BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Kajian Pustaka

Pada penulisan skripsi ini dilakukan studi literatur dari penelitian-penelitian yang sebelumnya sudah dilakukan sebagai bahan perbandingan berupa kelebihan dan kekurangan yang sudah dilakukan. Informasi untuk mendapatkan landasan teori ilmiah yang berkaitan dengan juduk yang digunakan diperoleh melalui buku-buku, jurnal maupun skripsi.

Tabel 2. 1 Rangkuman kajian pustaka [3],[4] ,[5]. Kajian pustaka Penelitian I A. S. Baskoro, 2010 Penelitian II Liu. Zuming, 2018 Penelitian III Liu. Zuming, 2020

Judul Improving weld penetration by employing of magnetic poles’ configurations to an autogenous tungsten inert gas (TIG) welding

Pengaruh variasi kecepatan dan kuat arus terhadap kekerasan, tegangan tarik, struktur mikro baja karbon rendah dengan elektroda E6013. Influence of cusp magnetic field configuration on K-TIG welding arc penetration behavior Tujuan Mengetahui pengaruh medan magnet luar terhadap bentuk busur dan menemukan konfigurasi yang Menganalisis pengaruh kecepatan dan besar arus terhadap nilai kekerasan , uji tarik serta struktur mikro

Mengetahui efek peningkatan medan magnet puncak terhadap kemampuan penetrasi busur K-TIG.

dapat mengurangi konsumsi daya dan meningkatkan penetrasi. pada hasil pengelasan. Hasil penelitian • Susunan PP menghasilkan medan magnet yang lebih kuat dibandingkan dengan susunan PR.

• Lendutan

minimum dari garis las adalah PR-NNSS-SD dengan jarak antar magnet 90 mm. • Pada jarak 90 dan konfigurasi PP- NNSS mempunyai hasil yang paling efisien • Seiring bertambahnya kecepatan dan besar arus akan meningkatkan sifat mekanik dari logam las. Dimana semakin cepat kecepatan lasa akan meningkatkan nilai kekerasan • Setelah menggunakan CMF ke dalam K-TIG, busur las dibatasi, dan area zona leleh lebih kecil daripada tanpa CMF. Bila arah medan magnet tegak lurus maka efek kendala lebih baik dari pada arah medan magnet sejajar.

• Dengan CMF tegak lurus dengan sudut tiang yang lebih kecil, peleburan ukuran zona berkurang, kedalaman leleh dan tegangan busur meningkat,

sudut kutub adalah faktor konfigurasi CMF kritis untuk mengontrol kemampuan penetrasi K-TIG

2.2. Tungsten Inert Gas (TIG)

Pengelasan digunakan untuk menyambungkan beberapa material logam dengan menggunakan atau tanpa proses pengerjaan panas, tekanan , dan material filler. Pengelasan tungsten inert gas (TIG) sendiri merupakan salah satu pengelasan dimana proses dalam pengelasan ini menggunakan elektroda tidak terkonsumsi yang sudah dilapisi gas pelindung yang berfungsi untuk mencegah terjadinya kontaminasi udara. Pengelasan TIG bisasa digunakan untuk penyambungan material ataupun paduan logam saat ini, itu dikarenakan pengelasan TIG mempunyai keunggulan kualitas natural seperti kualitas las yang tinggi, distorsi yang rendah, zona HAZ yang kecil, dan tidak meninggalkan slag dan splatter [6].

2.2.1. Prinsip kerja las Tungsten inert gas (TIG)

Proses pengelasan pada pengelasan TIG menggunakan elektroda terkonsumsi (non consumable electrode), elekroda ini akan menghasilkan busur nyala listri.untuk mengisi kampuh pada bahan induk dilakukan oenambahan berupa batang las atau rod yang dicairkan oleh busur nyala. Gas pelindung berguna untuk mencegah adanya oksidasi pada material . gas yang biasa digunakan adalah argon dan helium atau campuran keduanya. Gambar 2.2 menunjukan skema proses pengelasan TIG.

Gambar 2. 2 Skema Pengelasan

2.2.2. Komponen utama las TIG

Pada proses pengelasan TIG ada beberapa komponen las yang digunakan antara lain adalah sebagai berikut :

1. Torch

Torch memiliki tiga bagian utama diantaranya adalah elektroda tidak terkonsumsi, collet dan nozzel. Collet digunakan untuk menahan elektroda tungsten dengan diameter yang disesuaikan. Nozel membantu membentuk busur las dengan menggunakan elektroda. Housing dari pegangan torch bisanya terbuat dari plastik dan mempunyai sudut elektroda dengan pegangan sebesar 120° [7].

2. Gas shielding

Pada pengelasan TIG terdapat gas pelindung (shielding gas) yang berfungsi untuk mencegah kontaminasi udara berupa terjadinya oksidasi udara luar terhadap cairan yang akan mengakibatkan perpaduan antara bahan tambahan dengan cairan bahan yang akan disambung kurang optimal. Pada penggunaan gas pelindung diperlukan penyesuaian jumlah aliran gas pelindung. Pada penyetelannya kebutuhan gas pelindung dipengaruhi oleh ketebalan benda kerja, jenis gas, posisi las, luas kawah las, luas daerah panas, serta kecepatan pengelasan [8]

Gas argon (Ar) biasa digunakan untuk mencegah kontaminasi udara pada pengelasan tungsten inert gas (TIG). Gas ini sering digunakan dikarenakan mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan gas pelindung lain diantaranya cocok digunakan pada pengelasan berbagai jenis logam, harga yang terjangkau [9]. Gas pelindung lain untuk pengelasan khusus dapat menggunakan helium (He) atau campuran Argon – Helium. Tabel 2.2 menunjukan spesifikasi gas pelindung yang digunakan dalam proses pengelasan.

Tabel 2. 2 spesifikasi gas pelindung [9]

Simbol Ar

Titik didih -185,9 °C

Berat jenis 1.4

Berat molekul 40

Suhu kritis -122,4 °C

Berat jenis gas 1,78 Kg/m3

Berat jenis cairan 1393 Kg/m3

Titik api Tidak terbakar

3. Elektroda

Pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas )dibutuhkan nyala busur api elektroda tidak terkonsumsi (non consumable electrode ) yang

digunakan untuk meleburkan benda yang akan disambungkan menjadi satu kesatuan sambungan. Dalam penggunaannya terdapat klasifikasi tipe elektroda yang biasa digunakan didalam elektroda [10]. Tabel 2.3 menunjukan klasifikasi elektroda yang biasa digunakan pada proses pengelasan

Tabel 2. 3 Klasifikasi elektroda tungsten [10]

Klasifikasi AWS Elemen paduan Klasifikasi warna

EWP Tungsten murni Hijau

EWTH – 1 0,8 ÷ 1,2 % Thorium Kuning EWTH – 2 1,7 ÷ 2,2 % Thorium Merah EWTH – 3 0,35 ÷ 0,55 % Thorium Biru

EWZR - 1 0,15 ÷ 0,4 Zirconium Coklat EWCe -2 1,8 ÷ 2,2 % Cerium Orange EWLa -1 ± 1,0 5 Lanthanum hitam

EWG Tidak di spesifikasikan Abu-abu

2.3. Baja

Baja sendiri merupakan paduaan besi – karbon yang yang mempunyai unsur paduan lain yang mempunyai kosentrasi yang cukup besar pada paduan. Banyak paduan yang mempunyai komposisi serta perlakuan panas yang berbeda. Sifat mekanik baja memiliki sifat sensitive terhadap kandungan karbon, yang biasanya normalnya kandungan tidak lebih dari 1,0 wt %. Baja karbon biasanya hanya mengandung konsentrasi sisa dari paduan selain karbon dan sedikit mangan. Sedangkan untuk baja paduan mempunyai banyak unsur paduan yang sengaja ditambahkan dalam konsentrasi tertentu [11]. 2.3.1. Baja paduan

Baja paduan merupakan padatan atau cairan yang terbentuk dari komposisi dua atau lebih unsur. Semua unsur kimia dapat digunakan untuk paduan, tetapi yang sering digunakan dalam konsentrasi tinggi adalah logam. Pencampuran pada keadaan cair biasa dilakukan pada kombinasi baja paduan, dimana logam induk atau

pelarut dalam konsentrasi besar dileburkan terlebih dahulu ke dalam wadah dan ditambahkan paduan solid yang sudah ditentukan konsentrasinya [12]. Unsur kimia seperti Mn, Ni, Mo, Al, Nb, Zr, Cr, Si, W, Ti Dan C merupakan unsur kimia yang paling sering digunakan untuk baja paduan. Tujuan dari penambahan unsur paduan ini antara lain [13] :

a. Menaikan sifat mekanik dari baja itu sendiri berupa keuletan , kekerasan, kekuatan Tarik dan lain-lain)

b. Menaikan meningkatka sifat mekanik dari baja pada temperature rendah.

c. Unruk menaikan daya tahan baja terhadap reaksi kimia contohnya oksidasi dan reduksi.

d. Untuk menciptakan sifat – sifat spsial dari baja.

2.3.2. Klasifikasi baja karbon a. Low carbon steel

Low carbon steel mempunyai kadar karbon dengan range 0,2 %, baja dengan kandungan karbo rendah ini sering digunakan pada pengunaan baja kontruksi , mur baut, plat, perpipaan , rangka kendaraan, dan masih banyak lagi. Karena kandungan karbon pada baja ini rendah membuatnya mudah dibentuk dan dimachinig [14]. Baja karbon rendah pada umunya todak responsif pada perlakuan panas untuk membetuk mertensit. Penguatan pada baja ini dilakukan dengan cara pengerjaan dingin. Mikrostruktur mempunya unsur utama berupa ferit dan perlit sehingga mengakibatkan paduan ini menympunyai sifat keuletan dan ketangguhan yang baik akan tetapi mempunyai kekerasan dan kekuatan yang rendah. Baja ini sangat cocok untuk digunakan pengerjaan machining, mudah dilas , dan salah satu baja dengan

produksi paling murah.[11]. Tabel 2.4 menunjukan sifat mekanik logam hot rolled pada baja karbon rendah.

Tabel 2. 4 Mechanical charecteristics of hot rolled for low carbon steel [11] ASTM number Tensile strength (mpa) Yield strength (mpa) Ductility (EL in 50 mm) 1010 325 180 28 1020 380 210 25 A36 400 220 23 A156 grade 70 485 260 21

b. Medium carbon steel

Medium carbon steel mempunyai kadar karbon dengan range 0,25%-0,55%. Fungsi dari baja ini hampir sama dengan low carbon steel hanya saja sifat mekanik yang dimiliki pada baja ini lebih kerras dan kuat dan dapat dikeraskan. Baja ini banyak diaplikasikan pada kontruksi pada permesinan, poros, roda gigi dan lain-lain [14]. Paduan ini bisa dipanaskan dengan austenitisasi, quenching, serta tempering yang berguna untuk meningkatkan sifat mekaniknya. Baja karbon medium biasanya mempunyai kemampuan pengerasan yang relaif rendah. Panambahan paduan Cr, Ni, Mo dapat meningkatkan kapasitas dari paduan ini untuk diberi perlakuan panas [11].

c. High carbon steel

High carbon steel biasanya mempunyai kandungan paling tinggi dengan komposisi karbon > 0,55%. Baja karbon tinggi ini mempunyai sifat mekanik yang lebih kuat dan keras akan tetapi ketangguhan dan keulatan baja ini relatif rendah. Penggunaan baja ini biasa diaplikasikan pada bidang perkakas karena sifat mekanik dari baja ini yang membuatnya memiliki sifat tahan aus, misalnya hammer, matabor, dan lain-lain [14].

2.3.3. Diagram fasa Fe-Fe3C

Diagram fasa Fe-Fe3C adalah diagram fasa -fasa yang terbentuk pada kandungan karbon yang dimiliki dan temperatur tertentu.diagram fasa bisasa digunakan untuk memperkirakan fasa yang akan terbentuk pada kecepatan pendinginan yang relatif rendah [11]. Dengan menggunakan diagram fasa sifat mekanik dapat di perkirakan melalui fasa yang terbentuk pada struktur mikro. Gambar 2.3 menunjukan diagaram fasa yang digunakan untuk menganalisis fasa-fasa yang terbentuk pada struktur mikro.

Gambar 2. 3 Diagram fasa Fe-Fe3C

Pada diagram fasa Fe-Fe3C terdapat fasa-fasa yang terbntuk diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Ferrite

Ferrite alfa terbentuk pada temperatur ruang hingga 912 ºc dengan kandungan karbon maksimal sebesar 0,022 %

Pearlite adalah fasa campuran yang terbentuk dari besi ferrite dan sementit.

c. Asutentite

Austenit tebentuk pada temperatut 727°C hingga 1493 °C dengan kandungan karbon maksimal 2 %.

d. Ledeburite

Ledeburite merupakan fasa campuran yang terbentuk antara autentite dan sementite yang terjadi pada temperatur eutektik. 2.3.4. Diagram Continuous Cooling Transformation (CCT)

Diagram CCT (continuous cooling transformation ) adalah diagram yang digunakan untuk memperkirakan fasa yang terbentuk pada waktu pendinginan terhadap temperatur . Gambar 2.4 menunjukan diagram continuous cooling transformation yang biasa digunakan untuk memperkirakan sifat mekanik yang dimiliki pada fasa yang terbentuk.

2.3.5. Baja karbon rendah SS400

Baja SS400 biasanya mempunyai komposisi kandungan karbon kurang dari 0,3%.Komposisi dari baja ss 400 terdiri dari carbon, sulfur , manganase, silikon , dan pospor. Baja SS400 merupakan baja yang biasa digunakan untuk pengaplikasian struktur kontruksi umum contohnya pada kontruksi pada lambung kapal, oil tank, pelat kapal [15]. Tabel 2.5 menunjukan mekanikal propertis dari baja SS400

Tabel 2. 5 Mekanikal Propertis SS400 [16] Grade Yield strength (Mpa) Tensile

strength Elongation min % Thickness (mm) Thickness (mm) ≤16 > 16 ≤ 40 > 40 ≤100 >100 <5 5-16 16-50 >40 SS400 245 235 215 205 400 - 510 21 17 21 23 2.4. Metalurgi pengelasan

Pengelasan bisasa ditemukan pada proses penggambungan dua logam dengan cara meleburkan logam dengan meleburkan dengan temperatur tinggi. Pada pengelasan logam sering terjadi perubahan metalurgi. Hal ini berpengaruh terhadap hasil lasan dimana metalurgi dalam pengelasan mempunyai keterkaitan terhadap ketangguhan, retak lasan, cacat lasan dan lain sebagainya [17].

2.4.1. Siklus termal daerah lasan

Siklus termal pada proses pengelasan merupakan proses perubahan temperatur yang terjadi pada daerah pengelasan yang diakibatkan oleh adanya pemanasan dan pendinginan pada material. Dalam proses pengelasan daerah lasan mempunyai 3 area yaitu logam lasan (weld metal), zona terpengaruh lasan (heat affected zone), dan logam induk (base metal). Logam las adalah area yang mengalami peleburan dan pembekuan pada saat proses pengelasan. Heat affected

zone (HAZ) adalah area yang berdekatan dengan logam las dimana pada saat proses pengelasan mengalami proses siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat. Sedangkan pada base metal energi masukan panas sangat sedikit dibandingkan dengan area lainnya. Proses cepat atau tidaknya pendinginan yang terjadi dapat mempengaruhi hasil lasan dan berpengaruh terhadap sifat mekanik dari logam iru sendiri. Proses pendingin yang terjadi dalam pengelasan logam menyerupai pengecoran pada logam hanya saja pada pendinginan pada pengelasan mempunyai laju yang lebih tinggi khususnya pada daerah HAZ.

2.4.2. Ketangguhan daerah lasan

Salah satu masalah yang sering ditemukan pada baja adalah hasil lasan yang getas. Ketangguhan logam tergantung pada struktur seperti cacat lasan dapat mempengaruh nilai ketangguhan pada hasil sambungan las. Logam las ini pada penerapannya sering kali mengalami proses melebur dan membeku, sehingga material pada pengelasan terdapat oksigen dan lain-lain yang terjebak dan bisanya menyebabkan cacat lasan. Untuk mengetahui ketangguhan material pada hasil lasan harus memperhatikan pengaruh dari unsur lain pada proses pengelasan contohnya pengaruh besar arus ataupu kecepatan pengelasan serta kemungkinan adanya kontaminasi udara pada hasil pengelasan

2.5. Magnet

Fenomena medan magnet sendiri sudah dikenal selama ribuan tahun dimana material mempunya gaya tarik dan tolak tau pengaruh pada material lain. Saat ini banyak ditemukan pengaplikasian magnet pada perangkat teknologi modern contohnya generator, transforator daya listrik, motor listrik, radio , komputer, produk penghasil suara dan lain sebagainya. Gaya magnet dihasilkan dengan menggerakan partikel bermuatan listrik [11].

Magnet mempunyai beberapa sifat yang dibedakan menjadi dua kelopmpok yaitu magnet permanen dan magnet sementara. Magnet permanen merupakan yang memiliki sifat magnetik yang tetap dalam waktu realatif lama. Sedangkan untuk magnet sementara isa dikatakan kebalikan dari sifat magnet permanen yaitu sifatnya yang ridak tetap atau sementara [18].

2.6. Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian kekerasan merupakan salah satu dari pegujian destructive test dimana pengujian ini biasa digunakan untuk mengevaluasi beberapa sifat mekanik pada bahan. Sebagai contoh untuk memastikan estimasi keasusan, ketahanan, keuletan , dan tegangan pada material di perlukan pengujian kekerasan untuk mencari nilai kekerasan pada bahan. Kekerasan sendiri didefinisikan dengan ketahanan material terhadap indentasi suatu benda berupa efek yang ditimbulkan oleh objek pada permukaan material [19] .

Metode pada pengujian kekerasan vicker dilakukan dengan menggunakan identor berlia yang berbentuk limas dan bersudut 136 °. Identor berlian memberikan beban pada material uji dengan kekuatan antara 1 sampai dengan 100 kgf. Pembebanan ini dilakukan selama 10 sampai 15 detik. Identasi diamati dan diukur dengan menggunakan mikroskop dan menghitug rata-ratanya. Nilai kekerasan vicker adalah hasil pembagian antara beban (kgf) dengan luas identasi (mm2) [20]. Gambar 2.5 menunjukan identor berlian dari kekerasan vickers dimana identor ini berbetntuk prisma.

Gambar 2. 5 Identor Vickers Hardness Tester Hv = 2F sin 136 2 d2

………...……(1)

Hv = 1,854 F d2

………..(2)

Dimana : Hv = vicker hardness

d = rata rata diameter d1 dan d2 (mm) F = gaya (kgf)

Jika diagonal pada identasi sudah ditentukan, nilai kekerasan dapat dihitung menggunakan rumus. Untuk penggunaan pengujian kekerasan vicker digital dilakukan secara otomatis dan melaporkan nilai hasil pengujian.