NASKAH PUBLIKASI
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin
Oleh:
NAZAR ARIF DERMAWAN D 200 080 057
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Abstraksi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro, nilai kekerasan dan uji tarik pada logam yang digunakan pada pengelasan SMAW dan juga untuk mengetahui pengaruh arus yang digunakan terhadap kualitas hasil pengelasan. Pada penelitian ini di teliti kekuatan sambungan las pada Alumunium seri 6015 dengan variasi kuat arus listrik pada proses las Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Spesimen uji tarik yang digunkan menggunakan standar ASTM E8, uji struktur mikro menggunakan standar ASTM E3 dan uji kekerasan menggunakan standar ASTM E92. Variasi kuat arus yang dipakai adalah 70 A, 75 A, 80 A, 85 A dan 90 A, dengan tegangan 20-30 V dan kecepatan 14-20 inchi/menit Hasil penelitian menunjukkan bahwa; kuat arus listrik mempunyai pengaruh yang nyata terhadap struktur mikro, kekerasan dan kekuatan tarik sambungan las alumunium seri 6015 dengan proses las SMAW.
Kata kunci: SMAW, Kekuatan sambungan las
Abstract
This study aims to determine the chemical composition, microstructure, hardness and tensile tests on metals used in SMAW welding and also to determine the effect of current used on the quality of the weld. In this study researched the strength of the weld joint in the 6015 series aluminum with strong variations in electric current in the welding process Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Tensile test specimens all make use of standard ASTM E8, micro structural test using ASTM standard E3 and hardness tests using standard ASTM E92. Strong variations of current used is 70 A, 75 A, 80 A, 85 A and 90 A, with voltage of 20-30 V and a speed of 14-20 inches / min The results showed that; strong electric current has a significant effect on microstructure, hardness and tensile strength 6015 series aluminum welding connection with SMAW welding process.
PENDAHULUAN Latar Belakang
Keterbatasan sumber energi bahan bakar minyak (BBM) dewasa ini telah memacu perkembangan teknologi otomotif yang mengarah pada peningkatan efisiensi penggunaan BBM. Penggantian bahan pada komponen kendaraan bermotor baik mesin maupun konstruksinya dengan alumnium atau paduan aluminium dapat mengurangi berat kendaraan sehingga dapat menurunkan konsumsi penggunaan BBM. Dengan demikian, perkembangan proses pengelasan untuk bahan aluminium menjadi sangat penting.
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas maka terdapat beberapa masalah, yaitu:
1. Bagaimana pengaruh arus listrik yang dialirkan mesin las pada struktur mikro, sifat fisik dan mekanik produk pengelasan alumunium paduan.
2. Bagaimana perbandingan antara hasil pengelasan dengan arus 70 A – 90 A yang dilakukan dengan teknik SMAW (Shielded Metal Arc Welding).
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini akan di fokuskan pada proses pengelasan dengan bahan aluminium paduan dengan lima variasi arus yaitu 70 A, 75A, 80A, 85A, 90 A. Sedang struktur mikro diamati pada daerah weld metal, Heat affected zone (HAZ) dan logam induk. Sifat fisik yang diteliti yaitu kekerasan pada ketiga daerah tersebut, sedang sifat mekanik berupa kekuatan tarik yang dilakukan sampai sambungan mengalami patah.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian tentang sambungan las ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh arus listrik terhadap struktur mikro, kekerasan dan kekuatan tarik produk las Aluminium paduan.
3. Untuk memperoleh hasil yang terbaik yang dapat menjadi acuan dalam proses pengajaran pengelasan
LANDASAN TEORI Las SMAW
Shielded Metal Arc Welding (SMAW). umumnya disebut las listrik adalah
salah satu cara menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik
yang diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang
terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektroda yang
menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat terus
sampai habis. Logam cair dari elektroda dan dari sebagian benda yang akan
disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang akan disambung,
kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam tersebut.
Elektroda
Sesuai dengan jenis logam yang dilas, maka kawat las atau elektroda dapat dibedakan atas empat golongan, yaitu:
Elektroda baja karbon (mild steel arc welding electrodes). Elektrode baja campuran (alloy steel arc welding electrodes), Elektrode bukan besi (nonferrous arc welding electrodes) Elektrode besi tuang (cast iron arc welding electrodes)
Aluminium dan paduannya
Aluminium dan paduan aluminium termasuk logam ringan yang mempunyai kekuatan tinggi, tahan terhadap karat dan merupakan konduktor listrik yang cukup baik. Logam ini dipakai secara luas dalam bidang kimia, listrik,bangunan, transportasi dan alat-alat penyimpanan.
Uji Struktur Mikro
suatu bahan yaitu dengan teknik metalographic (pengujian mikroskopik). Proses terjadinya perbedaan warna, besar butir, bentuk dan ukuran butir yang mendasari penentuan dari jenis dan sifat fasa pada hasil pengamatan foto mikro adalah diakibatkan adanya proses pengetsaan. Prinsip dari pengetsaan sebenarnya merupakan proses pengikisan mikro terkendali yang menghasilkan alur pada permukaan akibat crystal faceting yaitu orientasi kristal yang berbeda, akan terjadi reaksi kimia yang berbeda intensitasnya. Standar uji yang digunakan dalam pengujian ini adalah ASTM E3 (Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens).
Pengujian Tarik
Pengujian tarik merupakan jenis pengujian dengan merusak bahan uji, yaitu dengan pemberian beban tarik pada hasil pengelasan yang semakin lama semakin besar sehingga benda uji patah. Dari pengujian ini akan didapat tegangan tarik, tegangan patah dan tegangan lelah. Bahan yang diuji, dibentuk sesuai dengan standar yang digunakan (Wiryosumarto, 1996).
Tegangan : A0 : Luas mula-mula dari penampang batang uji (mm2)
: Regangan (%)
L : Panjang batang uji yang diberikan pembebanan (mm)
L0 : Panjang batang uji mula-mula atau sebelum pembebanan (mm) E : Elastisitas (Mpa)
digunakanselain sebagai acuan pembuatan batang uji tarik digunakan pula untuk menetapkan cara mengukur keterangan-keterangan yang diperlukan. Standar pembuatan batang uji tarik untuk penelitian ini adalah ASTM E8.
Kekerasan
Pengujian kekerasan mempunyai tujuan untuk mengetahui tingkat kekerasan suatu material pada daerah tertentu pada bahan uji. Lebih spesifik lagi, tujun dari pengujian ini adalah untuk mengetahui tingkat kekerasan logam pada daerah logam las, logam HAZ, dan logam induk. Apabila ketiga daerah logam uji tersebut telah diketahui besarnya maka dapat diperkirakan berapa tingkat penurunan kekuatan bahan tersebut. Beberapa cara pengujian kekerasan menggunakan indentor atau lekukan yang berbeda bentuk dan beberapa penerapan pada material saat ini telah dikembangkan. Metode- metode yang digunakan itu diantaranya adalah pengujian Brinell, Rockwell, Vickers. Penelitian ini menggunakan pengujian kekerasan Vickers microhardness dengan standar yang digunakan ASTM E92.
HVN (Hardness Vickers Number) dapat ditentukan dari persamaan seperti di bawah ini :
HVN : Hardness Vickers Number P : Beban yang diterapkan (gf) d : Diagonal rata-rata
METODOLOGI PENELITIAN Diagram Alir Penelitian
Mulai
Studi Pustaka dan Studi Lapangan
Persiapan Bahan dan Alat Penelitian
Pemotongan Material
ProsesPengelasan SMAW
Arus 70 A Arus 70 A Arus 80 A Arus 85 A Arus 90 A
Pengerjaan Lanjutan Spesimen
Ujikekerasan E 92 Uji Struktur Mikro ASTM E 3
Uji Tarik ASTM E8
UjiKomposisi Kimia ASTM
E1257
Hasil Pengujian
Analisa dan Pembahasan
Kesimpulan
Alat dan Bahan Alat
Gambar 1. Mesin Las SMAW (Lab. Inlastek 2014)
Gambar 2. Alat Uji tarik (Lab. Material UNS, 214)
Gambar 4. Alat uji kekerasan (Vikers Mikrohardness) (Lab. Material UNS, 214)
Bahan
1. Aluminium paduan
Gambar 5. Aluminium paduan
Logam yang digunakan adalah Aluminium seri 6015 dengan komposisi: Al = 98,79%, Si = 0,166%, Fe = 0,354%, Mg = <0,0500 % Mn = <0,0200
2. Elektrode yang digunakan jenis ER 5356 dengan komposisi: Mn = 0,05%, Zn = 0,1%, Si = 1,0%Si + Fe, Cu = 0,05 -0,20%.
3. Gas pelindung pengelasan adalah Argon.
Spesimen
Spesimen uji struktur mikro dan kekerasan.
Specimen uji tarik
50 60 50 5
12 20
50
R 15
Gambar 7. Spesimen uji tarik.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Struktur Mikro
Hasih uji struktur mikro pada logam induk.
Si α-Al
Gambar 8. Uji struktur mikro pada logam induk.
Struktur mikro daerah logam induk menunjukkan tidak adanya perbedaan yang terjadi baik pada metode las dengan arus 70- 90 Ampere. Hal ini dapat terjadi karena daerah logam induk tidak terkena proses pemanasan selama proses pengelasan. Struktur mikro pada daerah ini berupa butir halus seperti. Butir halus pada logam induk menyebabkan kekerasan.
50 µ
Si α-Al Si α-Al
Gambar 9. Uji struktur mikro pada Haz dan las pada arus 70 Ampere.
Si α-Al Si α-Al
Gambar 10. Uji struktur mikro pada Haz dan las pada arus 75 Ampere.
Si α-Al Si α-Al
Gambar 11. Uji struktur mikro pada Haz dan las pada arus 80 Ampere.
50 µ
HAZ
50 µ
LAS
LAS
50 µ 50 µ
HAZ
LAS
50 µ 50 µ
Si α-Al Si α-Al
Gambar 12. Uji struktur mikro pada Haz dan las pada arus 85 Ampere.
Si α-Al Si α-Al
Gambar 13. Uji struktur mikro pada Haz dan las pada arus 90 Ampere.
Struktur mikro daerah HAZ menunjukkan terjadinya pertumbuhan butir pada saat pengelasan. Butir-butir pada daerah HAZ mengalami pengasaran dan berbentuk poligonal. Munculnya partikel halus pada daerah ini merupakan presipitat (Mg2Si) seperti terlihat pada Gambar 8 - 14.
Struktur mikro daerah las secara umum berbentuk dendrit dengan warna gelap yang menunjukkan fasa silikon-magnesium (Mg2Si) dan atau silikon (Si), sedangkan warna terang merupakan fasa α aluminium seperti telah disampaikan oleh Chakrabarti dan Laughlin (2004). Di lihat dari struktur mikro arus pengelasan 90 Ampere panas yang dihasilkan semakin tinggi hal ini menyebabkan spesimen paling keras di dalam daerah las dan lebih jelas struktur (Mg2Si) nya.Semakin besar arus yang digunakan maka semakin besar pula ukuran dendrit Tersebut
LAS
50 µ
HAZ
50 µ
50 µ
LAS
50 µ
Hasil Pengujian Kekerasan
Data hasil uji kekerasan micro Vickers las aluminium paduan
Tabel 1. Data hasil uji kekerasan micro Vickers las aluminium paduan. Posisi
Data hasil pengujian micro Vickers tersebut kemudian dibuat grafik dan histogram perbandingan harga kekerasan rata-rata.
Gambar 14. Histogram perbandingan harga kekerasan micko Vickers berbahan Aluminium paduan pada material las.
Dari hasil nilai kekerasan diatas dapat diamati bahwa untuk nilai kekerasan pada logam induk cenderung sama. Seperti yang terlihat pada gambar 4.7. Pada logam induk tidak terjadi perubahan kekerasan karena logam induk tidak terkena pengaruh panas saat pengelasan berlangsung. Walaupun dari hasil pengujian terlihat harga kekerasan logam induk mengalami penurunan, tapi penurunan yang terjadi tidak signifikan. Nilai kekerasan tertinggi di daerah logam las sebesar 79,5 VHN terjadi pada arus 85 Ampere. nilai kekerasan tertinggi pada daerah HAZ adalah sebesar 33,4 VHN terjadi pada arus 80 ampere
Pengujian Tarik dengan Stadar ASTM E8M
Hasil Pengujian Tarik
Dari hasil penelitian dan perhitungan, perbandingan dari hasil analisa dan pengujian tarik,dapat dilihat pada tabel dan nilai regangan tegangan yang di ambil adalah nilai maksimal.
Diambil dari persamaan sebelumnya.
Tegangan :
Tabel 2. Data hasil uji tarik las alumunium paduan
Hasil rata-rata 70A 75A 80A 85A 90A
Tegangan ( N/mm2) 105.19 110.28 113.134 115.88 120.67
Regangan (%) 8.3 7.3 3.3 4.3 3.8
Elastisitas (Mpa) 10607 11500 11512 12652 17467
hasil pengujian tarik tersebut kemudian dibuat grafik dan histogram perbandingan reganga tegangan rata-rata.
Gambar 15. Histogram Tegangan rata-rata hasil pengelasan
Gambar 16. Histogram Regangan rata-rata hasil pengelasan
Gambar 17. Histogram modulus Elastisitas rata-rata hasil pengelasan
Dilihat dari tabel 2 hasil dari pengelasan arus 70 ampere mempunyai tegangan tarik rata-rata 105.19 N/mm2 , regangan tarik rata-rata 8,3 % dan modulus elastisitas 10607 Mpa. Hasil dari pengelasan arus arus 75 ampere mempunyai tegangan tarik rata-rata 110,28 N/mm2 , regangan tarik rata-rata 7,3 % dan modulus elastisitas 11500 Mpa. Hasil dari pengelasan arus arus 80 ampere mempunyai tegangan tarik rata-rata 113,134 N/mm2 , regangan tarik rata-rata 3,3 % dan modulus elastisitas 11512 Mpa. Hasil dari pengelasan arus arus 85 ampere mempunyai tegangan tarik rata-rata 115,88 N/mm2 , regangan tarik rata-rata 4,3 % dan modulus elastisitas 12652 Mpa. Dan hasil dari pengelasan arus 90 ampere mempunyai tegangan tarik rata-rata 120,67 N/mm2 , regangan tarik rata-rata 3,8 % dan modulus elastisitas 17467 Mpa .
Dari data pengujian tarik arus pengelasan yang memiliki tegangan tarik paling tinggi adalah arus 90 ampere yaitu 120,67 N/mm2 hal ini dikarenakan pada proses pengelasan menerima panas lebih tinggi.
Kesimpulan
1. Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan didapatkan komposisi kimia aluminium adalah Al (98.79 %), Si (0.166 %), Fe (0.354 %), Cu (0.170 %), Mn (0.0200 %), Mg (0.0500 %), Cr (0.0150 %), Ni (0.0200 %), Zn (0.297 %), Sn (0.0500 %), Ti (0.249 %). Maka dapat disimpulkan bahwa jenis aluminium yang digunakan adalah paduan Al-Mg-Si.
2. Berdasarkan hasil yang didapat dari pengujian struktur mikro proses pengelasan akan mempengaruhi terbentuknya struktur mikro logam baru.pada arus pengelasan 90 ampere, jumlah butiran pada daerah lasan lebih besar dan tersebar merata di banding arus 70-80 ampere. Semakin besar arus yang digunakan maka semakin besar pula ukuran dendrit tersebut.
3. Berdasarkan hasil yang didapat dari pengujian kekerasan dengan variasi arus pada logam induk tidak terpengaruh. Sedang pada HAZ, semakin tinggi arus yang digunakan nilai kekerasannya cenderung mengalami penurunan, dan pada logam las, semakin besar arus yang digunakan nilai kekerasan cenderung naik lalu mengalami penurunan
DAFTAR PUSTAKA
Aji Lastono, 2015, Pengaruh Fariasi Arus Terhadap Struktur Mikro Kekerasan
danKekuatan Sambungan Pada Proses Pengelasan Aluminium
DenganMetode MIG, jurusan teknik mesin fakultas teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Haikal, 2014, Pengaruh tegangan listrik dan waktu pengelasan terhadap sifat fisik danMekanik sambungan las titik, jurusan teknik mesin fakultas teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Kusuma Angga Tutur, 2012, Studi metalografi hasil pengelasan titik (spot welding pengelasan dilingkungan udara dan lingkungan gas argon, jurusan teknik mesin fakultas teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
M.L. Lin and T.W. Eagar, 1983, “ Influence of Surface Depression And
Convection On Arc Weld Pool Geometry “ dan “ Pressures Produced by
Gas Tungsten Arcs “ ,
Ninien Sckolastika, dan Ponimin, 2011, Analisa pengaruh penggunaan variasi besaran arus las tig terhadap perubahan struktur mikro, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung.
Sonawan H., dan Suratman R., Pengantar untuk Memahami Proses Pengelasan Logam, Cetakan Kedua, CV Alfabeta, 2006, Bandung.
Widharto S., 2006, Petunjuk Kerja Las, Cetakan Keenam, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Wiryosumarto, H., 2004, Teknologi Pengelasan Logam, PT. Pradya Paramita, Jakarta.
