BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka

Pengelasan merupakan salah satu proses teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa adanya tekanan dan dengan atau tanpa logam penambah yang akan menghasilkan sambungan yang kontinyu [7]. Pada pengelasan dengan adanya energi panas maka di lokasi penyambungan logam akan melebur, yang akan menyebabkan adanya interaksi dengan logam lain. Proses pengelasan dibagi menjadi dua bagian utama yaitu fusion welding dan solid state welding[7].

Penelitian tentang las Tungsten Inert Gas (TIG) telah banyak dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Dalam penelitian Valentino Pasalbessy (2015) membahas tentang pengaruh kecepatan las terhadap kekuatan tarik pada pengelasan TIG. Variasi kecepatan las 10,85 cm/menit dan 12,36 cm/menit dengan kuat arus 150 amp hingga 230 amp dimana menghasilkan kekuatan tarik yang berbeda-beda. Dengan nilai kekuatan tarik tertinggi pada arus 200 amp dengan kecepatan las 12,36 cm/menit sebesar 122,35 N/mm2. Lalu kekuatan tarik terendah dimana dengan kuat arus 150 amp dan kecepatan 10,85 cm/menit sebesar 76,8 N/mm2 [7].

Kecepatan pada proses pengelasan sangat mempengaruhi hasil dari lasan. Menurut Wiryosumarto dan Okumara (2000) kecepatan pengelasan tergantung dari jenis elektroda yang digunakan dan diameter inti elektroda. Kenaikan kecepatan akan memperbesar penembusan pada hasil lasan. Jika kecepatan pengelasan dinaikkan maka masukan panas per satuan panjang juga akan menjadi kecil, sehingga pendinginan akan berjalan terlalu cepat dan dapat memperkeras daerah HAZ. Bila Kecepatan pengelasan yang rendah akan menyebabkan pencairan yang banyak. Kecepatan yang tinggi akan menurunkan lebar manik dan menyebabkan terjadinya bentuk manik yang cekung, maka dari itu dibutuhkan pula kecepatan yang sesuai untuk pengelasan

menggunakan kecepatan pengelasan sebesar 1 mm/detik, 2 mm/detik, 3 mm/detik serta variasi arus yang akan digunakan yaitu sebesar 80 A.

Penelitian tentang las TIG dengan menambahkan magnet yang dilakukan oleh ario sunar baskoro., dkk (2018). Penelitian tersebut membahas tentang peningkatan pengelasan pada las TIG menggunakan pengaruh medan magnet. Percobaan dilakukan dengan meletakan magnet disekitar obor atau jarum las TIG. Variasi pengujian menggunakan arus 70 A, 80 A, 95 A, kecepatan pengelasan 1,3 mm/s dan 1,5 mm/s, aliran gas argon 3 l/min, serta menggunakan 4 medan magnet yang diletakan dengan jarak 50 mm pada setiap magnet. Fenomena dan hasil las terbentuk saat percobaan yang diamati menggunakan kamera. Hasil penelitian menunjukan pengaruh dari efek elektromagnetik pada pembentukan busur yang lebih stabil dan mengecil dengan penetrasi las yang dalam [8]. Kestabilan busur las dapat terganggu dengan adanya pengaruh elektromagnetik. Input kalor yang dihasilkan dipengaruhi oleh medan elektromagnetik lebih rendah jika dibandingkan tanpa medan elektromagnetik sehingga telah terjadi efisiensi dalam penggunaan daya listrik. Selain itu juga busur yang dibatasi secara magnetik dapat mengurangi input panas yang terkait dengan metalurgi tungten inert gas [5][8][9].

2.2 Tungsten Inert Gas (TIG)

Tungsten inert gas (TIG) berasal dari negara Eropa. TIG merupakan pengelasan listrik yang menggunakan elektroda tidak terkonsumsi, dimana elektroda ini hanya digunakan untuk menghasilkan busur listrik pada proses pengelasan. Proses pengelasan dimana sumber panas berasal dari loncatan busur listrik antara elektroda yang terbuat dari tungsten dengan logam yang dilas. Pada jenis pengelasan ini dimana logam induk tidak ikut terumpan agar dapat melindungi elektroda dan daerah las maka dari itu digunakannya gas mulia (argon dan helium). Sumber arus yang digunakan pada las TIG ini yaitu AC (arus bolak balik) dan DC (arus searah) [10]. Gambar 2.1 menunjukan sketsa dari Tungsten Inert Gas.

Gambar 2 . 1 Tungsten Inert Gas [10].

Jenis pengelasan TIG ini merupakan pengelasan busur listrik yang menggunakan elektroda tak terumpan, dimana fungsi dari elektroda tungsten hanya berguna sebagai penghasil nyala listrik saat bersentuhan atau pada saat proses pengelasan dibenda kerja. Elektroda tungsten tentunya sangat mempengaruhi hasil las-lasan pada material [11]. Gambar 2.2 menunjukan pembagian jenis - jenis las busur.

Gambar 2 . 2 Elektroda tak terumpan dan Elektroda terumpan [11].

Jenis – jenis ukuran elektroda tungsten yang biasa dipakai dalam pengelasan sebagai patokan dalam penentuan arus yang hendak digunakan, tertera pada tabel 2.1.

Tabel 2 . 1Klasifikasi ukuran elektoda tungsten [12]. Diameter elektroda

(mm)

Arus Pengelasan (A)

Wolfram pure wolfram thorium

1.0 10 - 60 15 - 80 1.6 40 - 110 60 - 150 2.4 80 - 160 140 - 250 3.2 140 - 210 225 - 325 4.0 170 - 275 300 - 425 5.0 250 - 350 400 - 500

Menggunakan arus yang besar dapat mempengaruhi struktur atom di daerah benda kerja. Pada saat masukan panas, proses las mengakibatkan perbesaran butir serta struktur logam akan berubah jadi kasar, pada saat itu dimana struktur logam yang kasar dapat menurunkan sifat mekanik dari suatu material [13]. Keuntungan pada pengelasan jenis las TIG adalah dimana dapat digunakan pada material yang tipis hingga material yang sangat tebal, serta mampu menampilkan hasil lasan yang berkualitas [14]. Hasil dari las TIG memiliki kemampuan yang bagus dan teruji dalam mengatasi masalah pada sambungan las. Lalu penggunaan kecepatan renda saat proses las, memudahkan pengamatan pada welder sehingga mudah untuk mengendalikan logam las.

2.3 Baja Karbon Rendah

Baja karbon adalah baja paduan yang memiliki kadar karboon dengan ditambkan sidikit unsur-unsur paduan [15]. Maksud dari penambahan unsur ini untuk meningkatkan kekuatan baja tanpa mengurangi keuletannya. Berdasarkan tingkatan banyaknya karbon, baja dibagi menjadi 3 golongan, yaitu:

a. Baja karbon tinggi merupakan baja yang mengandung persenan karbon antara 0,6% sampai 1,5%.

b. Baja karbon sedang merupakan baja yang mengandung karbon antara lain 0,3% hingga 0,6%.

c. Baja karbon rendah merupakan baja uang mengandung karbon rendah dengan persentasi karbon yang kurang dari 0,3% [15].

Baja karbon rendah memiliki presentase unsur karbon dibawah 0,25%, sedangkan unsur pembantu lainnya seperti Mn tidak lebih dari 0,8%, lalu Si tidak lebih dari 0,5%, dan unsur Cu juga tidak lebih dari 0,6%. Baja karbon dapat dibedakan berdasarkan presentase kadar karbonnya, serta dikelompokkan atas komposisi presentase unsur pembantu karbonnya seperti yang diperlihatkan pada diagram fasa Fe-C pada gambar berikut, baja eutectoid memiliki nilai 0,8% C, hypoeutectoid kurang dari 0,8% C, sedangkan pada baja hypereutectoid lebih besar dari 0,8% C [16]. Diagram fasa Fe-C ditunjukan pada gambar 2.3

Gambar 2 . 3 Diagram Fe-C [17]

Diagram diatas merupakan diagram yang menjelaskan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fase selama proses pendinginan atau pemanasan yang lambat. Diagram ini juga merupakan dasar pemahaman untuk semua proses perlakuan panas. Dimana fungsi diagram fasa ialah untuk memudahkan pengguna untuk memilih temperatur pemanasan yang sesuai dengan setiap proses perlakuan panas baik proses annealing, normalizing maupun proses pengerasan [17]. Diagram Fe-C menunjukan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan lambat serta pemanasan lambat dengan kandungan karbon (0.02 sampai 0.8 % C). Berlandaskan diagram fasa tersebut maka baja karbon rendah merupakan jenis

Diagram CCT (continuous cooling transformation) merupakan diagram yang menghubungkan antara kecepatan pendinginan dengan struktur mikro yang terbentuk yang biasanya waktu, suhu, dan tranformasi [18]. Gambar 2.4 menunjukan diagram CCT yang dapat digunakan untuk membahas keuletan , kekerasan dan sebagainya, yang kemudian dapat dipakai untuk menentukan prosedur dan cara pengelasan.

Gambar 2 . 4 Diagram CCT [18] 2.4 Metalurgi Pengelasan

Metalurgi pengelasan adalah perubahan yang terjadi pada baja atau logam dimana mengalami macam-macam efek mekanis serta panas dalam proses pengelasan [1]. Aspek metalurgi las meliputi dari siklus termal dan pengaruh terhadap perubahan struktur mikro serta faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mampu las (weldability) dari logam yang disambungkan [19].

Siklus termal akan menimbulkan perubahan-perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan-tegangan termal ataupun cacat pada logam las. Siklus daerah Thermal merupakan proses pemanasan dan pendinginan daerah lasan. Perubahan yang paling penting dalam pengelasan yaitu perubahan pada struktur mikro yang akan berpengaruh pada penentuan sifat-sifat mekanis sambungan las. Pada umumnya struktur mikro yang terjadi tergantung pada komposisi kimia dari logam induk, kondisi logam induk seperti geometri ataupun proses pengerjaan sebelumnya, penerapan Teknik pengelasan, serta perlakuan panas yang diberikan pada benda kerja [19].

Salah satu faktor utama yang mengatur perubahan dari struktur mikro tersebut yaitu besarnya masukan panas (Heat Input) yang diberikan kepada sambungan logam. Kecepatan pendinginan mempengaruhi sifat-sifat mekanis sesuai dengan jenis fasa dan butiran logam yang terbentuk. Pendinginan yang cepat menghasilkan struktur yang kuat, keras dan kurang ulet. Sedangkan, pendinginan yang lambat menghasilkan sifat-sifat sebaliknya [16]. Daerah lasan bisa diasumsikan sebagai daerah pada proses pengecoran dalam skala kecil, namun perbedaannya pada proses pengelasan dimana proses solidifikasi diawali dari bentuk butiran-butiran (grains) yang sudah terbentuk pada garis las (fusion line) dan tumbuh secara teratur menuju pusat lasan selama dalam proses pengelasan. Gambar 2.4 menunjukan bagian daerah las.

Gambar 2 . 5 Bagian-bagian daerah las [20].

Terdapat 2 bagian daerah lasan yang telah ditunjukan oleh gambar 2.5, dengan penjelasan sebagai berikut:

a. Heat alfected zone

Biasa disebut HAZ merupakan logam dasar dekat dengan logam las yang mengalami siklus termal panas dan pendinginan cepat selama proses pengelasan.

b. Base metal zone

Bagian dari logam induk yang tidak terpengaruh oleh suhu dari proses pengelasan, sehingga tidak menyebabkan perubahan sifat dari material dan strukturnya.

2.5 Magnet

batang. Batang magnet memiliki dua kutub bagian antara lain kutub utara (U) dan kutub selatan (S), dimana dua kutub sejenis akan saling tolak – menolak sebaliknya jika dua kutub tidak sejenis akan saling tarik – menarik [21].

Medan magnet merupakan suatu daerah yang dipengaruhi oleh gaya magnetic. Gelombang elektromagnetik adalah interaksi antara medan magnet dengan medan listrik. Salah satu contoh medan magnet yang ditimbulkan akibat adanya arus listrik yaitu selonoida [21]. Gambar 2.5 menunjukan arah 2 medan magnet (berwarna biru dan merah) terhadap busur las (berwarna hijau).

Gambar 2 . 6 Arah 2 medan magnet [21].

Magnet Neodymium iron boron (NdFeB) ditemukannya pertama kali ditahun 1980. Magnet NdFeB memiliki kekuatan tinggi dan mulai dikomersilkan sejak 1984. NdFeB merupakan material magnetik berjenis permanen rare earth, karena terbentuk dari 2 buah atom dari tanah jarang (rare earth) neodymium (Nd), 14 atom besi (Fe), dan 1 atom Boron (B) sehingga memiliki rumus molekul N𝑑₂F𝑒₁₄B. Magnet NdFeB mempunyai karakteristik yang lebih baik diantara magnet permanen lainya seperti ferit dan alnico. Karena memiliki karakteristik magnet yang tinggi membuat magnet NdFeB memiliki dimensi serta volume yang kecil [22] [23].

2.6 Uji Tarik

Uji tarik adalah salah satu pengujian material yang banyak digunakan pada industri. Data yang dapat diambil diantaranya adalah kurva tegangan, kurva

regangan, parameter kekuatan, dan perpanjangan. Kurva tegangan regangan didapatkan setelah proses pengujian tarik dengan diberi gaya secara kontinu dan pelan-pelan bertambah besar, hasil nya dapat ditunjukan pada kurva gambar 2.7 [24][25].

Gambar 2 . 7 Kurva tegangan regangan [25]

Penelitian yang dilakukan oleh Ary Setya, dkk. (2014), uji tarik merupakan pemberian beban tarik pada benda kerja secara perlahan-lahan hingga patah. Dari hasil pengujian tarik dapat mengetahui sifat-sifat lain yang terdapat pada material uji, seperti: kekuatan mulur, perpanjangan, reduksi penampang, dan modulus elastisitas [26]. Saat melakukan pengujian tarik salah satu hal yang menyebabkan kegagalan pada benda kerja yaitu beban yang bekerja pada elemen mesin memiliki besar yang melebihi kekuatan material benda kerja tersebut [24]. Kekuatan pada suatu material dibagi menjadi dua yaitu kekuatan mulur dan kekuatan tarik. Dibawah ini merupakan skema peralatan pada pengujian tarik yang ditunjukan pada gambar 2.8.

Dari gambar diatas dapat dilihat komponen-komponen utama yang terdapat pada mesin uji Tarik. Pada komponen utama tersebut terdiri suatu alat pencatat gaya (load cell), Batang penarik (moving crosshead), alat pencatat pertambahan material Panjang specimen (extensometer), dan specimen. Load cell berfungsi untuk mencatat besarnya pembebanan (F) yang terjadi pada spesimen, lalu pada extensometer berfungsi mencatat besarnya pertambahan material Panjang (ΔL) yang terjadi dispesimen [26]. Sifat-sifat yang dihasilkan dari pengujian tarik antara lain:

a. Tegangan (σ)

Merupakan tegangan didapatkan dari pembagian gaya dibagi dengan luas awal. Nilai tegangan untuk mengukur suatu kekuatan tarik dari material. Dapat dicari dengan persamaan 1:

σ =

F

A………..(1)

Ket: 𝜎 = Tegangan tarik maksimum (MPa, N/mm2₎

F = Gaya (N)