PENGARUH VARIASI SUDUT KAMPUH V TUNGGAL DAN KUAT ARUS PADA SAMBUNGAN LOGAM ALUMINIUM – Mg 5083 TERHADAP KEKUATAN TARIK HASIL PENGELASAN TIG
TESIS
OLEH
ALJUFRI 037015020/ TM
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
ABSTRAK
Ketangguhan suatu bahan sangat dipengaruhi oleh sifat mekanik dan sifat fisik bahan tersebut pada proses penyambungan dengan menggunakan pengelasan sifat-sifat tersebut akan berubah akibat pengaruh pemanasan. Untuk mengkaji hal tersebut disusunlah sebuah konsep penelitian yang terdiri dari empat tahapan. Pertama mengukur kekuatan tarik hasil pengelasan akibat variasi besaran sudut kampuh V 700, 800, 900, kedua mendapatkan kuat arus yang sesuai untuk pengelasan material Al- Mg 5083, ketiga pemeriksaan cacat las yang terjadi setelah proses pengelasan dan tahapan keempat melihat struktur makro logam setelah pengujian tarik. Dari keempat tahapan terebut akan dapat diketahui sejauh mana pengaruh sudut kampuh dan kuat arus hasil pengelasan TIG. Hasil pengujian menunjukan pengelasan dengan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A berdasarkan variasi sudut kampuh dengan kuat arus 100 A sudut kampuh 900 mempunyai tegangan tarik rata-rata lebih baik dibandingkan sudut kampuh 800 dan 700, tegangan yang dihasilkan untuk sudut kampuh 700 = 78.85 MPa, 800 = 96.82 MPa dan 900 =135.04 MPa. Pengujian pada pengelasan TIG untuk paduan Al-Mg 5083, faktor kuat arus sangat mempengaruhi hasil lasan (kekuatan tarik). Disini terlihat kuat arus 100 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih baik dibandingkan 125 A dan 150 A. Secara umum penampakan struktur makro pada setiap variasi arus pengelasan dan sudut kampuh memiliki bentuk butir yang sama, pengamatan dilakukan pada bagian tengah dan tepi pada patahan Al-Mg 5083 hasil pengujian tarik dengan pembesaran 50 x.
ABSTRACT
The strength of material is afected by the mechanical and physical characteristics of material. The joining process of material in the welding application will change characteristics of material because of heating processes. The study consists of four parts. Firstly, the tensile strenght of specimen were measured for welding groove of 700, 800, and 900. Secondly, the suitable arc current for material made of Al-Mg 5083 is arraaged. Thirdly, the welding defects resulted during welding process were observed. Finally the macro structure of metal after tensile test is investigated. From the four stages of experiment, the effect of groove (the angle) and the arc current on the strength of welding under TIG is studied. The results of experiment with the arc current of 100A, 125A and 150A show that the arc current of 100 A with groove angle of 900 produces a good result with average tensile strength of 135,04 MPa compared to tensile strength result of groove angles 800 and 700 which is 96,82 MPa and 78,85 MPa. The welding test using TIG for Al-Mg 5083 alloy, shows that the effect of arc current was significant on the strength of welding. The results also prove that the arc current of 100A produces tensile strength higher than 125A and 150A in general. The existence of macro – structure at each arc current and groove angle have the same granular form, and it is clearly observed at the middle and the edge of Al-Mg 5083 cracked sample resulted by tensile test with 50 magnitude optical microscope.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “Pengaruh Variasi Sudut Kampuh V Tunggal dan Kuat Arus Pada Sambungan Logam Aluminium-Mg 5083 Terhadap Kekuatan Tarik Hasil Pengelasan TIG”.
Penulisan tesis ini terlaksana berkat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak terutama komisi pembimbing yang telah banyak memberi masukan saran demi kesempurnaan pelaksanaan penelitian.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada: Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M. Eng, Ir. Alfian Hamsi, M. Sc dan Ir.Humisar Sibarani, MS.Met, selaku komisi pembimbing yang telah memberikan petunjuk dan arahan dalam penyelesaian tesis ini.
Terimakasih juga kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Program Studi dan Sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs USU yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas demi terlaksananya penelitian.
Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh yang telah memberi fasilitas pemakaian laboratorium
Bapak-bapak dosen yang telah memberikan tanggapan dan saranperbaikan serta rekan-rekan seangkatan dan rekan- rekan di PT, Arun yang telah begitu banyak membantu dan berpartisipasi terutama kepada Bapak Imam Sidarta didalam penyediaan material, tenaga welding dan welding inspection sehingga dapat selesainya tesis ini.
Terimakasih yang tak terhingga penulis ucapkan kepada Alm, Ayahanda dan Ibunda yang telah berjuang jiwa dan raga serta doa untuk ananda sehingga apa yang ananda cita-citakan terkabul sekarang ini. Kepada Yusrawati isteri tercinta yang selama ini telah begitu banyak berkorban, mendukung dan memberi motivasi demi kelancaran studi bagi penulis serta Anak-anak tersayang Alief Aqsha Ulhawa dan Alya Mizdalifa Azurra juga Saudara-saudaraku Syamsir Alam, Wiwik serta Karmawan, yang turut memberi semangat selama ini hingga penulis dapat menyelesaikan studi dan Buku Tesis pada Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara.
Medan, Januari, 2008 Penulis,
Aljufri
RIWAYAT HIDUP
Nama : ALJUFRI
Tempat/Tanggal lahir : Lhokseumawe,10 Januari 1968
Alamat : Jln. Banda Aceh-Medan, Lrg kuala Tari No.10. Ds, Alue Awe. Pemkot Lhokseumawe
Pekerjaan : Staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Malikussaleh Lhokseumawe
RIWAYAT PENDIDIKAN
1. Sekolah Dasar Negeri No.4 Lhokseumawe 1982 2. Sekolah Menengah Pertama No.1 Lhokseumawe 1985 3. Sekolah Menengah Atas Negeri Lhokseumawe 1988
4. S 1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Malikussaleh Lhokseumawe 1995
RIWAYAT PEKERJAAAN.
1. Kepala Laboratorium Teknik Mesin Universitas Malikussaleh Tahun 2001-2002. 2. Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Malikussaleh Tahun 2002 – 2003. 3. Sekretaris pada Lembaga Pengembangan Tenaga Proffesional (LPTP) NAD, hingga sekarang
4. Sekjend (meUgr@d) Mechanical Enginerring Universitas Malikussaleh Graduated.
PELATIHAN YANG DIUKUTI
1. Pelatihan Software “CAESAR II” (piping), diadakan oleh . PT.Arun bekerja sama dengan Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN), 29 Sep – 03 Okt 2003 2. Pelatihan “AKSES INTERNET” diadakan oleh Pusat Informasi dan Komputerisasi UNIMAL Lhokseumawe 29-31 Des 2003.
4. Workshop On “MSC / NASTRAN” diadakan oleh IC – STAR USU Medan, 27 November- 24 December 2004.
5. Pelatihan “FINITE ELEMEN METHODE (FEM)” diadakan oleh Program HIBAH A1, Jurusan Teknik Mesin UNIMAL Lhokseumawe, 01 – 08 Agust 2005.
KEPANITIAAN & SEMINAR YANG DIIKUTI
1. “KOORDINATOR SEKSI PUBLIKASI & DOKUMENTASI” pada acara DIES NATALIS 1 Universitas Malikussaleh (UNIMAL), 18-23 Okt 2002
2. PANITIA pembentukan Program Studi baru “TEKNIK ARSITEKTUR,- TEKNIK INFORMATIKA, TEKNIK PERKAPALAN” Universitas Malikussaleh Lhokseumawe, 24 maret 2003
3. PESERTA pada Seminar tentang “PENGEMBANGAN PENDIDIKAN TINGGI & KEBIJAKAN PUBLIK DALAM RANGKA PERCEPATAN PEMBANGUNAN DI ERA OTONOMI DAERAH” Universitas Malikussaleh, Lhokseumawe 23 Oktober 2002
4. PESERTA pada acara Diskusi Panel “VISI UNIVERSITAS MENUJU GLOBALISASI” Fak. Fisip Universitas Malikussaleh Lhokseumawe, 6 Nov 2002 5. PESERTA pada “LOKAKARYA PENYEMPURNAAN KURIKULUM” Jurusan BudiDaya Pertanian Program Studi Agronomi. Universitas Malokussaleh Lhokseumawe, 20 Nov 2002
6. PESERTA pada seminar Regional “MEMBEDAH KINERJA LEMBAGA LEGISLATIF ACEH UTARA ” Fakultas Hukum Universitas Malikussaleh Lhokseumawe, 7 Jan 2003
7. PESERTA pada seminar “MENINJAU FUNGSI & PERAN DPRD ACEH UTARA MENYONGSONG APBD PERDAMAIAN 2003” Fak. Fisip Universitas Malikussaleh Lhokseumawe, 15 Jan 2003
TEKNOLOGI HASILPERTANIAN, AGRIBISNIS & HOLTIKULTURA” Fak Pertanian Universitas Malikussaleh Lhokseumawe, 16 Jan 2003
9. PESERTA The 4th Regional Conference “ ON COMPUTATIONAL MECHANICS & NUMERICAL ANALISIS 2003” (CNMA-2003) Unsyiah Banda Aceh, 5 April 2003
10.PESERTA pada Seminar Nasional “ REPOSISI & REORIENTASI JURUSAN TEKNIK MESIN” Politeknik Negeri Lhokseumawe, 10 Jan 2004
11. PESERTA pada “SEMINAR KURIKULUM BERBASIS KOMPENTENSI PHK A1 JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MALIKUSSALEH” Lhokseumawe, 03Des 2005
12. PESERTA pada Loka Karya “PENGEMBANGAN KURIKULUM TEKNIK KIMIA BERBASIS KOMPENTENSI DALAM RANGKA PEMANMAATAN SUMBER DAYA ALAM” Lhokseumae, 01 Juni 2006
PENGALAMAN DALAM BIDANG PENELITIAN
BAB. 3. METODE PENELITIAN ……….. 3.1. Tempat dan Waktu ……… 3.1.1. Tempat ………. 3.1.2. Waktu ……….. 3.2. Bahan, Peralatan dan Metode ……… 3.2.1. Bahan ………... 3.5.1. Pemeriksaan Cacat Las ……… 3.5.2. Pengujian Tarik ……… 3.5.3 Pengamatan Struktur Makro .………... 3.6. Variabel yang Diamati ……….. 3.7. Analisa Data ……….. BAB.4. HASIL DAN PEMBAHASAN ……….... 4.1. Pendahuluan ……….. 4.2. Spesimen ujitarik Aluminium- Mg 5083 ………... 4.3. Sifat mekanis Aluminium-Mg 5083 hasil uji tarik ……… 4.4 Analisa Statistik dengan metode Anova (varian) ………..
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
N0 Judul Halaman 1.1 Pembagian Proses Pengelas ………..
3.4 Proses pemeriksaan NDT pada permukaan logam las………... 3.5 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ……… 4.1 Spesimen Uji Tarik ……… 4.11 Grafik hasil pengujian statistik dengan menggunakan metode analisis varian (anova) ……… 4.12 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 700 dengan kuat arus 100 A pembesaran 50 x ………. 4.13 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 700dengan kuat arus
4.14 Struktur makro pada patahan spesimen sudut 700 dengan kuat arus 150 A. pembesaran 50 x ……… 4.14 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 800 dengan kuat arus 100A pembesaran 50 x……… 4.15 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 800 dengan kuat arus 125 A pembesaran 50 x ………. 4.16 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 800 dengan kuat arus 150 A pembesaran 50 x ………. 4.17 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 900 dengan kuat arus
100 A. pembesaran 50 x ……… 4.19 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 900 dengan kuat arus 125 A. pembesaran 50 x ……… 4.20 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 900 dengan kuat arus 150 A. pembesaran 50 x ………
68
68
69
69
70
70
DAFTAR LAMPIRAN
N0 Judul Halaman 1 Gambar Setup Mesin Uji Tarik, HT - 9502 Computer Hydrolic
Universal Testing Machine ………. 1 Gambar Setup Microscope Struktur, BX 51 M System Metallurgical Microscope ……….. 3 Gambar Alat Uji Non Destructif Test, Ultra Sonic Test ……… 4 Gambar Mesin Las merk Miller made in USA ………... 5 Gambar Elekrtoda Las ……… 6 Gambar Data hasil pemeriksaan cacat las ………... 7 Gambar Spesimen Al - Mg 5083 yang telah dilas sesudah pengujian tarik ………. 8 Gambar Bentuk patahan spesimen setelah ujitarik ……….
77
78 79 80 81 82
DAFTAR NOTASI
DAFTAR ISTILAH
American Society of Mechanical Engineers
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Teknologi pengelasan merupakan salah satu bagian yang tidak bisa dipisahkan dalam teknologi manufaktur. Secara umum pengelasan dapat diartikan sebagai suatu ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan pada saat logam dalam keadaan cair. Sekarang ini pengelasan merupakan pelaksanaan pekerjaan yang amat penting dalam teknologi produksi dengan bahan baku logam. Pada sambungan – sambungan konstruksi mesin, banyak penggunaan teknik pengelasan karena dengan menggunakan teknik ini sambungan menjadi lebih ringan dan lebih sederhana dalam pembuatannya sehingga biaya produksi dapat lebih murah.
Untuk beberapa keperluan seperti penyambungan kontruksi mesin digunakan pengelasan dengan gas mulia. Pengelasan dengan gas mulia dipilih dikarenakan hasil dari pengelasan tersebut lebih bersih, kuat, dan disamping itu dapat digunakan pada material non ferro seperti Aluminium (Al).
Tungsten Innert Gas (TIG welding) adalah metode pengelasan dimana busur listrik terjadi diantara elektroda yang tidak leleh dengan benda kerja. Sekeliling elektrodanya disalurkan gas innert yang berfungsi sebagai pelindung terhadap kontaminasi udara dimana gas tersebut tidak bereaksi dengan zat apapun, sehingga tiap pencemaran terhadap pengelasan dapat dihindarkan.
Kerusakan merupakan suatu hal yang sering terjadi pada peralatan kilang, demikian juga dengan MHE (Main Heat Exchanger), pada saat beroperasi MHE selalu diamati dan dipelajari seluruh parameternya. Perubahan tekanan dan perubahan unsur metana pada MCR (Multi Componen Refrigeran) ini akan diketahui bahwa MHE telah mengalami kerusakan dan perlu dilakukan perbaikan, karena pengaruh kondisi operasi kerusakan yang terjadi seperti retak dan bocor.
arus yang lebih besar dari yang seharusnya digunakan untuk ukuran dan tipe elektroda.
Elektroda yang digunakan cacat atau retak, serta penggunaan logam las yang tidak sesuai dengan logam induk. Melihat dari sebab - sebab keretakan dan kebocoran akibat penyambungan (pengelasan) pada material pipa tersebut, penelitian akan dilakukan dengan mevariasikan sudut kampuh V tunggal dan kuat arus dengan menggunakan pengelasan TIG.
Hasil survey dikilang pengolahan gas tersebut didapat data-data kondisi operasional dari MHE yaitu, pipa penghubung yang akan diteliti terbuat dari material Al-Mg 5083 dengan Yield Strength,
σ
y =21,000psi(145 MPa), Ultimate Strengthσ u = 42,000 psi (230 MPa), Elongation 22%. Mempunyai diameter 7 inchi dengan
ketebalan antara (6 - 10) mm. Kondisi operasi gas mengalir di dalam pipa bertekanan 42 - 43, 29 kg/cm2, dan kapasitas gas 11500m3 [1].
Dari data Welding Procedure Specification (WPS) pipa penghubung pada gambar 1.2 menggunakan sudut kampuh V 700 - 800, voltase pengelasan 20 - 25 volt, kecepatan pengelasan 5-9 in/menit serta kuat arus yang digunakan 120 A–190 A. Jenis arus yang digunakan AC - HF, Filler Metal (logam pengisi) ER - 5356 dengan diameter 3,2 mm.
Gambar 1.2 Main Heat Exchanger [1]
Sambungan pada pipa yang dilas
1.2 Perumusan Masalah
sering terjadi kebocoran dan keretakan akibat kurang diperhatikan jenis kampuh dan besar sudut yang digunakan. Berdasarkan permasalahan di atas, perlu diteliti jenis kampuh yang sering digunakan yaitu bentuk V tunggal. Dengan memvariasikan sudut kampuh dan kuat arus yang digunakan, pada kampuh V tunggal logam pengisi dapat masuk diantara celah sambungan dan menyatukan seluruh permukaan material yang akan di las. Dengan menggunakan pengelasan TIG diharapkan dapat menghasilkan suatu sambungan yang optimal baik dari segi kekuatan maupun ketahanan bocor terhadap gas.
Agar lingkup penelitian ini tidak meluas, maka penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal yaitu:
1 Proses las : Jenis pengelasan yang digunakan adalah TIG (Tungsten Inert Gas), dilakukan secara manual yang dikerjakan oleh tenaga las yang telah memiliki sertifikasi. Elektroda yang digunakan adalah Tungsten Type thoirated sesuai dengan Standar AWS (American Welding Society) 12 - 80 %, yang berdiameter 2,4 mm Filler metal (logam pengisi) dengan spesifikasi SEA 5.0 yang digunakan sesuai standar AWS. AS 12 – 80. ER 5356, diameter 3,2 mm/Root Pass [2].
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1. Tujuan umum
Secara garis besar tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi sambungan yang optimal dengan menggunakan sudut kampuh V tunggal dan kuat arus yang divariasikan pada sambungan material Aluminium - Magnesium 5083, hasil pengelasan Tungsten Innert Gas (TIG) terhadap kekuatan tarik.
1.3.2. Tujuan khusus
1. Mengukur kekuatan tarik hasil pengelasan akibat variasi besaran sudut kampuh V 700, 800, 900.
2. Mendapatkan kuat arus yang sesuai untuk pengelasan material Al- Mg 5083. 3. Memeriksa cacat las yang terjadi setelah proses pengelasan
4. Melihat struktur makro pada patahan logam setelah pengujian tarik
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini nantinya merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan tinggi, agar dapat memberikan konstribusi dan pengembangan ilmu tentang pengelasan, terutama dalam pengelasan TIG.
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengelasan
Pengelasan (Welding) adalah proses penyambungan dua buah logam atau lebih dengan menggunakan proses pemanasan setempat, sehingga terjadi ikatan metalurgi antara logam-logam yang disambung. Proses penyambungan logam dewasa ini banyak dipakai di industri untuk pekerjaan konstruksi, pembuatan mesin, peralatan pabrik, konstruksi perpipaan serta pekerjaan lain yang memerlukan sambungan. Dalam setiap proses pengejaan pengelasan harus memenuhi standar tertentu yaitu: ASME, ( American Society of Mechanical Engineers), API (American Petroleum Institute). Dalam hal ini pemilihan proses las, pemilihan logam pengisi (filler metal), perencanaan prosedur las, kualifikasi prosedur pengelasan, perancangan dan prosedur pabrikasi, serta sistem pengendalian mutu harus dilakukan mengikuti peraturan yang berlaku dalam standar.
Treatment ) dan arus listrik yang dipakai, untuk semua pekerjaan tersebut perlu adanya spesifikasi prosedur pengelasan, WPS (Welding Procedure Specification). Pada pengelasan TIG prosedur telah dirancang menurut ketentuan AWS, standar diuji kualitas nya dengan berbagai uji test baik NDT (Non Destructif Test) maupun mechanical test result, yang dibuktikan dengan suatu kualifikasi yang disebut kualifikasi prosedur. Pelaksanaan kualifikasi diatur oleh ASME sect IX standar.
Pengelasan yang paling popular di Indonesia yaitu pengelasan dengan busur nyala listrik (SMAW), dibeberapa Industri yang mempergunakan teknologi canggih, telah menggunakan jenis las TIG, MIG dan las tahan listrik (ERW). serta las busur terendam (SAW).
Jenis-jenis pengelasan yang umumnya dilakukan adalah: 1. Proses pengelasan busur logam terbungkus (SMAW)
Salah satu jenis proses las busur listrik elektoda terumpan, yang menggunakan busur listrik yang terjadi antara elektroda dan benda kerja setempat, kemudian membentuk paduan serta membeku menjadi lasan. Elektroda terbungkus yang berfungsi sebagai fluks akan terbakar pada waktu proses pengelasan dan gas yang terjadi akan melindungi proses pengelasan terhadap pengaruh udara luar, cairan yang terbungkus akan terapung membeku pada permukaan las yang disebut slag.
Proses pengelasan elektroda terbungkus terlihat pada gambar 2.1
Gambar.2.1 Proses pengelasan busur las terbungkus (SMAW) 2. Proses pengelasan busur terendam (SAW)
Ini adalah salah satu pengelasan dimana logam cair ditutup dengan fluks yang diatur melalui suatu penampang fluks dan elektroda yang merupakan kawat pejal diumpankan secara terus menerus, dalam pengelasan ini busur listrik nya terendam dalam fluks dapat dilihat pada gambar 2.2. Prinsip las busur terendam ini material yang dilas adalah baja karbon rendah, dengan kadar karbon tidak lebih dari 0, 05%. Baja karbon menengah dan baja konstruksi paduan rendah dapat juga dilas dengan proses SAW, namun harus dengan perlakuan panas khusus dan elektroda khusus.
3. Proses pengelasan busur logam gas (GMAW)
Jenis pengelasan ini menggunakan busur api listrik sebagai sumber panas untuk peleburan logam, perlindungan terhadap logam cair menggunakan gas mulia (inert gas) atau CO2 merupakan elektroda terumpan yang diperlihatkan pada
gambar 2.3. Proses GMAW dimodifikasikan juga dengan proses menggunakan fluks yaitu dengan penambahan fluks yang magnetig (magnetizen - fluks) atau
fluks yang diberikan sebagai inti (fluks cored wire).
Gambar.2.3 Proses pengelasan busur logam gas (GMAW)
4. Proses pengelasan busur berinti fluks (FCAW)
FCAW merupakan proses pengelasan busur listrik elektroda terumpan. Proses peleburan logam terjadi diantara logam induk dengan elektroda berbentuk turbolens yang sekaligus menjadi bahan pengisi, fluks merupakan inti dari elektroda dan terbakar menjadi gas, akan melindugi proses dari udara luar, seperti gambar 2.4.
Gambar.2.4 Proses pengelasan berinti fluks (FCAW) 5. Proses pengelasan busur tungsten gas (GTAW)
Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram), sedangkan bahan penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang dilas dan terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari torch
biasanya berupa gas argon 99%. Pada proses pengelasan ini peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada gambar 2.5.
2.2 Desain Sambungan Las
Desain sambungan las dan bentuk sambungan (welding joint), serta bentuk dan ukuran alur las dalam konstruksi untuk merancang sambungan las adalah:
1. Persyaratan umum atau spesifikasi mutu (kekuatan) yang di inginkan. 2. Bentuk dan ukuran konstruksi las
3. Tegangan timbul akibat pengelasan (residual stress), maupun tegangan yang diperhitungkan akan timbul akibat pemakaian (pembebanan)
4. Jenis proses las yang boleh dipakai
Beberapa Standar telah mengatur jenis – jenis sambungan, ada sembilan jenis alur sambungan (kampuh) las yang utama seperti pada gambar 2.6
2.3 Pengelasan TIG
TIG (Tungsten Innert Gas) adalah suatu proses pengelasan busur listrik elektroda tidak terumpan, dengan menggunakan gas mulia sebagai pelindung terhadap pengaruh udara luar, Pada proses pengelasan TIG peleburan logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dengan logam induk.
Pada jenis ini logam pengisi dimasukan kedalam daerah arus busur sehingga mencair dan terbawa ke logam induk. Las TIG dapat dilaksanakan secara manual atau secara otomatis dengan mengotomatisasikan cara pengumpanan logam pengisi.
Penggunaan las TIG mempunyai dua keuntungan, pertama kecepatan pengumpanan logam pengisi dapat diatur terlepas dari besarnya arus listrik sehingga penetrasi kedalam logam induk dapat diatur semaunya. Cara pengaturan ini memungkinkan las TIG dapat digunakan dengan memuaskan baik untuk pelat baja tipis maupun pelat yang tebal. Sedangkan untuk Aluminium karena permukaannya selalu dilapisi dengan oksida yang mempunyai titik cair yang tinggi, maka sebaiknya memakai arus bolak balik frekuensi tinggi.
sampai 4,8 mm. Gas yang dipakai untuk pelindung adalah gas Argon murni, karena pencampuran dengan O2 atau CO2 yang bersifat oksidator akan mempercepat keausan
ujung elektroda. Skema las TIG seperti diperlihatkan pada gambar, 2.7.
2
Keterangan Gambar.
1. Gas Argon 2. Box Pengatur Suhu pengelasan 3. Saluran Elektroda 4. Saluran Gas
5. Penyuplai Air dingin 6. Saluran Work
7. Saluran Air keluar 8. Torch
9. Logam Pengisi 10. Logam induk 11. Tombol kaki
Gambar 2.7 Skema Las TIG 1
10
7 9
8 5
4
3 6
Penggunaan logam pengisi tidak ada batasnya, biasanya logam pengisi diambil logam yang mempunyai komposisi yang sama dengan logam induk. Penggunaan mesin las TIG untuk beberapa jenis logam dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Penggunaan Mesin Las TIG untuk beberapa logam [4] panas, karena proses ini maka logam disekitar lasan mengalami siklus termal cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan – tegangan termal. Hal ini sangat erat hubunganya dengan ketangguhan, cacat las, retak dan lain sebagainya yang umumnya mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi las
mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone.
Harsono W [4], menjelaskan daerah lasan terdiri dari tiga bagian:
1. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair kemudian membeku.
2. Fusion Line, garis penggabungan atau garis batas cair antara logam las dan logam Induk
3. Daerah pengaruh panas disebut HAZ (Heat Affected Zone), adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las selama pengelasan mengalami pemanasan dan pendinginan yang cepat Pembagian daerah lasan dapat dilihat pada gambar 2.8.
2
4 1
3
Keterangan: 1. Weld Metal (Logam Las)
2. Fusion Line (Garis Penggabungan)
3. H A Z (Daerah Pengaruh Panas)
4. Logam Induk
2.4.1 Siklus termal daerah las
Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan pada daerah lasan, sebagai contoh dapat dilihat pada gambar. 2.9 dan gambar 2.10, menunjukan siklus termal daerah lasan. Pada gambar 2.9 dapat dilihat siklus termal dari beberapa tempat dalam daerah HAZ dengan kondisi pengelasan tetap, sedangkan pada gambar 2.10 menunjukan siklus termal disekitar lasan dengan kondisi pengelasan yang berbeda. Lamanya pendinginan dalam suatu daerah temperatur tertentu dari suatu siklus termal las sangat mempengaruhi kualitas sambungan, karena itu banyak sekali usaha-usaha pendekatan untuk menentukan lamanya waktu pendinginan tersebut.
Struktur makro dan sifat mekanik dari daerah HAZ sebagian besar tergantung pada lamanya pendinginan dari temperatur 8000C sampai 5000C, sedangkan retak dingin dimana hidrogen memegang peranan penting terjadinya sangat tergantung oleh lamanya pendinginan dari temperatur 8000C sampai 3000C atau 1000C.
Gambar 2.10 Siklus termal disekitar lasan dengan kondisi pengelasan yang berbeda
2.4.2 Ketangguhan daerah lasan
Bila patah getas terjadi pada logam dengan daya tahan yang rendah, perpatahan tersebut dapat merambat dengan kecepatan sampai 200 m/detik, yang dapat menyebabkan kerusakan dalam waktu yang sangat singkat sekali.
Dalam hal sambungan las patah getas ini menjadi lebih penting karena adanya faktor – faktor yang membantu seperti: konsentrasi tegangan, struktur tidak sesuai dan adanya cacat dalam lasan. Pengaruh struktur logam las terhadap ketangguhan pada dasarnya sama seperti pada batas las, tetapi pada logam las dalam proses pengelasan ini mencair dan kemudian membeku maka kemungkinan besar terjadi pemisahan komponen yang menyebabkan terjadinya struktur yang tidak homogen.
2.4.3 Ketangguhan logam las
lain. Komposisi logam las sudah barang tentu tergantung daripada proses pengelasan tetapi dapat diperkirakan bahwa komposisinya terdiri dari komponen logam induk dan komponen bahan las yang digunakan.
Dalam menganalisa ketangguhan logam las harus diperhatikan pengaruh unsur lain yang terserap selama proses pengelasan, terutama oksigen, dan pengaruh dari struktur logam itu sendiri. Struktur logam daerah pengaruh panas atau HAZ berubah secara berangsur dari struktur logam induk ke struktur logam las, pada daerah HAZ dekat dengan daerah lebur, kristal tumbuh dengan cepat dan membentuk butir-butir kasar daerah ini dinamakan batas las.
Didalam daerah pengaruh panas besar butir dan struktur berubah sesuai dengan siklus termal yang terjadi pada waktu pengelasan, karena siklus termal yang terjadi sangat komplek sehingga ketangguhannyapun semakin komplek.
2.4.4 Retak pada daerah las
Retak las dapat dibagi dalam dua kelompok yaitu retak dingin dan retak panas. Retak dingin adalah: retak yang terjadi di daerah las pada suhu dibawah suhu transformasi martensit (Ms) yang tinggi nya kira – kira 3000 C. Retak dingin dapat
terjadi tidak hanya pada daerah HAZ, tetapi juga pada logam las.
2.5 Aluminium
Aluminium adalah paduan logam ringan yang mempunyai kekuatan tinggi tahan terhadap korosi, dan merupakan konduktor listrik yang cukup baik. Paduan Aluminium dapat diklasifikasikan dalam tiga bagian yaitu:
1. Berdasarkan pembuatan, klasifikasi paduan cor dan paduan tempa 2. Berdasarkan perlakuan panas
3. Berdasarkan unsur – unsur paduan
Berdasarkan klasifikasinya aluminium dibagi dalam tujuh jenis yaitu : 1. Jenis Al – murni (seri 1000)
Jenis ini adalah Aluminium dengan kemurnian antara 99% s/d 99,9%, Aluminium dalam seri ini disamping sifatnya baik dan tahan karat, konduksi panas dan konduksi listrik yang dapat memiliki sifat yang memuaskan dalam mampu las dan mampu potong, hal yang kurang menguntungkan adalah dari segi kekuatannya yang rendah.
2. Jenis paduan Al – Cu (seri 2000)
3. Jenis paduan Al – Mn (seri 3000)
Paduan ini adalah jenis yang tidak dapat diperlaku – panaskan sehingga penaikan kekuatannya hanya dapat diusahakan melalui pengerjaan dingin dalam proses pembuatannya dari segi kekuatan jenis paduan ini lebih unggul dari pada jenis Aluminium murni.
4. Paduan jenis Al – Si (seri 4000)
Paduan Al – Si termasuk jenis yang tidak dapat diperlaku panaskan, jenis ini dalam keadaan cair mempunyai sifat mampu alir yang baik dan dalam proses pembekuanya hampir tidak terjadi retak. Karena sifat – sifat nya, maka paduan jenis ini banyak digunakan sebagai bahan atau logam las dalam pengelasan paduan aluminium baik paduan cor maupun paduan tempa.
5. Paduan jenis Al – Mg (seri 5000)
Jenis ini tidak termasuk paduan yang tidak dapat diperlaku – panaskan, tetapi mempunyai sifat yang baik dalam daya tahan korosi, terutama korosi oleh air laut, dan dalam sifat mampu – las nya. Paduan Al – Mg banyak digunakan tidak hanya dalam konstruksi umum, tetapi juga untuk tangki – tangki penyimpanan gas alam cair dan oksigen cair. Karena Al – Mg mempunyai sifat tahan korosi dan ringan, maka dapat digunakan untuk pekerjaan konstruksi terutama untuk daerah yang berkorosif.
6. Paduan jenis AL – Mg – Si (seri 6000)
baik dari paduan ini adalah terjadi pelunakan pada daerah las sebagai akibat dari panas pengelasan yang timbul.
7. Paduan jenia AL – Zn (seri 7000)
Paduan ini termasuk jenis yang dapat diperlaku – panaskan, sifat mampu - las dan daya tahannya terhadap korosi kurang menguntungkan. Paduan Al – Zn – Mg saat sekarang ini mulai banyak digunakan dalam konstruksi las, karena jenis ini mempunyai sifat mampu las dan daya tahan korosi yang lebih baik dari pada paduan dasar Al – Zn.
2.5.1. Aluminium-Magnesium
Dalam paduan biner Al-Mg satu fasa yang ada dalam keseimbangan dengan larutan padat yang merupakan senyawa antar logam yaitu Al3Mg2. Sel satuannya
merupakan senyawa antar hexagonal susunan rapat (cph) tetapi ada juga dilaporkan bahwa sel satuannya merupakan kubus berpusat muka (fcc) rumit. Titik eutektiknya adalah 4500 C, 35% Mg dan batas kelarutan padatnya pada temperatur eutektik adalah 17,4% Mg, yang menurun pada temperetur biasa sampai kira-kira 1,9% Mg, kemampuan penuaan dapat diharapkan secara praktis penambahan Mg tidaklah banyak, pengerasan penuaan yang berarti tidak diharapkan.
adalah 2500 C disini sudah terjadi perubahan Fasa dapat dilihat pada gambar. 2.11 diagram fasa dari AL-Mg.
Gambar. 2.11 Diagram Fasa titik cair Al-Mg 5083
Pipa penghubung dari MHE yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari material paduan Al – Mg 5083, yang mempunyai komposisi kimia seperti tabel 2.2.
Tabel. 2.2 Komposisi Kimia Aluminium- Mg 5083 dapat dilihat pada tabel [6]
Unsur Mg Si Fe Cu Mn Cr Zn Ti Komposisi
% (berat)
Magnesium adalah unsur utama didalam AL-Mg yang mendapatkan kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik melalui kerja dingin, bersama ketahanan korosi yang sempurna dan mampu las. AL –Mg silika alloy (paduan), bila diberikan perlakuan panas masih menghasilkan ketahanan kaorosi yang baik dan mampu las yang baik, sedangkan AL Zink magnesium Alloy (paduan) dapat memberikan ketahanan korosi, mampu las dan kekuatan yamg sangat tinggi ini apabila ditambahkan ke Aluminium Tembaga Alloy untuk memperbaiki karakteristik proses pelunakan.
Data-data mengenai keseimbangan dan penguapan dari AL-Mg dapat dilihat pada gambar 2.12
Untuk pelarutan zat padat dari Aluminium-Magnesium dapat dilihat pada tabel 2.3. Pada tabel dapat diketahui tekanan menurunkan kemampuan pelarutan pada 1 GN/m2, kelarutan pada temperatur 7230K adalah 11% Mg. Sedangkan pada 7000K adalah 10,3% Mg, pada temperatur 6000K adalah 6,3%,dan pada temperatur 5000K adalah 3% Mg.
Tabel, 2.3 Pelarutan Zat padat dari Aluminium-Magnesium Larutan Larutan pembuatan kampuh las. Kampuh las berguna sebagai tempat pengisian logam pengisi (elektroda) yang ikut mencair. Bentuk kampuh sangat mempengaruhi efisiensi sambungan dan jaminan sambungan
Lincoln Electric [7], ada tiga aturan dalam pemilihan sambungan dan kampuh:
1. Pemilihan sambungan yang memerlukan sedikit logam pengisi.
2. Penggunaan akar kampuh yang minimum dengan sudut yang kecil agar dapat mengurangi jumlah logam pengisi.
3. Pada pelat yang tebal menggunakan kampuh ganda untuk mengurangi logam pengisi.
Pada penelitian ini alur kampuh yang sesuai dengan tebal material pelat yang digunakan (7 mm) jadi alur kampuh yang sesuai yaitu alur V tunggal, bentuk dan ukuran kampuh telah di standarkan oleh American Welding Society (AWS). Dengan variasi sudut kampuh 700, 800, 900, menggunakan kuat arus 100A, 125A dan 150 A.
2.7 Kekuatan Sambungan Las
2.7.1 Kekuatan tarik
Dalam sambungan las sifat tarik sangat dipengaruhi oleh sifat dari logam induk, sifat daerah HAZ, sifat logam las dan sifat – sifat dinamik dari sambungan berhubungan erat dengan geometri dan distribusi tegangan dalam sambungan.
Tegangan ; ( / 2)
Reduksi Penampang:RA = 100%
0 material aluminium yang patah setelah pengujian. Kemudian dilakukan pengamatan untuk mengetahui bentuk butir makro pada aluminium dari tepi menuju kepusat daerah patahan.
Gambar 2.13 Bentuk Struktur Dendritik
2.8.1 Strutur Makro Daerah Pengaruh Panas (HAZ)
Struktur, kekerasan dan berlangsungnya transformasi dari daerah HAZ dapat dibaca dengan segera pada diagram transformasi pendinginan berlanjut atau diagram CCT. Diagram semacam ini dapat digunakan untuk membahas pengaruh struktur terhadap retak las, keuletan. Yang kemudian dapat dipakai menentukan prosedur dan cara pengelasan.
Gambar 2.14 Hubungan antara suhu mula dan suhu akhir transformasi dengan lama pendinginan dari 8000C
2.8.2 Ketangguhan dan Penggetasan Batas Las
Struktur logam pada daerah pengaruh panas (HAZ) berubah secara berangsur dari struktur logam las, sepeti yang terlihat pada gambar 2.15. Pada daerah HAZ yang dekat dengan garis lebur, kristalnya tumbuh dengan cepat dan membentuk butir-butir kasar, daerah ini dinamakan batas las.
Didalam daerah pengaruh panas, besar butir dan struktur berubah sesuai dengan siklus termal yang terjadi sewaktu pengelasan. Karena siklus termal yang terjadi sangat rumit maka dengan sendirinya perubahan ketangguhannyapun sangat rumit, hal ini dapat dilihat pada diagram dalam gambar 2.16.
Gambar. 2.16. Perubahan Temperatur Transisi pada Lasan
Pada daerah batas las dimana butir-butirnya sangat kasar, logam menjadi getas dan disebut penggetasan batas las.
2.9 Kerangka konsep
proses pengelasan yg tidak sesuai desain kampuh /
logam pengisi yang sesuai
Pengujian
kekuatan tarik hasil pengelasan struktur makro
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan
Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik, hantaran listrik yang baik serta sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Mn, Zn, Ni, dan sebagainya, material ini dipergunakan didalam bidang yang luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut serta konstruksi.
Paduan Aluminium-Magnesium (Al-Mg) mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, sejak lama disebut hidronalim dan dikenal sebagai paduan yang tahan korosi. Cu dan Fe sangat berbahaya bagi ketahanan korosi terutama Cu sangat memberikan pengaruhnya. Paduan Aluminium-Magnesium 5083 yang dianil adalah paduan antara (4,5 % Mg) kuat dan mudah dilas oleh karena itu sekarang dipakai sebagai bahan untuk tangki LNG. Indentifikasi jenis material pipa penghubung (MHE) yang terbuat dari Alumunium - Mg 5083 dengan sifat mekanik sebelum dilakukan pengelasan, seperti diperlihatkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Sifat Mekanik Material Al-Mg 5083 Sifat Mekanik Al-Mg 5083
Tensile Yield Strength (MPa) Tensile Strength Ultimate (MPa) Elongation (%)
Proses pengelasan yang lazim dilakukan untuk penyambungan paduan Aluminium-Magnesium 5083 adalah TIG. Pengelasan TIG suatu proses pengelasan busur listrik elektroda tidak terumpan dengan menggunakan gas mulia sebagai pelindung terhadap udara luar. Pada proses pengelasan TIG peleburan terhadap logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dengan logam induk. Penggunaan las TIG mempunyai dua keuntungan :
1. Kecepatan pengumpanan logam pengisi dapat diatur terlepas dari besarnya arus listrik sehingga penetrasi kedalam logam induk dapat mudah diatur
2. Kualitas yang lebih baik dari daerah lasan
4.2 Spesimen Uji Tarik Al-Mg 5083
Seperti yang telah dijelaskan pada Bab 3 sebelumnya, bentuk spesimen disesuaikan dengan standard AWS A5.28 untuk pengujian tarik. Gambar 4.1 memperlihatkan bentuk spesimen uji tarik.
4.3 Sifat Mekanis Al-Mg 5083 Hasil Uji Tarik
Kekuatan suatu material dapat dilihat dari beberapa variabel pengujian, baik mekanis maupun fisis. Salah satu pengujian mekanis yang sering dilakukan adalah pengujian tarik. Pada penelitian ini sasaran utama yang ingin dicapai adalah mengetahui kekuatan tarik material paduan Al-Mg 5083 yang telah mengalami proses pengelasan TIG. Sebagaimana telah dipaparkan pada Bab pendahuluan, material ini digunakan pada pipa-pipa dikilang LNG Arun.
Dengan memvariasikan besarnya sudut kampuh dan kuat arus diharapkan hasil kekuatan tarik dari material paduan Al-Mg 5083 dapat meningkat. Setelah semua spesimen dilakukan pengujian tarik menggunakan universal testing machine dan dilakukan perhitungan, maka didapat sejumlah parameter hasil pengujian. Tipikal grafik tegangan regangan yang dihasilkan dari masing-masing variasi sudut kampuh dan kuat arus diperlihatkan pada gambar 4.2 s.d 4.7, sedangkan parameter hasil pengujian tersebut ditabelkan pada tabel 4.2.
(a)
(b)
Gambar 4.3 Tipikal grafik tegangan vs regangan tarik sudut kampuh 70 Kuat arus 150 A
(a)
8,2
7,4
5,6
4,3
0
0 13 26 39 52
11
Regangan %
T
ega
nga
n K
g
f/
m
m
2
65
Gambar 4.5 Tipikal grafik tegangan vs regangan tarik sudut kampuh 80 Kuat arus 150 A
15
3,0
Gambar 4.7 Tipikal grafik tegangan vs regangan tarik sudut kampuh 90 Kuat arus 150 A
Tabel 4.2 Data nilai rata-rata hasil pengujian
Parameter hasil pengujian yang tercatat dapat ditabelkan pada tabel 4.2. Dari tabel 4.2 dapat dilihat untuk sudut kampuh 700 dengan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A memiliki kekuatan tarik yang berbeda. Pada sudut kampuh 700 kekuatan tarik tertinggi terjadi pada kuat arus 100 A, sebesar (78.85 MPa) dan yang terendah pada kuat arus 150 A, yaitu (64.66 MPa).
Hal yang sama juga terjadi pada sudut kampuh 800 dan 900. Pada sudut kampuh 800, kekuatan tarik tertinggi sebesar (96.82 MPa) terjadi pada kuat arus 100 A dan terendah pada kuat arus 150 A (81.26 MPa). Demikian juga pada sudut kampuh 900, pada kuat arus 100 A menghasilkan kekuatan tarik yang lebih baik dibandingkan kuat arus 125 A dan 150 A, yaitu (135.04 MPa), sedangkan yang trerendah (115.10 MPa)
Dari hasil di atas terlihat bahwa pada pengelasan TIG untuk paduan Al-Mg 5083, faktor kuat arus sangat mempengaruhi hasil lasan (kekuatan tarik). Disini terlihat kuat arus 100 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih baik dibandingkan 125 A dan 150 A. Pada tabel 4.2 juga menunjukan bahwa kuat arus semakin tinggi akan menyebabkan kekuatan las menurun, dengan kata lain kuat arus yang besar belum menjamin kekuatan las akan meningkat. dapat digambarkan dalam bentuk grafik berdasarkan kuat arus dari masing-masing variasi sudut kampuh.
700. Tegangan tarik terendah pada kuat arus 100 A terjadi pada sudut kampuh 700. Hal yang sama juga terjadi pada pengelasan dengan kuat arus 125 A dan 150 A (gambar 4.9 dan 4.10). Dari ketiga grafik tersebut dapat dikatakan bahwa untuk pengelasan material paduan Al-Mg 5083 luasan sudut kampuh sangat mempengaruhi kekuatan pengelasan.
0 30 60 90 120 150
Spesim en
Tegangan Tarik (MPa)
sudut 70 sudut 80 sudut 90
1 2 3
0 30 60 90 120 150
Spesim en
Tegangan Tarik (MPa)
sudut 70 sudut 80 sudut 90
2
1 3
Gambar 4.9 Grafik hasil uji tarik Spesimen Las sudut 700, 800 dan 900 menggunakan arus pengelasan 125 A
0 30 60 90 120 150
Spesim en
Tegangan Tarik (MPa)
sudut 70 sudut 80 sudut 90
1 2 3
4.4 Analisa statistik dengan metode Anova (Varian)
Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh variabel bebas (kuat arus dan sudut kampuh) terhadap variabel tidak bebas tegangan (tensile), maka perlu dilakukan uji statistik. Salah satu metode statistik yang digunakan adalah analisa varian (analysis of variance). Analisa data varian ini menggunakan Gnumeric yang berjalan di plat form operating sistem Linux. Langkah yang dilakukan adalah mengelompokkan data
seperti terlihat pada tabel 4.3 s.d 4.8.
Tabel 4.3 Interaksi sudut kampuh 700 dan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A Sudut Kampuh 70
Kolom Pengamatan Sij Ssij SSDij Ln SSDij xij
1 73.06 83.75 79.73 236.54 18708.699 58.31 4.06575 78.85 2 69.82 72.86 74.14 216.82 15680.1516 9.85 2.28721 72.27 3 63.25 66.49 64.23 193.97 12546.9755 5.52 1.70872 64.66 Total 647.33 46935.8261 73.68 8.06168 71.93 Sumber: Hasil penelitian
Tabel 4.4 Interaksi sudut kampuh 800 dan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A Sudut Kampuh 80
Kolom Pengamatan Sij Ssij SSDij Ln SSDij xij
1 91.59 102.97 95.91 290.47 28190.2771 66.00 4.18971 96.82 2 77.96 95.61 88.55 262.12 23060.1362 157.84 5.06157 87.37 3 81.79 81.49 80.51 243.79 19812.0843 0.90 -0.10952 81.26 Total 796.38 71062.4976 224.74 9.14176 88.49 Sumber: Hasil penelitian
Tabel 4.5 Interaksi sudut kampuh 900 dan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A Sudut Kampuh 90
Kolom Pengamatan Sij Ssij SSDij Ln SSDij xij
1 131.9 134.94 138.27 405.11 54725.0065 20.30 3.01074 135.04 2 122.97 125.23 118.95 367.15 44953.2763 20.24 3.00744 122.38 3 116.6 112.29 116.4 345.29 39753.5641 11.84 2.47115 115.10
Total 1117.55 139431.8469 52.37 8.48933 124.17
Grand Total 2561.26 257430.1706 350.79 25.69277 94.86 Sumber: Hasil penelitian
kolom 103.57 94.01 87.01 94.86296
Sumber: Hasil Penelitian
Tabel 4.7 Hasil penjumlahan dan pengkuadratan dari interaksi antara sudut kampuh 700, 800, 900 dengan kuat arus 100 A, 125 A dan 150 A.
Baris
Kolom
1 2 3 S i. SS i.
1 236.54 216.82 193.97 647.33 419036.1289
2 290.47 262.12 243.79 796.38 634221.10
3 405.11 367.15 345.29 1117.55 1248918.003
S .i 932.12 846.09 783.05 2561.26 2302175.236
SS .i 868847.69 715868.3 613167 2197883.28
Tabel 4.8 Uji statistik
SS i. 2302175.24 SS .I 2197883.28
SS .. 2561.26
SSD0 1.4465E+04 S0 1808.1566
SSD1 3.5079E+02 S1 19.4883
SSD3 1.2832E+04 S3 6416.1652
SSD4 1.2443E+03 S4 622.1676
SSD2 3.7797E+01 S2 9.4493
Tes Ketiadaan Interaksi 0.4849 Tidak Ada Interaksi
Tes Kesamaan Baris 679.0077 329.2315 Tidak Sama
Tes Kesamaan Kolom 65.8425 31.9252 Tidak Sama
Varian Penyebut S22 S12
Sumber: Hasil penelitian
Analisa Varian dimulai dengan melakukan tes kesamaan Varian data sudut kampuh dan kuat arus pengelasan dengan tes barlett (X2), dalam hal ini perlu dimasukkan harga fraktil distribusi X2 (f = k . m–1) untuk tingkat kepercayaan 95 %. Tes barlet dilakukan untuk mengetahui keseragaman Varian dari sudut kampuh dan kuat arus pengelasan artinya ketiga kelompok data sudut kampuh bisa dianggap berasal dari satu populasi dan data-data tersebut layak untuk diperbandingkan. Bila harga barlett ( X2 ) dari hasil perhitungan lebih kecil dari harga barlett dengan fraktil (9-1) dimana diberikan nilai kepercayaan 95 %, maka hipotesa kesamaan ke sembilan varian dapat diterima. Dengan demikian harga gabungan S12
(variai dalam set) dapat dimanfaatkan dalam pengetesan beberapa hipotesa. 4.4.2 Hipotesa varian interaksi
Hipotesa dilakukan untuk pengamatan sudut kampuh dan kuat arus pengelasan saling berkaitan dalam mempengaruhi hasil pengamatan. Hipotesa ini dilakukan dengan membandingkan varian interaksi S22 dengan varian dalam set S12. Bila harga
rasio varian interaksi lebih kecil dari harga fraktil distribusi varian V2 untuk tingkat kepercayaan 97, 5 %, maka hipotesa ketiadaan interaksi dapat diterima.
Pengujian hipotesa berikutnya menggunakan S12 sebagai pembanding hasil
pengujian dari hipotesa interaksi yang dilakukan menunjukan bahwa rasio varian interaksi lebih kecil dari fraktil distribusi varian (S22/S12 < V20,975 ) oleh karena itu
terjadi interaksi. Hal tersebut mengindikasikan bahwa sudut kampuh dan kuat arus secara bersamaan dalam mempengaruhi kekuatan tarik.
Hipotesa ini dilakukan untuk mengetahui apakah data dari sudut kampuh berpengaruh terhadap variabel output tensile (tegangan). Untuk itu perlu diperbandingkan harga varian antar baris (S32 ) dengan varian dalam set (S12).
Bila perbandingan tersebut lebih besar dari fraktil distribusi rasio varian, maka terjadi pengaruh dari data sudut kampuh terhadap nilai tensile (tegangan). Dari data pengujian diketahui S22/S12 > V20,975, oleh karena itu sudut kampuh mempengaruhi
tensile (tegangan).
4.4.4 Hipotesa kesamaan kolom
Hipotesa ini untuk mengetahui apakah data mengenai kuat arus pada pengelasan berpengaruh terhadap variabel output tensile (tegangan). Untuk itu dilakukan perhitungan rasio varian antar kolom (S42) dengan varian dalam (S12).
Bila rasio tersebut lebih besar dibandingkan harga fraktil distribusi varian maka dapat diambil kesimpulan bahwa kuat arus pada pengelasan mempunyai peran dalam menentukan nilai tensile (tegangan). Data hasil pengujian menunjukan (S42/S12)
> V20,975, dapat dilihat bahwa kuat arus sangat mempengaruhi nilai tensile (tegangan)
Aljufri : Pengaruh Variasi Sudut Kampuh V Tunggal Dan Kuat Arus Pada Sambungan Logam Alumunium…, 2008 USU e-Repository © 2008
Gambar 4.11 Grafik hasil pengujian statistik dengan menggunakan metode analisis varian (anova)
Grafik yang terlihat pada gambar 4.11 adalah nilai rata-rata hasil pengujian tegangan tarik dengan variasi sudut kampuh dan kuat arus. Sebagai mana diketahui bahwa nilai rata-rata tidak dapat memberikan informasi tentang variasi data dalam set atau perbedaan antara data terkecil dengan data terbesar (data extrim). Informasi yang dapat diketahui dari grafik tersebut adalah garis dengan slope atau gradient tertentu yang menunjukkan trend perubahan kekuatan tarik sesuai dengan perubahan sudut kampuh dan kuat arus. Dari grafik pengujian tarik diatas tidak terlihat perubahan trend yang mencolok dengan memperhatikan slope garis ketiga kelompok data yang relatif sama.
Pemeriksaan cacat las dilakukan dengan cara pengujian tidak merusak NDT (Non Destructif Test) menggunakan peralatan Ultrasonic test, dari hasil pemerikasaan yang dilakukan oleh tim Inpeksi welding dari PT. Superintending Company of Indonesia (SUCOFINDO) ke 27 spesimen Aluminium - Mg 5083 yang telah
mengalami pengelasan tidak menunjukan adanya cacat las, dalam artian masih dalam kriteria batasan yang bisa diterima (Acceptance Standard Ansi B 31.3) . Hasil pemeriksaan (Test Report) dapat dilihat pada lampiran 6.
4.6 Analisa Struktur Makro Terhadap Perpatahan
Pada pengujian struktur makro ini dilakukan pengamatan pada bagian patahan dari spesimen Al-Mg 5083 sesudah dilas dan mengalami pembebanan tarik, kemudian dilakukan pengamatan struktur makro untuk mengetahui bentuk butir yang terkandung pada patahan material sesuai dengan bentuk kampuh dan kuat arus yang digunakan pada penelitian ini.
sama, pengamatan dilakukan pada bagian tengah dan tepi pada patahan aluminium – magnesium 5083 hasil pengujian tarik dengan pembesaran 50 x.
Beberapa keistimewaan struktur makro pada patahan logam aluminium – magnesium 5083 menunjukan ukuran dan bentuk butir dendritik yang sama, hal ini disebabkan bentuk butir yang halus (fine) dan kasar sama akan menghasilkan kombinasi yang baik antara kekuatan dan keuletan pada logam aluminium, ini dapat dilihat pada gambar 4.12 sd 4.20.
Gambar. 4.12 Struktur makro pada penampang patahan spesimen, sudut 700dengan kuat arus 100 A pembesaran 50 x
Gambar. 4.13 Struktur makro pada penampang patahan spesimen, sudut 700 dengan kuat arus 125 A pembesaran 50 x
Pada gambar 4.13. Patahan sudut kampuh 700 dengan kuat arus 125 A dari hasil pengamatan pada penampang patahan menunjukan bentuk struktur butiran eutektik silikon yang menumpuk dan kasar, dibeberapa bagian cenderung membentuk garis eutektik dan sebagian butiran dendrit yang menumpuk dan beorientasi searah dengan arah tarikan.
Gambar. 4.14 Struktur makro pada penampang patahan spesimen sudut 700 dengan kuat arus 150 A. pembesaran 50 x
yang kasar dan sebagian memanjang menyebar terlihat jelas pada permukaan penampang patahan spesimen..
Gambar. 4.15 Struktur makro penampang patahan spesim 800 dengan kuat arus 100A pembesaran 50 x.
en,sudut
Pada gambar 4.15 patahan spesimen sudut kampuh 800 dengan kuat arus pengelasan 100 A menunjukan bentuk butir pada bagian tepi dan tengah memiliki kesamaan bentuk butiran dendrit kasar dan halus dengan orientasi tidak teratur, kemudian pada bagian tengah memiliki bentuk butir yang mirip hal ini disebabkan terjadinya kondisi steady
Gambar 4.16. struktur makro pada patahan spesimen dengan sudut kampuh 800 menggunakan arus pengelasan 125 A, menunjukan bentuk struktur butiran dendrit yang sama menumpuk kasar dan halus serta beberapa bagian agak memanjang dikelilingi garis eutektik silikon
Gambar. 4.17 Struktur makro pada patahan spesimen, sudut 800dengan kuat arus 150 A pembesaran 50 x
Hasil pengamatan pada patahan spesimen dengan sudut kampuh 800 dengan kuat arus pengelasan 150 A, pada gambar 4.17 terlihat bentuk butiran struktur yang sama tidak berorientasi sudah memisah, menyebar pada permukaan penampang patahan. Serta bentuk garis-garis eutektik yang terlihat jelas patahan pada spesimen.
Pada patahan spesimen yang diperlihatkan gambar 4.18. dengan sudut kampuh 900 dan kuat arus pengelasan 100A menunjukan butiran dendrit yang halus memanjang. Hal ini disebabkan pada awal pembekuan berupa inti kemudian berkembang dan menumpuk dengan jari-jari berbentuk butir tidak berorientasi serta garis-garis eutektik silikon.
Gambar. 4.19 Struktur makro pada penampang patahan spesim sudut 900 dengan kuat arus 125 A. pembesaran 50 x
en,
Bentuk struktur dari patahan spesimen dengan sudut kampuh 900 menggunakan arus pengelasan 125 A, pada gambar 4.19. menunjukan bentuk struktur butiran-butiran dendrit yang kasar menumpuk, sebagian agak menyebar dan banyaknya bentuk garis-garis eutektik yang diakibatkan oleh arah penarikan.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan pada pengelasan material Aluminium-Magnesium 5083, menggunakan sudut kampuh V tunggal dengan kuat arus, 100 A, 125 A, 150 A. Dapat diperoleh beberapa kesimpulan yang merupakan jawaban dari tujuan penelitian ini. Hasil-hasil penelitian tersebut dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Dari variasi kampuh α 700, 800 dan 900 menggunakan kuat arus 100 A, 125 A, 150 A menghasilkan kekuatan tarik yang berbeda. Kekuatan tarik tertinggi dihasilkan olehsudut kampuh α 900 dengan kuat arus 100 A sedang kekuatan tarik terendah terjadi pada kampuh α 700 dengan kuat arus 1500.
2. Dari hasil pengujian terlihat bahwa pada pengelasan TIG untuk paduan Al-Mg 5083, besar sudut kampuh, faktor kuat arus sangat mempengaruhi hasil lasan (kekuatan tarik). Disini terlihat kuat arus 100 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih baik dibandingkan 125 A dan 150 A. 3. Dari hasil pengujian statistik dengan menggunakan metode Anova. Pengujian
hipotesa menggunakan S12 (varian dalam set) sebagai pembanding dari
tersebut mengindikasikan bahwa sudut kampuh dan kuat arus sangat mempengaruhi kekuatan tarik.
4. Pemeriksaan cacat las pengujian tidak merusak NDT (Non Destructif Test) menggunakan peralatan Ultra sonic test, ke 27 spesimen aluminium - Mg 5083 yang telah mengalami pengelasan tidak menunjukan adanya cacat las, dalam artian masih dalam kriteria batasan yang bisa diterima (Acceptance Standard Ansi B 31.3) .
5. Pengamatan struktur makro pada bagian patahan dari spesimen Al-Mg 5083, menunjukan hasil secara umum penampakan struktur makro pada setiap variasi sudut kampuh dan kuat arus pengelasan memiliki bentuk butir yang dendritik, struktur dendritik terbentuk ketika kecepatan pembekuan meningkat dan beberapa bentuk retakan kawah yang memanjang, retakan kawah ini terjadi karena proses penarikan logam yang diakibatkan oleh pembebanan tarik. Secara umum penampakan struktur makro pada setiap variasi arus pengelasan dan sudut kampuh memiliki bentuk butir yan sama (equiased).
5.2 Saran
didalam membaca data hasil pemeriksaan baik itu secara tidak merusak (Non Destructif Test) maupun merusak (Destructif Test) pada spesimen yang telah dilas.
2. Dari hasil yang diperoleh pada penelitian ini kepada perusahaan yang menggunakan pengelasan TIG khususnya yang memakai material Al-Mg 5083 dianjurkan untuk sudut kampuh pengelasan menggunakan α 900 dengan kuat arus pengelasan 100A, hasil ini lebih maksimal dibandingkan dengan penggunaan sudut kampuh yang digunakan selama ini yaitu α 700, 800 dengan kuat arus 120 A dan 190 A.
DAFTAR PUSTAKA
[6] Data Shet Composition Information Provided By The Alumunium Association and is not for Design. Mat Web.com
[7] Lincoln Electrik, 1973, The Procedur Hand Book Of Arc Welding. Edisi Ke12 Ohio
[8]. AWS Comitee on Structural Welding Structure Welding Code. ANSI /AWS DI.1.94
[9] Anggono J, 2005, Studi Pengaruh Magnetik Arc Blow pada hasil las TIG Baja AISI 1021. http.// puslit.petra.ac.id/journals/mechanical
[10] Consulting@ welding engineer.com.las modified. April, 14, 2005
[11] Kern, WH. Welding Process – Arc and Gas Welding and Cutting, Brazing and Soldering AWS. Seventh Edition. Volume 2 Editor American Welding Society
[12] Messler.RW,1999, Principle of Welding. John Wiley and Sons Inc. NewYork USA
[13] Suheni, 2003, Pengaruh Tekanan Gas Argon Pada Baja ST 60 terhadap kekuatan Beban kejut dengan Proses Las TIG. Proseding Seminar Nasional Teknik Mesin, Unibraw
[14]. Info@welding.com.TIG Welding 2004
[15]. R.L.O’Brien. Welding Hand Book. Eighth Edition, Volume 2, Miami
[17] Prof.Ir. Tata Surdia MS.Met.E. Prof. DR. Shinroku Saito, Pengetahuan Bahan Teknik. PT Pradnya Paramita Jakarta
[18] Taufiq Rochim. Perancangan Penelitian dan Analisis Data Statistika. Mechanical & Production Engineering (MPE),Mesin, FTI-ITB
[19] Johnson, M.Q. Evans, G.M. Edwards, G.R. The Influences of Addition Interpass Tempratur on The Microstructures and Mechanical Properties of High Strength SMA Weld Metals, ISIJ International Vol 35 No 10.1985
![Gambar 2.6 Jenis-jenis Alur Sambungan ( Kampuh) Las [4]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/464090.50485/30.612.161.463.388.674/gambar-jenis-jenis-alur-sambungan-kampuh-las.webp)
![Tabel 2.1 Penggunaan Mesin Las TIG untuk beberapa logam [4]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/464090.50485/33.612.117.529.219.483/tabel-penggunaan-mesin-las-tig-untuk-beberapa-logam.webp)
