%. Kandungan perlit pada base metal SS41
sebesar 30.06% dan base metal AH 36 sebesar 31.15%. Dari hasil tersebut dapat
disimpulkan bahwa penggunaan medan magnet pada pengelasan dapat memperkecil
prosentase perlit yang akan berpengaruh pada sifat material yang semakin ductile.
3. Pada perhitungan pengujian tarik didapatkan bahwa pada proses pengelasan tanpa medan
magnet, σ ult rata-rata 0.485 Mpa dan σ yield rata-rata 0.367 Mpa ( spesimen putus di
HAZ). Untuk pengelasan menggunakan medan magnet 10 gauss σ ult rata-rata 0.508 Mpa
7
dan σ yield 0.309 rata-rata Mpa (spesimen putus di base metal SS41). Dan pada pengelasan
menggunakan medan magnet 15 gauss σ ult rata-rata 0.501 Mpa dan σ yield rata-rata 0.393
Mpa (spesimen putus di base metal SS41). Dari dari hasil tersebut karena pada pengelasan
dengan variasi medan magnet tidak dapat ditentukan pengelasan mana yang lebih baik.
Namun tetap dapat disimpulkan bahwa pengelasan dengan menggunakan medan magnet
akan memperbesar σ ult dan σ yield.
4. Pada perhitungan kuat impak hasil pengujian impak didapatkan hasil : spesimen tanpa
menggunakan kuat impak sebesar 1.61 joule/ mm . medan magnet memiliki Spesimen
dengan menggunakan medan magnet 10 gauss memiliki kuat impak 1.82
joule/mm .sedangkan spesimen dengan menggunakan medan magnet 15 gauss memiliki
kuat impak 1.84 joule/ mm . Dari hasil perhitungan tersebut dapat dibuat kesimpulan
bahwa semakin besar medan magnet yang digunakan dalam pengelasan akan menambah
ketangguhan lasan.
5.2 Saran
1. Pada pengelasan material bimetal menggunakan medan magnet pengelasannya lebih sulit
dikendalikan dari pada pengelasan yang tanpa menggunakan medan magnet.
2. Porositas akan lebih mudah muncul bila menggunakan medan magnet yang terlalu besar, maka
perlu ditentukan terlebih dahulu besarnya medan magnet yang akan digunakan dalam
pengelasan.
6. DAFTAR PUSTAKA
1. Wiryosumarto, Harsono, “Teknologi Pengelasan Logam”, ITB.
2. Callister, William D., 1997.”Materials Science and Engineering”, Department of
Metallurgical Engineering The University of Utah.
3. Annual Book of American Welding Society (AWS) standard 2004, AWS D 1.2 – 2004.
4. Ramirez, J.E., Han, B., Liu, S., “Effect of Welding Variables and Solidification
Substructure on Weld Metal Porosity”, Metallurgical and Materials Transaction A,
25A (10): pp. 2285 - 2294, October 1994.
5. Neonda (September 2008). " Pengaruh Penambahan Magnet Eksternal Terhadap Laju
Korosi Hasil Pengelasan Antara Baja ST 37 Dan Baja EMS 45". Indoskripsi (1).
http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-tugas-makalah/metodologipenelitian/pengaruh-penambahan-magnet-eksternal-terhadap-laju-korosi-hasilpengelasan-
8