BAB V SAMBUNGAN LAS
5.6 Kekuatan Butt Joint
83 , 2 ) 50 .( 10 . . 83 , 2 80 . . . 83 . 2 . . 707 , 0 . . 2 2 2 2 max T T d s T d s T S S S W T = 80.78550/2,83 = 2,22.106 N-mm = 2,22 kNm Contoh 3:
Sebuah plat panjangnya 1 m, tebal 60 mm dilas ke plat lain pada sisi kanan dan kiri dengan las fillet 15 mm, seperti pada Gambar 5.11. Tentukan torsi maksimum yang dapat ditahan sambungan las jika tegangan geser maksimum dalam bahan las tidak melebihi 80 MPa.
Gambar 5.11 Penyelesaian:
Diketahui: l = 1m = 1000 mm ; Tebal = 60 mm; s = 15 mm ; IJmax = 80 MPa = 80 N/mm2.
T = Torsi maksimum yang dapat ditahan sambungan las Kita mengetahui tegangan geser maksimum pada persamaan (5 – 8) adalah:
5.6 Kekuatan Butt Joint
Sambungan butt dirancang untuk tarik dan tekan. Perhatikan sambungan V-butt tunggal seperti pada Gambar 5.12 (a).
Gambar 5.12: Butt joint
Dalam butt joint, panjang ukuran las adalah sama dengan tebal leher yang sama dengan tebal plat.
Kekuatan tarik butt joint (single-V atau square butt joint),
P = t.l.ıt (5 – 9)
dimana l = panjang las. Secara umum sama dengan lebar plat. dan kekuatan tarik double-V butt joint seperti pada Gambar 5.12 (b) adalah:
P = (t1 + t2).l.ıt (5 – 10) dimana t1 = Tebal leher bagian atas, dan
t2 = Tebal leher bagian bawah.
Sebagai catatan bahwa ukuran las bisa lebih besar dari pada ketebalan plat, tetapi dapat juga lebih kecil. Tabel berikut menunjukkan ukuran las minimum yang direkomendasikan.
Tabel 5.1: Ukuran las minimum yang direkomendasikan.
Contoh 3:
Sebuah plat lebarnya 100 mm dan tebalnya 12,5 mm dilas ke plat lain dengan las fillet sejajar. Plat tersebut mendapat beban 50 kN. Tentukan panjang las jika tegangan maksimum tidak melebihi 56 MPa. Perhatikan bahwa sambungan las dibawah beban statis dan beban fatik/berulang-ulang (fatique).
Penyelesaian:
Diketahui: Lebar = 100 mm ; Tebal = 12,5 mm ; P = 50 kN = 50.103 N ; IJ = 56 MPa = 56 N/mm2.
x Panjang las untuk beban statis:
Misalkan l = Panjang las, dan
s = Ukuran las = tebal plat = 12,5 mm
Kita tahu bahwa beban maksimum yang dibawa plat untuk double paralel fillet weld (P) pada persamaan (5 – 5) adalah:
P = 1,414.s.l. IJ
50.103 = 1,414.12,5.l.56 = 990.l l = 50.103/990 = 50,5 mm
Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir las adalah:
l = 50,5 + 12,5 = 63 mm
x Panjang las untuk beban fatik
Dari tabel 5.2 di bawah ini kita dapat menentukan faktor konsentrasi tegangan untuk paralel fillet welding adalah 2,7.
Tabel 5.2 : Faktor konsentrasi tegangan
Tegangan geser yang diijinkan adalah:
IJ = 56/2,7 = 20,74 N/mm2.
Kita tahu bahwa beban maksimum yang dibawa plat untuk double paralel fillet weld (P) pada persamaan (5 – 5) adalah:
P = 1,414.s.l. IJ
50.103 =1,414.s.l. IJ = 1,414.12,5.l.20,74 = 367.l
l = 50.103/367 = 136,2 mm
Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir las adalah: l = 136,2 + 12,5 = 148,7 mm
Contoh 4:
Sebuah plat lebarnya 75 mm dan tebal 12,5 mm disambung dengan plat lain secara single transverse weld dan double paralel fillet weld seperti pada Gambar 5.13. Tegangan tarik maksimum 70 MPa dan tegangan geser maksimum 56 MPa. Tentukan panjang las setiap paralel fillet weld, jika sambungan dikenai beban statis dan fatik.
Gambar 5.13 Penyelesaian:
Diketahui: Lebar = 75 mm ; Tebal = 12,5 mm ; ıt = 70 MPa = 70 N/mm2 ;
IJ = 56 MPa = 56 N/mm2.
Panjang efektif las (l1) untuk transverse weld diperoleh dengan pengurangan 12,5 mm dari lebar plat.
l1 = 75 – 12,5 = 62,5 mm
x Panjang setiap fillet paralel untuk beban statis.
Misalkan l2 = Panjang setiap fillet paralel.
Kita tahu bahwa beban maksimum yang dapat dibawa plat adalah:
P = luas x tegangan = 75.12,5.70 = 65 625 N.
Beban yang dibawa oleh single transverse weld pada persamaan (5 – 2) adalah :
P1= 0,707.s.l1. ıt = 0,707.12,5.62,5.70 = 38 664 N
dan beban yang dibawa oleh double paralel fillet weld pada persamaan (5 – 5) adalah
P2 = 1,414.s.l2. IJ = 1,414.12,5.l2.56 = 990.l2
Beban yang dibawa oleh sambungan las (P): 65 625 = P1 + P2 = 38 664 + 990.l2
l2 = 27,2 mm
Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir las adalah: l2 = 27,2 + 12,5 = 39,7 mm § 40 mm x Panjang setiap fillet paralel untuk beban fatik.
Dari tabel 5.2, kita dapat menentukan faktor konsentrasi tegangan untuk transverse weld adalah 1,5 dan untuk paralel fillet weld adalah 2,7.
Tegangan tarik yang diijinkan adalah:
ıt = 70/1,5 = 46,7 N/mm2 dan tegangan geser yang diijinkan adalah:
IJ = 56/2,7 = 20,74 N/mm2
Beban yang dibawa oleh single transverse weld pada persamaan (5 – 2) adalah :
P1= 0,707.s.l1. ıt = 0,707.12,5.62,5.46,7 = 25 795 N
dan beban yang dibawa oleh double paralel fillet weld pada persamaan (5 – 5) adalah
P2 = 1,414.s.l2. IJ = 1,414.12,5.l2.20,74 = 366.l2
Beban yang dibawa oleh sambungan las (P): 65 625 = P1 + P2 = 25 795 + 366.l2
l2 = 108,8 mm
Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir las adalah: l2 = 108,8 + 12,5 = 121,3 mm § 122 mm 5.7 Beban eksentris sambungan las
Beban eksentris dapat terjadi pada sambungan las dengan berbagai cara. Ketika tegangan geser dan tegangan bending secara simultan terjadi pada sambungan, maka tegangan maksimum menjadi:
Tegangan normal maksimum adalah:
(5 – 11) Tegangan geser maksimum adalah:
(5 – 12) dimana ıb = Tegangan bending,
IJ = Tegangan geser
Ada dua kasus beban eksentris sambungan las, yaitu:
Kasus 1:
Perhatikan sambungan tetap T pada salah satu ujungnya dikenai beban eksentris P pada jarak e seperti pada Gambar 5.14.
misalkan l = Panjang las,
s = Ukuran las,
t = Tebal leher,
Sambungan mendapat dua jenis tegangan:
1. Tegangan geser langsung akibat gaya geser P pada las, dan 2. Tegangan bending akibat momen bending P x e.
Kita tahu bahwa luas leher las adalah:
A = Tebal leher x panjang las
= t.l.2 = 2 t l (untuk double fillet weld) = 2.0,707.s.l = 1,414.s.l (t = s.cos45o = 0,707.s) Tegangan geser pada las adalah:
(5 – 13) Section modulus dari logam las melalui leher las adalah:
(untuk kedua sisi las)
(5 – 14)
Momen bending, M = P.e
Tegangan bending, (5 – 15)
Kita tahu bahwa tegangan normal maksimum adalah lihat persamaan (5-11):
Tegangan geser maksimum adalah lihat persamaan (5-12):
Kasus 2:
Ketika sambungan las dibebani secara eksentris seperti pada Gambar 5.15, maka terjadi dua jenis tegangan berikut ini:
1. Tegangan geser utama, dan
2. Tegangan geser akibat momen puntir.
Gambar 5.15: Sambungan las dibebani secara eksentris Misalkan P = Beban eksentris,
e = Eksentrisitas yaitu yaitu jarak tegak lurus antara garis aksi beban dan pusat gravitasi (G) dari fillet.
l = Panjang las,
s = Ukuran las,
t = Tebal leher.
Dua gaya P1 dan P2 adalah didahului pada pusat gravitasi G dari sistem las. Pengaruh beban P1 = P adalah untuk menghasilkan tegangan geser utama yang diasumsikan seragam sepanjang las. Pengaruh P2 = P menghasilkan momen puntir sebesar
P x e yang memutar sambungan terhadap pusat gravitasi dari sistem las. Akibat momen puntir menimbulkan tegangan geser sekunder.
Kita tahu bahwa tegangan geser utama adalah sama dengan persamaan (5-13)
(luas leher untuk single fillet weld = t.l = 0,707s.l)
Ketika tegangan geser akibat momen puntir (T = P.e) pada beberapa bagian adalah seimbang untuk jarak radial dari G, sehingga tegangan akibat P.e pada titik A adalah seimbang dengan AG (r2) dan arahnya memutar ke kanan terhadap AG. Dapat ditulis:
dimana IJ2 adalah tegangan geser pada jarak maksimum (r2) dan IJ adalah tegangan geser pada jarak r.
Perhatikan sebuah bagian kecil dari las yang mempunyai luas dA pada jarak r dari G. Gaya geser pada bagian kecil ini adalah IJ.dA
dan momen puntir dari gaya geser terhadap G adalah:
Momen puntir total seluruh luas las adalah:
dimana J = Momen inersia polar dari luas leher terhadap G.
Tegangan geser akibat momen puntir yaitu tegangan geser sekunder adalah:
Menentukan resultan tegangan, tegangan geser utama dan sekunder adalah kombinasi secara vektor.
Resultan tegangan geser pada A,
dimana ș = sudut antara IJ1 dan IJ2 , dan cos ș = r1/r2
Catatan: Momen inersia polar pada luas leher (A) terhadap pusat gravitasi yang diperoleh dengan teorema sumbu sejajar yaitu:
(double fillet weld)
dimana A = luas leher = t.l = 0,707.s.l, l = panjang las,
Contoh 5:
Sambungan las seperti pada Gambar 5.16, menerima beban eksentris 2 kN. Tentukan ukuran las, jika tegangan geser maksimum dalam las adalah 25 MPa.
Penyelesaian:
Diketahui: P = 2kN = 2000 N ; e = 120 mm ; l = 40 mm ; IJmax = 25 MPa = 25 N/mm2. misalkan s = Ukuran las dalam mm, dan
t = tebal leher las.
Sambungan las pada Gambar 5.16 menerima tegangan geser utama akibat gaya geser P = 2000 N dan tegangan bending akibat momen bending P.e.
Kita tahu bahwa luas leher adalah:
A = 2t.l = 2.0,707.s.l
= 1,414.s.l = 1,414.s.40 = 56,56.s
Tegangan Geser: (5 – 13)
Momen bending, M = P.e = 2000.120 = 240.103 N-mm
Section Modulus las melalui leher , (5 – 14)
Tegangan bending,
Kita tahu bahwa tegangan geser maksimum seperti pada persamaan (5-12) adalah:
Contoh 6:
Sebuah poros pejal berdiameter 50 mm dilas ke plat tipis seperti pada Gambar 5.17. Jika ukuran las 15 mm, tentukan tegangan geser maksimum dan tegangan normal maksimum dalam las.
Penyelesaian:
Diketahui: D = 50 mm ; s = 15 mm ; P = 10kN = 10000 N ; e = 200 mm. Luas leher untuk las fillet melingkar adalah:
Tegangan geser utama:
Momen bending M = P.e = 10000. 200 = 2.106 Nmm.
Dari tabel 5.3, untuk las-lasan melingkar kita dapat menentukan section modulus:
Tegangan bending adalah:
x Tegangan normal maksimum
x Tegangan Geser maksimum:
Contoh 7:
Sebuah balok berpenampang persegi dilas dengan las fillet seperti pada Gambar 5.18. Tentukan ukuran las, jika tegangan geser yang diijinkan dibatasi 75 MPa.
Penyelesaian:
diketahui: P = 25kN = 25.103 N ; IJmax = 75 MPa = 75 N/mm2 ; l = 100 mm ; b = 150 mm;
e = 500 mm
Sambungan las menerima tegangan geser utama dan tegangan bending. Luas leher untuk las fillet persegi adalah:
Tegangan geser utama adalah:
Tegangan bending adalah: M = P.e = 25.103 .500 = 12,5.106 Nmm. Dari tabel 5.3 untuk bagian las persegi, section modulus adalah:
Tegangan bending adalah:
Tegangan geser maksimum adalah:
(s = ukuran las)
Contoh 8:
Sebuah plat baja persegi dilas seperti cantilever ke kolom vertikal dan mendukung beban P seperti pada Gambar 5.19. Tentukan ukuran las jika tegangan geser tidak melebihi 140 MPa.
(b) (a)
Penyelesaian:
Diketahui: P = 60kN = 60.103 N ; b = 100 mm ; l = 50 mm ; IJ = 140 MPa = 140 N/mm2
Pertama menentukan pusat gravitasi sistem las seperti pada Gambar 5.19 (b). Dari tabel 5.3, kita dapat menentukan
dan momen inersia polar untuk luas leher sistem las terhadap G adalah:
Jarak beban dari pusat gravitasi (G) yaitu eksentrisitas adalah:
Radius maksimum dari las adalah:
Luas leher sistem las adalah:
Tegangan geser utama adalah:
Resultan tegangan geser adalah:
(s = ukuran las)
Latihan:
1. Sebuah plat lebarnya 10A mm dan tebal 1A mm dilas dengan plat lain secara transverse weld pada ujungnya. Jika plat dikenai beban 7A kN, tentukan ukuran las untuk beban statis dan beban fatik. Tegangan tarik yang diijinkan tidak melebihi 7A MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan).
2. Jika plat pada soal no.1 di atas disambung dengan double fillet dan tegangan geser tidak melebihi 56 MPa, tentukan panjang las untuk (a) beban statis dan (b) beban dinamis.
3. Batang baja melingkar berdiameter 5A mm dan panjang 20A mm dilas secara melingkar ke sebuah plat baja kemudian ujung batang baja dikenai beban 5 kN. Tentukan ukuran las, dengan asumsi tegangan yang diijinkan dalam las adalah 10A MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan). Petunjuk
4. Sebuah poros pejal persegi ukuran 8A mm x 5A mm dilas secara fillet weld 5 mm pada seluruh sisinya ke plat tipis dengan sumbu tegak lurus ke permukaan plat. Tentukan torsi maksimum yang dapat diterapkan poros, jika tegangan geser dalam las tidak melebihi 85 MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan). Petunjuk
5. Sebuah plat dilas secara fillet weld dengan tebal t = 10 mm seperti pada Gambar 5.20. Tentukan Tegangan geser maksimum dalam las, asumsikan setiap las panjangnya 100 mm.
6. Gambar 5.21 menunjukkan sebuah sambunga las yang dikenai beban eksentris 20kN. Pengelasan hanya satu sisi. Tentukan ukuran las seragam jika tegangan geser yang diijinkan untuk bahan las adalah 8A MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan).
Gambar 5.20 Gambar 5.21
7. Sebuah braket dilas ke sisi tiang (column) dan membawa beban vertikal P seperti pada Gambar 5.22. Tentukan P jika tegangan geser maksimum pada 10 mm fillet weld adalah 8A MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan).
8. Sebuah bracket seperti pada Gambar 2.23 membawa beban 40 kN. Hitung ukuran las jika tegangan geser yang diijinkan 8A MPa. (Huruf A diatas diganti dengan nomor terakhir NIM yang mengerjakan).
BAB VI
