6 BAB II
TINJAUAAN PUSTAKA
2.1 Kajian Pustaka
Proses penyambungan dua buah logam atau lebih sehingga terjadi ikatan metalurgi disebut pengelasan [9]. Proses pengelasan logam dapat dilakukan pada kondisi padat (solid state welding) dan kondisi cair (liquid state welding). Dalam proses pengelasanya solid state welding menggunakan tekanan, sedangkan liquid state welding terjadi pencairan di ujung material. Material yang dicairkan menggunakan busur listrik.
Busur listrik pada proses pengelasan ditimbulkan oleh elektroda tidak terumpan (tungsten) dengan benda kerja logam disebut pengelasan tungsten iner gas [10][9]. Pengelasan tig ini menggunakan sumber listrik AC atau DC. Argon digunakan sebagai gas pelindung. Gas argon digunakan untuk melindungi lelehan, elektroda panas, dan bagian yang meleleh di ujung filler logam. Selain itu juga berfungsi sebagai pelindung terhadap kontaminasi udara [3].
Penelitian tentang pengelasan tungsten inert gas telah banyak dilakukan, salah satunya penelitian yang dilakukan oleh Baskoro., dkk (2018) [4]. Penelitianya tentang peningkatan pengelasan pada las TIG menggunakan pengaruh medan magnetik. Percobaan dilakukan dengan menempatkan magnet disekitar obor las TIG dengan variasi pengujian menggunakan arus pengelasan (70, 80, 95) A, kecepatan pengelasan 1,3 mm/s, 1,5 mm/s dengan aliran gas argon 3 l/min, dan meletakan 4 medan magnet dengan jarak masing-masing 50 mm pada setiap magnet. Fenomena diamati menggunakan kamera. Hasil penelitian menunjukan terbentuk busur yang lebih stabil serta mengecil dengan penetrasi las yang dalam akibat pengaruh dari efek elektromagnetik [4][11]. Pengaruh elektromagnetik berakibat pada kestabilan busur las yang terganggu. Pengaruh medan elektromagnetik menghasilkan input kalor yang lebih rendah jika dibandingkan tanpa medan elektromagnetik sehingga telah terjadi efisiensi dalam
7
penggunaan daya listrik. Pembatasan busur secara magnetik dapat mengurangi input panas yang terkait dengan metalurgi tungten inert gas [12][13].
2.2 Tungsten Inert Gas (TIG)
Pengelasan tungsten inert gas menggunakan busur nyala yang dihasilkan oleh elektroda tetap yang terbuat dari tungsten [14]. Elektroda tungsten merupakan elektroda tak terumpan sebagai pencipta busur nyala yang dipakai untuk mencairkan kawat las [9]. Dalam pengelasan tungsten inert gas ada beberapa tipe elektroda yang digunakan. Dalam penelitian ini digunakan elektroda AW-TIG 308L. Elektroda terumpan dan tak terumpan dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2. 1 Elektroda terumpan dan tak terumpan
Elektroda pada pengelasan TIG masuk ke dalam jenis elektroda tidak terumpan. Jenis ini menghasilkan busur listrik tanpa mencair menggunakan batang wolfram sebagai elektroda [2][14]. Elektroda tak terumpan memiliki dua jenis yaitu menggunakan logam pengisi dan tidak menggunakan logam pengisi. Jenis ini biasanya menggunakan gas pelindung argon atau helium dalam pengelasanya.
Perlindungan logam dari kontaminasi udara luar dan pendingin elektroda merupakan fungsi utama gas pelindung. Gas lindung dalam penelitian ini menggunakan gas argon. Gas argon yang dipakai dalam pengelasan TIG umunya memiliki kemurnian 99,9% [2][6]. Selain itu gas argon dipilih karena lebih murah dibandingkan helium [9].
Pada pengelasan tig arus yang tepat akan mempengaruhi hasil akhir. Penentuan besar kecilnya arus disesuaikan dengan diameter elektroda dan bahan
8
yang digunakan. Jika arus yang digunakan terlalu kecil akan menimbulkan penembusan, sedangkan arus terlalu besar akan menimbulkan deformasi dalam pengelasan [6][2].
2.3 Baja Karbon
Baja karbon banyak digunakan dalam bidang kontruksi dikarenakan harganya relatif murah dan mudah dibentuk. Kandungan baja karbon adalah 0,3% atau kurang [15]. Terdapat beberapa macam baja karbon antara lain baja karbon rendah, medium, dan tinggi. Baja karbon dalam kontruksi digunakan sesuai kebutuhan, dapat memilih baja karbon rendah jika membutuhkan kekerasan yang tinggi dan tegangan tarik. Selain itu baja karbon banyak diperjual belikan, sehingga kebutuhan baja mudah dipenuhi. Untuk mengetahui klasifikasi baja karbon dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2. 1 Klasifikasi baja karbon
No Jenis baja karbon Presentase unsur karbon (% C)
1 Baja karbon rendah ≤ 0,25 %
2 Baja karbon sedang 0,25 % ÷ 0,55 %
3 Baja karbon tinggi ≥ 0,55 %
Baja karbon rendah sejatinya memiliki presentase unsur karbonya 0,25% [16][7][15]. Biasanya baja ini digunakan sebagai bahan badan kendaraan, bahan gears, shafts, bolts, forgings, dan bridges. Selain itu material baja karbon rendah sering diaplikasikan dalam pengelasan karena mudah dilas dan mudah ditempa.
Diagram fasa Fe-Fe3C adalah diagram fasa -fasa pada temperatur dan
komposisi Fe dan tertentu pada tekanan 1 atm. Pada diagram ini menggambarkan hubungan yang terjadi pada perubahan fasa yang terbentuk pada temperatur proses pendinginan ataupun proses pemanasan dengan kadar karbon tertentu. Adapun diagram fasa Fe-Fe3C pada gambar 2.2.
9
Gambar 2. 2 Diagram fasa Fe-Fe3C
Adapun fasa- fasa yang terdapat pada Fe-Fe3C antara lain adalah :
a. Besi
Besi adalah larutan padat intertisi karbon dalam struktur kristal besi bbc, besi mempunyai konstanta kisi yang lebih besar dibanding α.
b. Ferit
Ferit adalah larutan padat intertisi karbon dalam struktur kristal bbc besi. c. Pearlit
Perlit adalah suatu eutectoid mixture dari sementit dan ferit, mengandung 0,8% C, terbentuk pada suhu 727°C.
d. Asutentit
Austenit adalah larutan padat intertisi karbon didalam struktur kristal fcc besi.
e. Ledeburite
Fasa ini adalah suatu eutectic mixture dari austenit dan sementit, mengandung 4,3% C, terbentuk pada suhu 1.130°C.
f. Lower critical temperatur
Pada diagram Fe-Fe3C tampak berupa garis mendatar pada suhu 723°C. g. Sementit (Fe3C)
Sementit adalah campuran logam dengan karbon. Limit kelarutannya diabaikan, komposisi karbon 6,67% dan 93,3% Fe.
10 2.4 Metalurgi Welding
Pada proses pengelasan metalurgi merupakan ilmu yang mempelajari sifat dan teknologi penyatuan logam [17]. Proses solidifikasi pada areah las diawali dari butiran yang sudah menuju pusat las. Terdapat 4 bagian pada daerah las dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2. 3 Perbandingan daerah las 1. Heat Affected Zone
HAZ merupakan logam dasar dekat dengan logam las yang bersentuhan dengan logam lain pada proses pengelasan.
2. Base Metal Zone
Base metal merupakan logam induk yang tidak terpengaruh terhadap suhu pengelasan.
2.5 Magnet
Magnet berasal dari Asia dengan nama daerah Magnesia dimana di temukan batu yang tarik-menarik [18]. Magnet inilah yang menjadi cikal bakal terbentuknya medan magnet. Sejatinya magnet memiliki dua kutub pertama kutub utara (U) dan kedua kutub selatan (S). Magnet yang memiliki kutub sejenis maka akan terjadi reaksi tolak-menolak, sedangkan yang tidak sejenis akan terjadi reaksi tarik-menarik. Selain itu medan magnet adalah suatu ruangan atau suatu daerah yang dipengaruhi gaya magnetic [18][19]. Gambar 2.4 menunjukan magnet neodymium.
11
Gambar 2. 4 Magnet Neodymium iron boron
Magnet Neodymium iron boron (NdFeB) ditemukan tahun 1980 dengan kekuatan tinggi dan mulai dikomersilkan sejak 1984 [19]. NdFeB merupakan material magnetik jenis permanen rare earth (tanah jarang), karena terbentuk dari 2 buah atom dari janah jarang neodymium (Nd), 14 atom besi (Fe), dan 1 atom Boron (B) sehingga memiliki rumus molekul N𝑑2F𝑒14B [18][19][20]. Magnet NdFeB memiliki karakteristik unggul dibandingkan magnet permanen lainya seperti alnico yang membuat magnet NdFeB memiliki dimensi dan volume yang kecil.
Penelitian-penelitian sebelumnya tentang pengelasan banyak menggunakan magnet. Pada penelitian yang dilakukan oleh Deddy dkk (2017) dari Institut Teknologi Sepuluh November terkait pengelasan baja karbon rendah menggunakan magnet disimpulkan bahwa penggunaan medan magnet dapat memperkecil presentase perlit yang akan berpengaruh pada sifat material yang semakin ductile, memperkuat sifat mekanik sambungan las, dan semakin besar medan magnet yang digunakan akan menambah ketangguhan lasan [21]. Penelitian yang dilakukan Ario baskoro dkk (2018) dari Universitas Indonesia terkait pengaruh medan magnet terhadap nyala busur las, dari penelitian tersebut dijelaskan bahwa penggunaan medan magnet dapat mempengaruhi arah busur las, memberikan efisiensi 11%, dan jarak 90 mm adalah jarak terbaik terhadap hasil pengelasan [4].
12 2.6 Uji Tarik
Pengujian kekuatan tarik banyak dipilih dan digunakan di dalam dunia industri [7]. Hal utama yang mendasarinya adalah kemudahan dalam mendapatkan sifat mekanik dan analisa data. Salah satu tujuan pengujian tarik ini untuk mengetahui sifat mekanik dan perubahan logam suatu material [23][7]. Hasil dari pengujian akan mendapatkan nilai kurva tegangan dan regangan [10]. Selanjutnya proses pengujian akan mendapatkan kurva tegangan regangan yang diberi gaya secara perlahan, hasil nya dapat ditunjukan pada kurva gambar 2.5.
Gambar 2.5 Kurva tegangan regangan 1. Rumus mencari stress
Stress dapat dicari dengan pembagian gaya dibagi luas awal penampang. Nilai tegangan dapat digunakan untuk mengukur kekuatan tarik material. Nilai tersebut dapat dicari menggunakan rumus 1 berikut.
σ =
FA ……….……. (1)
Dimana:
𝜎 = Stress (N/𝑚𝑚2) 𝐹 = Gaya (N)
