ANALISIS PENGARUH ARUS LISTRIK TERHADAP STRUKTUR MIKRO PADA HASIL PENGELASAN BAJA KARBON SS 400 DENGAN ELEKTRODA E 7016

(1)

ANALISIS PENGARUH ARUS LISTRIK TERHADAP STRUKTUR MIKRO PADA HASIL PENGELASAN BAJA KARBON SS 400

DENGAN ELEKTRODA E 7016

ANDRI SUSANTO

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam 45 Bekasi [email protected]

“Yopi Handoyo, S.Si., M.T. dan Bobbie Suhendra,S.T., M. T.

Afiliasi (Autor Fakultas Teknik Mesin, Universitas Islam 45 Bekasi) [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus pengelasan terhadap kekuatan tarik dan struktur mikro las SMAW dengan elektroda E7016. Pentingnya Arus yang digunakan untuk pengelasan sangat berpengaruh terhadap kualitas hasil las. Jika penggunaan arus semakin besar maka proses pencairan logam yang akan disambung akan semakin cepat. Dampak dari pengguanaan arus yang besar antara lain adalah akan membuat hasil rigi-rigi las bertambah lebar, jika bahan yang dilas itu tipis maka dapat menyebabkan bahan kerja berlubang. Selain itu, pengaruh arus yang besar akan mempengaruhi struktur atom pada daeah lasan karena semakin panas saat proses pengelasan maka daerah pengelasan atau disebut sebagai daerah HAZ akan membuat pengaruh rekristalisasi yaitu menyebabkan terjadinya butir-butir pada daerah HAZ semakin bertambah besar. Jika butiran ini semakin besar maka akan menurunkan kualitas dan kekuatan sambungan las. Penelitian ini menggunakan bahan baja paduan rendah SS 400 menggunakan las SMAW dengan elektroda E7016 diameter 3,2 mm dihubungkan dengan kutub positif dan logam induk dihubungkan dengan kutub negatif. Jenis kampuh yang digunakan adalah kampuh X dengan sudut 60 derajat. Spesimen dilakukan pengujian tarik, dan foto mikro. Nilai kekuatan tarik untuk

(2)

kelompok raw materials adalah 493,3MPa. Data dari hasil eksperimen menunjukkan nilai kekuatan tarik daerah las untuk kelompok 110 Amper adalah 189,3 MPa. Kekuatan tarik daerah las untuk kelompok lainnya mengalami kenaikan dibanding kelompok 110 A. Nilai kekuatan tarik untuk kelompok 120 Amper sebesar 299,3 MPa, ini berarti mengalami kenaikan sebesar 110 MPa Nilai kekuatan tarik untuk kelompok 130 Amper 274,3 Mpa mengalami kenaikan sebesar 30 Mpa dan mengalami penurunan dari kelompok 120 A sebesar 25 Mpa. Jadi kekuatan tarik optimum berada di arus 120 Amper.

Kata Kunci : Pengaruh arus listrik, Material SS 400, Elektroda E 7016, Uji Struktur Mikro dan Uji Tarik

PENDAHULUAN

Penggunaan baja dalam dunia industri semakin maju dan mengalami perkembangan yang signifikan. Hampir semua kontruksi, baik itu kontruksi bangunan, kontruksi perkapalan, jalur pipa gas dan sebagainya di sambung secara pengelasan hal ini dikarenakan kontruksi tidak semuanya di cetak atau melalui proses casting demi mengurangi biaya pabrikasi maka didesainlah kontruksi dengan sambungan las yang memudahkan dalam proses pabrikasi perakitan suatu produk.

Bahan material baja adalah bahan paling banyak digunakan, selain jenisnya bervariasi, kuat, dan dapat diolah atau dibentuk menjadi berbagai macam bentuk yang diinginkan juga ditentukan oleh nilai ekonominya, tetapi yang paling penting adalah karena sifat-sifatnya yang bervariasi, yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai sifat dari yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras sangat luas pemakaiannya, sebagai baja konstruksi umum, untuk baja profil rangka bangunan, baja tulangan beton,rangka kendaraan, mur, baut, pelat, pipa, dll., bahkan bentuk-bentuk yang lebih rumit juga dapat dibuat. Oleh sebab itu, baja sering disebut bahan yang kaya dengan sifat-sifat.

Pada umumnya bahan yang digunakan sangat banyak jenisnya, di mana komposisi kimia, sifat mekanis, ukuran, bentuk dan sebagainya dispesifikasikan untuk masing-masing penggunaan. Salah satu jenis baja yang paling banyak digunakan adalah baja rendah. Baja karbon rendah mengandung kurang dari 0,5% karbon. Kandungan karbonnya yang rendah dan mikrostrukturnya yang terdiri dari fasa ferit dan pearlit menjadikan baja karbon rendah bersifat lunak dan kekuatannya lemah namun keuletan dan ketangguhannya sangat baik. Baja karbon rendah tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk

1

(3)

membentuk struktur martensit (Amanto dan Daryanto, 1999). Salah satu spesifikasi baja karbon rendah yaitu SS 400, baja ini cukup banyak di gunakan untuk pengelasan dengan berbagai jenis sambungan dengan berbagai metode las. Sifat mampu lasnya (weldability) yang baik memberikan kemudahan pengelasan untuk menghasilkan logam lasan yang berkualitas baik. Dalam bentuk kekuatan, ketangguhan dan sebagainya..

Agar pengunaannya sesuai dengan kondisi yang diperlukan, maka bahan harus disambung melalui beberapa cara seperti penyambungan dengan baut atau paku keeling, sambungan yang lebih dan tahan terhadap beban-beban salah satunya dengan cara pengelasan ( Welding ), hal yang paling memungkinkan dari akibat proses pengelasan adalah timbulnya lonjakan tegangan yang lebih besar jika dibandingkan dengan sambungan pada mur, baut, atau paku keling. Hal ini disebabkan karena terjadinya perubahan sifat-sifat bahan pada sambungan terutama pada daerah terpengaruh panas atau HAZ (Heat Affected Zone), karena daerah tersebut adalah daerah logam yang bersebelahan dengan daerah logam las yang selama proses mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat. Kemungkinan yang lain adalah penurunan kekuatan mekanis pada sambungan las, yang terjadi akibat terlalu banyak atau terlalu sedikitnya unsur pada kawat pengisi (filler) sehinggga dapat mengakibatkan timbulnya keretakan.

Berdasarkan uraian di atas, salah satu yang menjadi perhatian adalah pengaruh dari jenis elektroda yang digunakan dalam proses pengelasan terhadap sifat fisis dan mekanis dari logam yang dilas. Untuk mengetahuinya, maka dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanis, yang dalam hal ini dilakukan pada logam baja karbon dari hasil pengelasan dengan dua jenis elektroda yang berbeda.

METODE

Adapun Prosedur Penelitian Sebagai Berikut:

Metode ini menggunakan metode pengelasan Pengaruh arus listrik 110, 120 dan 130 Amper dengan menggunakan material pelat baja SS 400 (200 mm x 20 mm x 12 mm), kemudian menggunakan pengujian Tarikn dan pengujian struktur mikro. Hasil penelitian dan perhitungan yang diketahui nilai yang memiliki Uji Tarik yang tinggi adalah pada daerah pengelasan 120 Amper dengan nilai Uji Tarik 299,3 MPa Dan untuk hasil uji struktur mikro terdapat struktur mikro ferrite dan perlite pada raw material, dan untuk daerah pengelasan dan daerah HAZ butir menjadi lebih halus dikarenakan terkena panas yang tinggi sehingga

(4)

struktur berubah menjadi lebih halus, dan struktur yang terbentuk ferrite dan perlite dengan garis-garis yang berupa accicular ferrite.

HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan material dilakukan sebelum proses pengelasan dan sesudah proses pengelasan.Pengujian menggunakan Tensile menggunakan standartSpesimen Uji Tarik JIS Z 2201 1981, mesin Mesin uji tarik UTM Shimadzu EHP-EB20186838 Pengujian kekerasan dilakukan pada raw material dan material proses pengelasan daerah pengujian dilakukan pada daerah HAZ dan daerah penegelasan.

1. Spesimen 1 (Arus 110 Amper)

Spesimen 1 adalah material melalui pengelasan

Tabel 1 Data Pengujian Tarik Arus 110 Amper Material SS 400

Data dari tabel 1 Hasil pengujian tarik kelompok 1 selanjutnya dimasukan kedalam diagram batang di bawah ini :

Gambar 1 Hasil Uji Tarik Kelompok 110 A Aₒ

Kg/

1 110 12.14 10.31 125.16 216 22

2 110 12.09 9.60 116.06 196 20

3 110 12.00 9.12 109.44 157 16

Kode Arus Dimensi (mm) (σᵤ)

Spesimen (Ampere) Tebal Lebar (Mpa)

0 50 100 150 200 250

110 A 216

196

157

Sampel 3 Sampel 2 Sampel 1

(5)

Gambar 2 Hasil Uji Tarik Kelompok 120 A

1 120 12.10 10.50 127.05 333 34

2 120 12.05 10.18 122.66 323 33

3 120 12.08 9.50 114.76 333 ³⁴

Kode Arus Dimensi (mm) (σᵤ)

Spesimen (Ampere) Tebal Lebar (Mpa) Kg/

Aₒ

0 50 100 150 200 250 300 350

120 A

333 323 333

Series 3 Series 2 Series 1

(6)

Gambar 3 Hasil Uji Tarik Kelompok 130 A

Pembahasan Uji Rata-Rata Pengujian Tarik

Tabel 4 Kekuatan Tarik Rata-Rata Spesimen

0 50 100 150 200 250 300 350

130 A 225

294 304

Kode Arus Dimensi (mm)

Aₒ (σᵤ)

Spesimen (Ampere) Tebal Lebar (Mpa) Kg/(𝑚𝑚²)

1 110 12,07 9,6 116,8 189.6 19

2 120 12,10 10,06 119,9 299,3 33,6

3 130 12,03 9,53 115 274,3 28

(𝑚𝑚²) )

(7)

Dari Tabel 4 bisa dilihat bila dirata-rata nilai Tarik pada Uji Tarik yang mengalami nilai Tarik yang paling tinggi adalah pada daerah pengelasan 120 Amper. Data dari hasil eksperimen menunjukkan nilai kekuatan tarik daerah las untuk kelompok 110 Amper adalah 189,3 MPa. Kekuatan tarik daerah las untuk kelompok lainnya mengalami kenaikan dibanding kelompok 110 A. Nilai kekuatan tarik untuk kelompok 120 Amper sebesar 299,3 MPa, ini berarti mengalami kenaikan sebesar 110 MPa Nilai kekuatan tarik untuk kelompok 130 Amper 274,3 Mpa mengalami kenaikan sebesar 30 Mpa dan mengalami penurunan dari kelompok 120 A sebesar 25 Mpa. Jadi kekuatan tarik optimum berada di arus 120 A.

2. Struktur Mikro dan Logam Las

Struktur mikro pada gambar di atas didominasi butir-butir ferit yangberwarna putih (terang), sedangkan fasa perlit lebih sedikit (berwarna gelap). Butir ferit cenderung lebih halus sedangkan butir perlit lebih kasar. Butir perlit cenderung keras karena mengandung karbon, sedangkan butir ferit cenderunglunak.

0 50 100 150 200 250 300

110 A 120 A 130 A

189,3

299,3

274,3

(8)

Gambar 1 Foto struktur mikro logam las variasi 110 Amper

Perlit

Perlit Perlit

Ferit Ferit

Ferit

(9)

Data dari hasil penelitian diketahui ada perbedaan struktur mikro, kekerasan, kekuatan tarik, raw materials dan kelompok yang dikenai proses pengelasan dengan tiga variasi arus, yaitusebesar 110 Amper, 120 Amper dan 130 Amper.

Pengujian yang pertama adalah pengujian tarik untuk variasi arus pengelasan 110 Amper. Nilai kekuatan tarik untuk kualitas baja paduan rendah mempunyai nilai yang paling kecil diantara variasi arus pengelasan dan raw materials. Pada kelompok variasi 110 Amper, arus yang terjadi terlalu rendah menyebabkan sukarnya penyalaan busur listrik dan busur listrik yang terjadi tidak stabil. Panas yang dihasilkan tidak cukup untuk melelehkan elektrodadan raw materials serta penembusan yang terjadi kurang maksimal. Pada pengujian tarik untuk kualitas lasan, kelompok arus 120 Pada kelompok ini, arus yangterjadi cukup stabil dibanding kelompok 110 Amper. Arus yang stabil ini menyebabkan penembusan dan nyala busur yang baik. Pada pengujian tarik untuk kualitas lasan, kelompok ini mempunyai nilai kekuatan tarik lebih kuat dari 110 Amper dan 130 Amper,karena struktur mikro ferit acicular lembut yang berupa bilah-bilah menyilang lebih optimal, sehingga menahan rambatan retak yang terjadi. adanya struktur ferit kasar, bainit dan ferit halus. Untuk kelomppok 130 Amper kekuatan tariknya lebih rendah dari 120 Amper dan lebih tinggi dari 110 Amper. Kelompok raw material kekuatan tariknya lebih tinggi dari 110 Amper, 120 Amper dan 130 Amper.

Struktur HAZ yang berbatasan dengan logam las terlihat lebih kasar dibandingkan struktur mikro daerah HAZ dengan logam induk. Pada daerah HAZ yang mempunyai struktur mikro kasar dan besar mempunyai nilai kekerasan yang lebih besar dibandingkan HAZ halus.

PENUTUP Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:

1. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa nilai kekuatan tarik tertingi pada pengelasan dengan variasai arus 120 A dengan nilai kekuatan tarik sebesar 299,3 MPa kemudian nilai kekuatan tarik terbesar kedua pada pengelasan arus 130 A dengan nilai kekuatan tarik sebesar 274,3 MPa dan kekuatan tarik terendah pada pengelasan variasi

(10)

arus 110 A dengan nilai kekuatan tarik sebesar 189,3MPa, hal ini menunjukan bahwa nilai variasi arus mempengaruhi nilai kekuatan tarik las.

2. Dari pengujian struktur mikro las dapat terlihat bahwa pada logam induk terdapat dua fasa yang mendominasi struktur mikro yaitu ferrite dan perlite. Pada daerah HAZ butiran-butiran struktur perlit cenderung lebih memanjang dan menyebar diantara struktur perlite yang berbentuk serpihan. Sedangkan pada daerah las bentuk struktur ferrite dan perlite memiliki bentuk sama yaitu cenderung memanjang kebatas butir, pada daerah las didominasi struktur ferrite yang lebih banyak dibandingkan struktur perlite dan garis-garis yang berupa accicular ferrite.

Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan setelah selesai pengelasan hendaknya benda kerja dilakukan preheating dan temperingsehingga dapat diperoleh hasil yang optimal untuk meningkatkan sifat mekanis dan struktur mikro baja.

2. Jika mengelas dengan elektroda E7016 sebaiknya menggunakan arus dari 120 Amper, karena jika kurang maka penembusan yang terjadi akan kecil dan jika lebih dari 130 Amper akan menyebabkan busur listrik yang tejadi tinggi sekali sehingga akan menyebabkan pencairan logam induk besar.

3. Sebaiknya dilakukan pemanasan elektroda sebelum dilakukan pengelasan untuk menghilangkan hidrogen yang ada pada flux, karena hidrogen akan menyebabkan las- lasan menjadi berkualitas jelek.