Suryono Adi Waluyo1
1 adalah Dosen Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun
Abstract
Welding process using Gas Metal Arc Welding ( GMAW ) with varied current setting will obtain different strength of weld product especially tensile and bending strength. The higher current setting that used the stronger tensile strength of weld product, exceeds the base metal tensile strength. Whereas at bending test, when lower current setting used, defect or crack tends to take place. Practically, current setting choice intend to improve and perfect Welding Procedure Standard ( WPS ). With appropriate current setting moreover welding parameter such as voltage and welding speed will increase quality of welding product.
Key Word : Gas Metal Arc Welding, Welding Procedure Standard
Latar Belakang
Mengingat pentingnya proses pengelasan di dalam dunia konstruksi, maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang menitikberatkan pada kekuatan las yang diuji tarik dan diuji lengkung. Karena selama ini penggunaan atau pengontrolan arus dalam proses pengelasan kurang begitu diperhatikan dengan serius, khususnya untuk proses pengelasan pada las GMAW ( Gas Metal Arc Welding ) atau las semi otomatik.
Rumusan Masalah
Keandalan dan keamanan dalam suatu bangunan konstruksi yang berhubungan dengan logam dan pengelasan sangat tergantung pada kekuatan sebagai faktor utamanya. Berkaitan dengan itu pengujian dan analisa yang akan dilakukan dalam penelitian ini akan semakin menambah jaminan kekuatan dan meningkatkan mutu serta keamanan dari beberapa aspeknya.
Batasan Masalah
Pada penelitian ini diberikan batasan masalah sebagai berikut :
1. Pengujian difokuskan pada kekuatan tarik dan kekuatan lengkung hasil lasan GMAW.
2. Posisi pengelasan ditentukan.
3. Jenis sambungan las sudah ditentukan.
4. Menggunakan mesin las yang sudah ditentukan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh variasi arus pada proses pengelasan dalam rangka meningkatkan mutu hasil lasan khususnya las GMAW.
Tinjauan Pustaka Proses pengelasan
Proses pengelasan semi otomatik Gas Metal Arc Welding (GMAW ) atau proses pengelasan busur logam gas adalah proses pengelasan dimana busur api listrik sebagai sumber panas untuk mencairkan logam, dan dengan menggunakan gas ( biasanya CO2 ) sebagai pelindung sedang elektroda sebagai bahan pengisi atau pengumpan.
Prinsip kerja dari proses ini adalah sama seperti pada proses-proses las busur listrik lainnya, yaitu peleburan logam induk dan logam pengisi terjadi pada busur listrik di antara logam induk dan elektroda.
Proses pengelasan GMAW
mempunyai keunggulan antara lain :
Kecepatan pengumpanan tinggi, karena sistem pengumpanan dilakukan secara kontinyu.
Proses pengelasan ini tidak menggunakan fluks pada elektroda/kawat las sehingga pada hasil lasan tidak ada terak.
Bila dalam proses las busur listirik sebagai sumber panas, maka panasnya dapat dihitung dengan persamaan :
H = V
I E.
keterangan :
H = Input panas (J/mm) E = Voltage busur (volt) I = Arus listrik (ampere)
V = Kecepatan pengelasan (mm/detik) Untuk mendapatkan panas bersih maka diperlukan efisiensi pemindahan energi jadi untuk panas bersih dapat dihitung dengan :
Hnet = V
I E f1⋅ ⋅ keterangan :
Hnet = Panas bersih (J/mm)
f1 = efisiensi pemindahan energi (0.8 - 1.0)
E = Voltage busur (volt) I = Arus listrik (ampere)
V = Kecepatan pengelasan (mmm/det) Kecepatan pengelasan
Kecepatan pengelasan sangat berpengaruh pada hasil lasan, karena kecepatan pengelasan berhubungan dengan terbentuknya jumlah deposit las, serta menentukan metalurgi hasil lasan.
Kecepatan pengelasan juga menentukan penetrasi, pembentukan manik las, bibir las dan lain-lain. Kecepatan pengelasan pada fillet lapis tunggal dan lasan pada sambungan tumpul lapis tunggal akan menaikkan hasil lasan secara langsung, tetapi kecepatan pengelasan tidak akan mempengaruhi laju pendepositan, hanya dengan kecepatan pengelasan yang rendah maka akan menaikkan heat input, sedangkan
Siklus thermal
Ini adalah proses pemanasan dari pendinginan pada daerah lasan, pada siklus thermal las pendinginan makin lambat kecepatan pendinginan lasnya makin kecil.
Pada temperatur tertentu logam tersebut mengalami transformasi baik sebagian atau seluruhnya tergantung kecepatan pemanasannya (heating rate ). Sedangkan kecepatan pemanasan tergantung dari jenis proses, tinggi rendahnya temperatur puncak berakibat penahanan logam pada struktur ( austenit ) sehingga mengurangi kesempatan bertransformasi, lebih tinggi temperatur puncak lebih sempurna transformasinya.
Untuk pemanasan yang lambat menyebabkan perambatan panas ke segala arah, sehingga menambah jumlah pemanasan yang diperlukan berarti memperlambat pencairan sedang penyusutan logam bertambah. Pada pengelasan baja dengan input panas kecil transformasi dari ferrit menjadi austenite tetapi dengan input panas rendah HAZ-nya lebih besar, karena banyak panas yang menyebar ke bagian logarn, sehingga banyak daerah yang berubah strukturnya, dengan input panas tinggi baja mencair dengan cepat, sehingga kecepatan pengelasan lebih besar, berarti lebih sedikit daerah yang terpengaruh panas.
Daerah las
Proses pengelasan dibagi menjadi daerah-daerah atau bagian-bagian dari sambungan las yaitu :
1. Logam las ini berasal dari logam pengisi pada pengelasan mencair dan kemudian membeku.
2. Garis gabungan, ini adalah gabungan antara logarn lasan dan HAZ
3. HAZ, Lebar dari HAZ tergantung proses pengelasan dan teknik pengelasan.
4. Logam induk,.bagian tidak terpengaruh oleh pemanasan dan suhu pengelasan tidak terjadi perubahan struktur dan sifat- sifatnya.
Besarnya masukan panas ( J ) dapat didekati
E = V I E× ×60 keterangan :
J = besarnya masukan panas (Joule / inchi)
E = besarnya tegangan listrik (Volt) I = arus las (ampere)
V = gerakan laju las (cm/menit) Metodologi
Material yang dipakai
Material yang akan dipakai adalah : SPAK, Spesifikasi JIS GS125 dengan tebal 9 mm. Material ini ditinjau dari kandungan karbon adalah termasuk baja karbon rendah.
Komposisi dan sifat-sifat mekanik dari material dapat dilihat pada lampiran.
Elektrode yang dipakai
Pemilihan electrode sebagai logam pengisi dalam proses pengelasan sangat menentukan mutu hasil pengelasan.
Elektrode yang dipakai adalah jenis SAF NERTALIC 70A. Elektrode ini biasa dipakai pengelasan konstruksi baja dan konstruksi berat, kereta api, automotif atau komponen mobil dan sepeda motor.
Mesin las yang dipakai
Mesin las yang digunakan untuk proses pengelasan ini adalah semi otomatik merk OTC model : CPXC – 350 P6635.
Pelaksanaan Penelitian 1. Jumlah sampel
Pada jumlah sampel analisa ini diambil dari material yang tersedia yaitu 4 tumpukan, 1 tumpukan berjumlah 10 biji, sehingga jumlah material 40 biji.
• Untuk pengujian tarik 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen (1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ). Jumlah seluruh pengujian tarik 32 sampel.
• Untuk pengujian lengkung 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen ( 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ). Jumlah seluruh pengujian lengkung 32 sampel.
• Untuk pengujian visual / NDT 4 kupon tes, 1 kupon tes terdiri dari 8 spesimen ( 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B ).
Jumlah seluruh pengujian visual 32 sampel.
Jadi jumlah seluruh specimen untuk 3 jenis pengujian ( Uji tarik, Uji bending dan Visual ) adalah 96 sampel.
2. Teknik pengolahan data
Teknik pengolahan data dilakukan dengan metode statistik.
Pembahasan dan Analisa Data Pengolahan data hasil percobaan Pengujian tarik ( Tensile Test )
Kupon Test no. 1 : Ultimate Stress ( kg/mm2 )
No. x1i ( x1i – x ) ( x1i – x )2
1 46,96 0,0672 0,0046
2 46,81 -0,0825 0,000068
3 46,81 -0,0825 0,000068
4 46,89 -0,0025 0,000063
5 46,96 0,0675 0,0046
6 46,93 0,0375 0,0041
7 46,89 -0,0025 0,000068
8 46,89 -0,0025 0,000068
375,14 0 0,05
x = 8
14 ,
375 = 46,8925 kg/mm2
Tx = 7
05 ,
0 = 0,085
Tp = 100%
514 , 37
085 ,
0 × = 0,23 %
Untuk kupon test yang lain diperhitungkan dengan cara yang sama, baik untuk elongation dan Yield Stregth. Beban yang diberikan dalam pengujian lengkung dari seluruh 4 kupon tes besarnya tergantung dari ukuran batang uji lengkung, lebar celah dan kuat tarik bahan.
Hubungan antara besaran-besaran tersebut adalah sebagai berikut :
G =
2 1
L X K t S L ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ keterangan :
G = beban tekan
L1 = lebar batang uji (mm) S = kuat tarik bahan (kg/mm2) t = tebal batang uji (mm) L2 = lebar celah landasan (mm) K = koefisien lengkung
Untuk pengujian deposit las menurut standard ASME IX bentuk dan ukuran specimen uji sebagai berikut :
L1 = min 40 mm ( 1,5 inchi ) L2 = Gt
K = 1,40 , karena bentuk lengkung U X = 2, karena bentuk lengkung U x = 1, karena bentuk lengkung V
No. L1
( mm )
S Kg/mm2
t ( mm )
K X L1
( mm )
G ( ton )
1 40 43,50 9 1,40 2 54 7,308
2 40 43,50 9 1,40 2 54 7,308
3 40 43,50 9 1,40 2 54 7,308
4 40 43,50 9 1,40 2 54 7,308
Energi bersih yang diberikan ke logam induk adalah :
Hnet = V
I E f1⋅ ⋅ keterangan :
f1 = efisiensi pemindahan energi panas dari logam busur las ke logam induk ( 0,8 – 1,0 )
E = Voltage I = Arus listrik
V = kecepatan pengelasan
Kupon No. Test
I ( Arus ) Ampere
E ( Voltage ) Volt
V (kecepatan) cm/menit
Hnet J/menit
1 240 38 20 405,33
2 140 26 17 201,63
3 90 20 10 130,91
4 60 18 7 116,06
Analisa Data
Hasil analisa ini adalah mengacu pada data hasil pengujian yang sudah
pengujian tarik dan pengujian lengkung.
Secara kualifikasi hasil daripada pengujian- pengujian di atas harus memenuhi standard
Standard kualifikasi las untuk sambungan las pada pengujian tarik tidak kurang dari :
• Kuat tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar yang terendah, bila logam dasar berlainan kuat tarik minimumnya.
• Kuat tarik minimum yang ditetapkan dari logam dasar.
• Kuat tarik minimum dari logam lasan, bila standard yang dipakai menentukan penggunaan logam lasan dengan kuat tarik yang lebih rendah dari logam dasar pada suhu ruang.
• Batang uji/ spesimen tes putus pada logam dasar di luar lasan atau di luar garis fusi las.
• Tes dinyatakan dapat diterima / memenuhi dengan syarat kuat tarik minimum 5 % lebih rendah dari kuat tarik minimum yang ditetapkan.
Standard kualifikasi las untuk sambungan las pada. pengujian lengkung/Iekuk adalah :
• Lasan atau daerah pada zona terpengaruh panas dari spesimen tes lengkung melintang setelah diuji harus seluruhnya berada pada bagian lengkung spesimen tes/ batang Uji.
• Untuk lasan atau zona terpengaruh panas, setelah dilengkung tidak boleh terdapat cacat terbuka yang melebihi 3,2 mm, diukur ke segala arah pada permukaan lengkungan luar dari spesimen tes.
• Retakan-retakan yang terjadi pada pojok spesimen tes sewaktu pengetesan diperkenankan, kecuali bila retakan-retakan tersebut disebabkan oleh inklusi terak atau cacat-cacat lain didalam bahan.
• Pada cladding pelapis lasan tahan korosi tidak boleh terdapat cacat terbuka yang melebihi 1,6 mm pada claddingnya dan tidak boleh terdapat cacat terbuka melebihi 3,2 mm pada fusi yang diukur ke segala arah.
Hasil analisa pengujian tarik
Kupon Tes No.
No. Spesimen Hasil Uji Tensile Tes
( kg/mm2 )
Tensile Tes Base metal ( N/mm2 )
Tensile Tes Base metal ( kg/mm2 )
Keterangan
1
1A 46,96 429 43,50 Memenuhi
1A 46,81 429 43,50 Memenuhi
1B 46,81 429 43,50 Memenuhi
1B 46,89 429 43,50 Memenuhi
1C 46,96 429 43,50 Memenuhi
1C 46,96 429 43,50 Memenuhi
1D 46,89 429 43,50 Memenuhi
1D 46,89 429 43,50 Memenuhi
2
2A 48,25 429 43,50 Memenuhi
2A 48,25 429 43,50 Memenuhi
2B 48,33 429 43,50 Memenuhi
23B 48,18 429 43,50 Memenuhi
2C 48,33 429 43,50 Memenuhi
2C 48,33 429 43,50 Memenuhi
2D 48,33 429 43,50 Memenuhi
2D 48,25 429 43,50 Memenuhi
3
3A 35,00 429 43,50 Tidak Memenuhi
3A 34,92 429 43,50 Tidak Memenuhi
3B 35,22 429 43,50 Tidak Memenuhi
3B 35,07 429 43,50 Tidak Memenuhi
3C 34,84 429 43,50 Tidak Memenuhi
3C 35,15 429 43,50 Tidak Memenuhi
3D 35,00 429 43,50 Tidak Memenuhi
3D 35,00 429 43,50 Tidak Memenuhi
4
4A 35,15 429 43,50 Tidak Memenuhi
4A 35,60 429 43,50 Tidak Memenuhi
4B 35,78 429 43,50 Tidak Memenuhi
4B 35,69 429 43,50 Tidak Memenuhi
4C 35,92 429 43,50 Tidak Memenuhi
4C 35,15 429 43,50 Tidak Memenuhi
4D 35,78 429 43,50 Tidak Memenuhi
4D 35,75 429 43,50 Tidak Memenuhi
Hasil analisa pengujian lengkung
Kupon Tes No.
No. Spesimen Hasil Uji Type of Defect
Size of Defect Hasil uji
Size of Defect
Standard Keterangan
1
1A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
1D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2
2A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2A Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
23B Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2C Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
2D Tidak ada 0 3,2 mm Memenuhi
3
3A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
3D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4
4A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4A Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4B Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4C Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
4D Ada 22 mm 3,2 mm Tidak Memenuhi
Kesimpulan
Dari hasil analisa yang sudah dilaksanakan mulai dari pemilihan bahan, pemilihan kawat las, proses las dan variasi Volt Ampere kemudian dilanjutkan dengan pengujian-pengujian maka dari analisa tersebut diatas dapat diambil kesimpulan yaitu :
Kesimpulan Pengujian Tarik
Dengan percobaan pertama didapatkan secara uji visual cacat las yang terdapat hanyalah spatter, dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah baik.
Dengan percobaan ke 2 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah tidak ada, dan segi kekuatan tank sambungan las adalah sangat baik.
Dengan percobaan ke 3 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah tidak baik.
Dengan percobaan ke 4 secara uji visual cacat las yang terdapat adalah porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi kekuatan tarik sambungan las adalah tidak baik.
Kesimpulan Pengujian Lengkung
Pada percobaan pertama, secara uji visual terdapat cacat las yaitu spatter, dari segi lengkungan tidak terdapat defect maka dinyatakan baik.
Pada percobaan kedua secara uji visual tidak terdapat cacat las, dari segi lengkungan tidak terdapat defect maka dinyatakan sangat baik.
Pada percobaan ketiga secara. uji visual terdapat cacat las yaitu : porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dari segi lengkungan terdapat defect dengan ukuran 22 mm ( melebihi standard ) maka dinyatakan tidak baik.
Pada percobaan keempat secara uji visual terdapat cacat las yaitu porosity, incomplete fusion, incomplete penetration dan segi lengkungan terdapat defect dengan ukuran 22 mm ( melebihi standard ) maka dinyatakan tidak baik.
Daftar Pustaka
1. ASME XI Standard, “ Procedure and Performance Welding Qualition “ , 1981.
2. Harsono Wiryo Sumarto, Toshie Okumura, “ Teknologi Pengelasan
Logam “, Pradnya Paramitha, Jakarta, 1994.
3. Ir. M. Ihifni, “ Metode Statistik “, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Malang, 1990.
4. Ir. Suarpraja Tedja, “ Essentials of Welding Design “, A Four Day Workshop Course, Jakarta, 1996.
5. JIS , “ Hand Book Welding “, Japanese Standard Association, 1981.
6. Leonard P. Connor, “ Welding Hand Book “ , 8th edition Vol 1, American
Welding Society.
7. OTC Daihen Corporation, Model CPXC – 350 P6635.
8. Politeknik Perkapalan ITS, Depnaker dan Dep Pertambangan dan Energi Dirjen Migas, “ Destructive Test “ , Politeknik Perkapalan ITS, Surabaya, 1996.
9. Politeknik Perkapalan ITS, Depnaker dan Dep Pertambangan dan Energi Dirjen Migas, “ Teknologi Pengelasan Logam “ , Pendidikan dan Latihan Inspektur Las, Surabaya, Maret 1997.
