PENGARUH SUDUT ELEKTRODA PADA PROSES

Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
PENGARUH SUDUT ELEKTRODA PADA PROSES PENGELASAN TERHADAP
SIFAT MEKANIK BAJA KARBON RENDAH
La Ode Sabaruddin
Mahasiswa Jurusan S-1Teknik Mesin Universitas Halu Oleo, Kendari
[email protected]
Abstrak
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui tingkat pengaruh kekuatan Tarik dan sifat kekerasan baja karbon
rendah atau baja paduan. Penelitian ini menggunakan eksperimen yang bersifat komparasi terhadap penggunaan
kampuh las V dengan menggunakan variasi sudut elektroda 50°, 70° dan 90°. Bahan yang digunakan adalah
baja karbon rendah yang telah di uji kandungan komposisinya, kampuh yang digunakan adalah kampuh las V
dengan sudut bukaan kampuh 60°, Elektroda yang digunakan adalah elektroda merk ESAB seri AWSE6013
dengan diameter 3.2 mm dengan arus sebesar 110 ampere.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kekuatan tarik baja karbon rendah terbesar terdapat pada sudut
70° yakni sebesar 407.41 N/mm², sedangkan pada sudut elektroda 50° nilai kekuatan tarik baja karbon rendah
sebesar382.04 N/mm² dan pada sudut 90° kekuatan tarik sebesar 374.60 N/mm². Nilai kekerasan baja karbon
tertinggi terdapat pada sudut elektroda 70° yakni pada logam induk sebesar 133,26 Kg/mm2, pada logam las
sebesar 156,97Kg/mm2dan pada HAZ sebesar 170,77 Kg/mm2. Hal ini disebabkan distribusi panas terhadap
material pengelasan sehingga terbentuk struktur ferit kasar, bainit dan ferit halus.
Kata kunci : Sifat Mekanik, Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Vickers.
Abstract
The purpose this study to the determine level of influence tensile strength and hardness properties lowcarbon steel or alloy steel. This study using experimental method toward the using ofseam welds V by using the
electrodes angle variation of 50°, 70° and 90°. The material used is low carbon steel that its compositions has
been tested before. The seam used is seam welds V with weldsopening angle of 60°.The electrodes used is
ESAB brand, AWSE6013 series, with diameterof 3.2 mm and electrical currentof 110 Amperes.
The result of the research shows that the major tensile strength of low carbon steel is at the angle of 70°
which is equal to 407.41 N/mm², while the values of tensile strength of low carbon is equal to 382.04 N/mm²in
electrode angle of 50°and at the angle of 90° the tensile strenght is equalto 374.60 N/mm². Highest Carbon steel
hardness value is at the electrode angle of 70° that is on the metal stem of 133,26 Kg/mm2, on the weld metal of
156,97Kg/mm2 and on HAZ of 170,77 Kg/mm2. This is due to the heat distribution of the welding material
thus formed a rough ferrite, bainite, and smooth ferrite.
Keywords : Mechanic Properties, Shielded Metal Arc Welding ( SMAW ) ,Vickers
Pendahuluan
Proses pengelasan merupakan proses penyambungan
logam yang paling banyak digunakan pada saat ini,
karena pengelasan mempunyai banyak keuntungan
antara lain : praktis, hasilnya dapat diandalkan,
effisien, dan ekonomis. Shielded Metal Arc Welding
(SMAW) atau las elektroda terbungkus merupakan
proses pengelasan yang paling banyak digunakan.
Pada pengelasan dikenal juga posisi pengelasan.
Dimana posisi pengelasan merupakan pengaturan
posisi atau letak gerakan elektroda las. Posisi
pengelasan yang diambil oleh operator las biasanya
pada oven pemanas elektroda hingga temperatur
150ºC. Setelah itu dilakukan analisa terhadap cacat
dari hasil pengelasan dan analisa terhadap kekerasan,
kekuatan tarik serta harga impak dari hasil pengelasan
tersebut. Dari hasil pengujian mekanik terdapat
perbedaan diantara kondisi elektroda tersebut dan
dapat direkomendasikan bahwa elektroda yang di
panaskan terlebih dahulu memiliki ketangguhan dan
sifat mampu las yang lebih baik.
01
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
tergantung dari letak kampuh-kampuh atau celahcelah benda kerja yang akan dilas. Pada pergerakan
elektoda ada banyak sekali untuk beberapa posisi
pengelasan, tetapi tujuannya adalah sama yaitu
mendapatkan deposit logam las dengan permukaan
yang rata dan halus dan menghindari terjadinya
takikan dan percampuran terak. Oleh karena itu
untuk mendapatkan kekuatan hasil lasan yang
maksimal. Perlu adanya metode-metode yang di
gunkan agar dalam melakukan pengelasan
mendapatkan hasil yang di inginkan, dalam hal ini
sifat mekanik yang baik.
Tinjauan Pustaka
Yusril Irwan (2010) Pengaruh Kondisi
Elektroda Terhadap Sifat Mekanik Hasil
Pengelasan Baja Karbon Rendah Hasil pengelasan
yang baik juga ditentukan oleh elektroda yang
digunakan dalam proses pengelasan. Untuk itu
dalam penelitian ini ditelaah pengaruh jenis dan
kondisi elektroda terbungkus terhadap pengelasan
SMAW pada baja karbon rendah ST42. Proses
penyambungan logam baja karbon rendah ST-42
menggunakan elektroda jenis E7016 dan E7018.
Pada kedua jenis elektroda yang digunakan
diperlakukan berbagai macam kondisi pada
elektroda tersebut, diantaranya kondisi elektroda
baru dikeluarkan dari bungkusnya, elektroda
dilembabkan di udara bebas, elektroda terlebih
dahulu dicelupkan ke dalam air dan elektroda
terlebih dahulu dipanaskan
Baja Paduan Rendah
Baja karbon rendah mengandung karbon 0.3 % atau
kurang. Kebanyakan baja karbon rendah merujuk
kepada mild steel dan digunakan untuk struktur
umum. Umumnya dinamakan mild steel maksudnya
adalah kandungan karbonnya sangat rendah sehingga
pengerasan kuens diabaikan, baja karbon yang
mengandung karbon 0,25% atau kurang dan tensile
strength sekitar 400 N/mm² atau kurang.
Sudut Elektroda
Untuk sistem sambungan fillet, pengaturan sudut
elektroda sangatlah penting. Saat proses pengelasan,
usahakan posisi elektroda membagi sudut yang
dibentuk oleh pelat yang disambung sama
besar.Sudut antara elektroda dengan benda kerja
arah memanjang Sudut elektroda yang terbentuk
pada arah gerakkan elektroda membentuk sudut
dengan kisaran 70º – 80º. Sewaktu terjadinya proses
pengelasan sudut, pengelasan ini harus dijaga tetap
konstan. Sudut antara elektroda dengan benda kerja
arah melintang Sudut antara elektroda dan benda
e-ISSN:2502-8944
Kusmayadi analisa hasil pengelasan smaw butt joint
pada baja aisi 1020 dengan variasi tebal plat
Kegagalan pada logam las bisa disebabkan banyak
faktor, misalnya tegangan sisa yangterjadi pada
spesimen setelah proses pengelasan.
Hal ini menekankan dapat di sebabkan selama proses
pengelasan,panas logam tidak merata .diterima.
Perbanyakan panas selama pengelasan dapat
dipengaruhi oleh ketebalan piring. Dalam penelitian
ini, AISI 1020 baja yang digunakan sebagai spesimen
di las dengan pantat sendi. Teknik pengelasan
digunakan terlindung Shielded Metal Arc Welding
(SMAW) dengan berbagai ketebalan 5 mm, 10 mm dan
15 mm Setelah pengelasan, sampel diuji dengan
menggunakan XRD (X-Ray Difraction) dan analisis
lebih lanjut melalui pengukuran rietveld pemodelan
menggunakan Rietica Uji program yang dilakukan
untuk setiap variasi ketebalan. Dari penelitian ini
menunjukkan bahwa tertinggi tegangan sisa hasil
pengelasan diperoleh pada 10 dan 15 mm ketebalan
plat, yaitu sebesar 103,2 Mpa (Variasi ketebalan yang
sama)
Pengertian Las
Pengelasan adalah penyambungan dua buah logam
padat dengan mencairkannya melalui pemanasan.
Persyaratan berhasilnya penyambungan adalah
(Okumura, 1981):
1. Bahwa benda padat tersebut dapat cair saat
dipanaskan
2. Bahwa antara benda padat tersebut ada
kesesuaian sifat lasnya sehingga tidak
melemahkan kekuatan sambungan
3. Bahwa cara sambungan harus sesuai dengan
sifat benda yang disambung.
Las SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
Proses pengelasan SMAW yang umumnya disebut Las
Listrik adalah proses pengelasan yang menggunakan
panas untuk mencairkan material dasar dan elektroda.
Panas tersebut ditimbulkan oleh lompatan ion listrik
yang terjadi antara katoda dan anoda (ujung elektroda
dan permukaan plat yang akan dilas ) dengan kata lain
teknik pengelasan ini memanfaatkan panas busur listrik
yang timbul karena perbedaan tegangan antara
elektroda terbungkus dengan material yang akan
disambung.
Elektroda Terbungkus
Pengelasan dengan menggunakan las busur listrik
memerlukan kawat las (elektroda) yang terdiri dari satu
inti yang terbuat dari logam yang dilapisi lapisan dari
campuran kimia. Fungsi dari elektroda sebagai
pembangkit dan sebagi bahan tambah. Elektroda terdiri
02
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
kerja yang di las pada arah melintang ini membentuk
sudut 90º. Pembentukan sudut ini juga harus dijaga
tetap konstan.
Sifat Mekanik Material
Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor
terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam
suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan
sebagai respon atau perilaku material terhadap
pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi
atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya
pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban
statik dan beban dinamik.
Persentase pengecilan yang terjadi apat dinyatakan
dengan rumus sebagai berikut :
q=
100% =
100%
(3)
Dimana : q = Reduksi penampang (%)
Ao = Luas penampang mula (mm2)
A1 = Luas penampang akhir (mm2)
e-ISSN:2502-8944
dari dua bagian yaitu bagian yang berselaput (fluks)dan
tidak berselaput yang merupakan pangkal untuk
menjepitkan tang las. Fungsi dari fluks adalah untuk
melindungi logam cair dari lingkungan udara,
menghasilkan gas pelindung, menstabilkan busur.
Besar Arus Listrik
Besarnya arus pengelasan yang di perlukan tergantung
pada diameter elektroda, tebal bahan yang di las, jenis
elektroda yang dgunakan, geometri sambungan,
diameter inti
Pengujian Tarik
Proses pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui
kekuatan tarik benda uji. Pengujian tarik untuk
kekuatan tarik daerah las di maksudkan untuk
mengetahui apakah kekuatan las mempunyai nilai
yang sama, lebih rendah atau lebiih tinggi dari
kelompok raw materials. Pengujian tarik untuk
kualitas kekuatan tarik dimaksudkan unutk mengetahui
berapa nilai kekuatannya dan dimanakah letak
putusnya suatu sambungan las. Berikut kurva tegangan
vs regangan
Pengujian Kekerasan
(Callister.2001) Uji kekerasan vickers menggunakan
indentor piramida intan yang pada dasarnya
berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar
permukaan-permukaan piramida yang saling
berhadapan adalah 1360.
Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban
dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya,
luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik
panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari
persamaan :
(4)
Dimana : P = beban yang digunakan (kg)
d = panjang diagonal rata-rata (mm)
ө = sudut antara permukaan intan yang berhadapan =
136°
Metodologi Penelitian
Gambar 1. Diagram Tegangan –regangan
σu=
(1)
Dimana : σu = Tegangan nominal (kg/mm2)
Fu = Beban maksimal (kg)
Ao = Luas penampang mulai dari penampang batang
(mm2)
Tempat, Alat dan Bahan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan mei sampai
Oktober 2015 di Laboratorium Teknologi Mekanik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Halu Oleo.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian terdiri
dari :
a. Gergaji mesin digunakan untuk memotongmotong plat baja yang akan dijadikan specimen.
Regangan (persentase pertambahan panjang)
yang diperoleh dengan membagi perpanjangan panjang
ukur (ΔL) dengan panjang ukur mula – mula benda uji.
Ε= x100% =
x100%
(2)
Dimana : ε = Regangan (%)
L = Panjang akhir (mm)
03
Vol. 1, No.1 Mei 2016
b.
c.
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Gergaji tangan digunakan sebagai alat
memotang sudut spesimen yang akan dibuat
Kampuh Las.
Kikir digunakan untuk membentuk dan
menghaluskan atau finishing permukaan
kampuh specimen agar rata.
e-ISSN:2502-8944
Lo = Panjang awal (mm)
Pembebanan tarik dilakukan terus menerus dengan
menambahkan beban sehingga akan mengakibatkan
perubahan bentuk pada benda berupa pertambahan
panjang dan pengecilan luas permukaan dan akan
mengakibatkan kepatahan pada beban.
Pembuatan kampuh
Pembuatan
kampuh
V dengan menggunakan
gergaji besi manual. Bahan yang telah dipersiapkan
dipotong dengan mesin gergaji, dengan ukuran
panjang 140 mm x lebar 30 mm x tebal 10 mm
sebanyak 18 sampel untuk specimen uji tarik
sebanyak 9 dan 9 sampel untuk specimen uji
kekerasan. Jadi jumlah sampel keseluruhan sebanyak
18 sampel, bukaan kampuh pada kampuh V sebesar
60°.
Gambar 2. Bentuk kampuh las
c. Proses pengelasan
Langkah-Langkah Yang Dilakukan Dalam Proses
Pengelasan Adalah:
1. Memper siapkan mesin las SMAW
2.
Mempersiapkan benda kerja yang akan dilas
pada meja pengelasan
3. Mengikat/memegang benda kerja pada meja
pengelasan.
4. Kampuh yang digunakan jenis kampuh V
°
terbuka,dengan sudut 60 .
5. Mempersiapkan elektroda sesuai dengan arus
dan ketebalan plat, dalam penelitian ini dipilih
elektroda jenis E6013 dengan diameter
elektroda3,2mm.
6. Menyetel arus mesin las 110 A, kemudian salah
satu penjepitnya dijepitkan pada kabel yang
digunakan untuk menjepit elektroda. Mesin las
dihidupkan dan elektroda digoreskan sampai
menyala.
Amperemeter
dan
kecepatan
pengelasan yang di anggap konstan.
7. Melakukan proses pengelasan sesuai spesifikasi
atau ukuran benda uji.
8. Membuka (loading) hasil proses pengelasan.
1. Hasil dan Pembahasan
proses pengolahan dan analisis data untuk
mengetahui pengaruh variasi sudut elektroda pada
proses pengelasan terhadap sifat mekanik baja
karbon rendah.
d. Jangka sorong digunakan untuk mengukur
specimen uji agar sesuai yang diinginkan dan dual
gage digunakan untuk megukur besar Distorsi
sudut specimen uji.
e. Mesin Las Busur Listrik digunakan untuk
melakukan aktifitas pengelasan specimen uji.
Mesin ini menggunakan arus listrik yang
dilengkapi dengan travo yang berfungsi untuk
menaikkan dan menurunkan tegangan pada mesin
las.
f. Tang digunakan untuk menjepit specimen atau
memudahkan pengerjaan pada saat proses
pengelasan.
g. Ragum digunakan untuk menjepit specimen baik
pada saat proses pemotongan specimen maupun
pada saat proses pengikiran kampuh specimen.
h. Amplas
digunakan
untuk
menghaluskan
permukaan specimen.
i. Kamera digital digunakan untuk mengambil fotofoto untuk dijadikan bahan dokumentasi dalam
proses penelitian.
Bahan yang digunakan :
a. Plat baja yang digunakan pada penelitian adalah
baja karbon rendah.
b. Elektroda atau kawat las ialah suatu benda yang
dipergunakan untuk melakukan pengelasan listrik.
Prosedur Penelitian
a.
Pemilihan Bahan
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 C, Si, Cu, Mn, S, dan unsure lainnya.
Langkah–langkah pengujian komposisi adalah sebagai
berikut:
1. Potong bahan yang akan digunakan untuk specimen
panjang 100 mm, lebar 50 mm dan tebal 10 mm,
dibersihkan permukaannya sampai halus dan rata.
2. Sampel ditempatkan pada dudukan dan
divakumkan.
Berikut pengolahan dan analisis data berdasarkan
data hasil pengujian tarik dan kekerasan dengan
variasi sudut elektroda 50°, 70° dan 90°
04
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
Uji Tarik
Grafik dibawah ini akan dijelaskan pengaruh serta
perbandingan kekuatan tarik akibat variasi sudut
elektroda 50°, 70° serta 90°.
Gambar 3 elektroda setelah mengalami
pengelasan dengan posisi 90˚
Gambar 5. Grafik Kekuatan Tarik Baja Karbon Rendah
dengan Variasi Sudut Elektroda
Gambar 6. elektroda setelah mengalami
pengelasan dengan posisi 50°
Gambar 4. Grafik Tegangan –Regangan pada
dua sudut kampuh yang berbeda
Pada grafik hubungan tegangan vs regangan
diatas, dapat dilihat perbandingan kekuatan tarik
masing-masing sudut elektroda pada pengelasan.
Regangan tertinggi terdapat pada sudut 70°
dibandingkan dengan sudut 50° dan 90°, hal ini
disebabkan karena elektroda cair tersembur ke arah
benda kerja atau bagian benda yang dilas dengan
sempurna. Pengaruh ini disebabkan karena kecepatan
geser elektroda yang mencair ketika proses pengelasan.
170,77 Kg/mm². hal ini diakibatkan oleh kecepatan
geser elektroda yang mencair ketika proses pengelasan,
sehingga bidang pengelasannya menjadi lebar dan dalam
serta kualitas pengelasannya menjadi baik dalam hal ini
kekerasannya lebih baik.
Gambar 7. Elektroda setelah mengalami
pengelasan dengan posisi 70°
Dimana pada sudut elektroda 50° nilai kekuatan tarik
baja karbon rendah sebesar 382.04 N/mm².
Sedangkan pada sudut elektroda 70° terjadi
peningkatan
nilai
kekuatan
tarik
sebesar
±105.37N/mm² dengan kisaran nilai kekuatan tarik
sebesar 407.41N/mm² dan pada sudut 90° terjadi
penurunan kekuatan tarik sebesar ± 102.81 N/mm²
dengan kisaran kekuatan tarik sebesar 374.60 N/mm².
Kesimpulan
Adapun yang menjadi kesimpulan dari penelitian ini
Uji Kekerasan
05
Vol. 1, No.1 Mei 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
adalah sebagai berikut :
1. Kekuatan tarik baja karbon rendah
terbesar
terdapat pada sudut 70° yakni sebesar 407.41
N/mm², sedangkan pada sudut elektroda 50° nilai
kekuatan tarik baja karbon rendah sebesar 382.04
N/mm² dan pada sudut 90° kekuatan tarik sebesar
374.60 N/mm².
2. Nilai kekerasan baja karbon tertinggi terdapat pada
sudut elektroda 70° yakni pada logam induk
sebesar 133,26 Kg/mm2, pada logam las sebesar
156,97Kg/mm2dan pada HAZ sebesar 170,77
Kg/mm2.
Daftar Pustaka
Aksar P, 2014 Optimasi Desain Jig Trendgate Bed
Untuk Proses Perakitan Komponen Pengangkat
Matras Menggunakan Metode Studi Empiris,
Tesis Universitas Pancasila Jurusan MTM-UP :
Jakarta
AWS D1.1/D1.1M:2014 (American Welding Society).
Structural welding code steel, 550 N.W. Lejeune
road, Miami, florida 33126
Daryanto, 2011, Teknik Mengelas Logam, Sarana
Tutorial Nurani Sejahtera, Bandung.
ESAB Welding Hand Book, Hal 15, Consumables For
Manual And Automatic Welding : Sweden.
Purwaningrum. Y (2006) Karakterisasi Sifat Fisis dan
Mekanis Sambungan Las SMAW Baja A-287
Sebelum dan Sesudah PWHT. Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas
Islam Indonesia,Yogyakarta.
Mursid. R (2009) Pengaruh Posisi dan Arus Las
terhadap Kecepatan Geser Pengelasan pada
Baja Lunak Dengan Menggunakan Las Busur
Listrik AC. Universitas Tjut Nyak Dhien. Medan
Yusril Irwan (2010) Pengaruh Kondisi Elektroda
Terhadap Sifat Mekanik Hasil Pengelasan
Baja Karbon Rendah Hasil pengelasan yang
baik juga ditentukan oleh elektroda yang
digunakan dalam proses pengelasan.
Sofyan. B (2010) Pengantar Material Teknik. Salemba
Teknika. Jakarta
Kusmayadi (2012) analisa hasil pengelasan smaw butt
joint pada baja aisi 1020 dengan variasi tebal
plat
Gambar 8. Grafik sudut elektroda terhadap kekerasan
Pada grafik diatas menunjukan bahwa nilai kekerasan
logam induk, las dan HAZ dengan sudut elektroda 50°,
70°dan 90°. Dapat di lihat bahwa nilai kekerasan
logam induk pada specimen dari sudut elektroda 50°
adalah sebesar 131,67 Kg/mm². las sebesar 140,07
Kg/mm² dan HAZ sebesar 143,30 Kg/mm². logam
induk specimen dari sudut elektroda 70° adalah sebesar
133,26 Kg/mm², daerah las sebesar 156,97 Kg/mm²
dan HAZ sebesar 170,77 Kg/mm². sedangkan logam
induk specimen dari sudut elektroda 90° adalah sebesar
132,22 Kg/mm², daerah las sebesar 145,19 Kg/mm²
dan HAZ sebesar 159,29 Kg/mm². Sehingga dapat
disimpulkan nilai kekerasan Vickers terbesar terdapat
pada sudut elektroda 70° yakni pada logam induk
sebesar 133,26 Kg/mm², daerah las sebesar
156,97
Kg / mm².
06