Pengaruh Preheat Terhadap Pengelasan Proses SMAW
pada Leaf Spring Menggunakan Electrode 8018 dengan
Melakukan Pengujian Hardness Test dan Macro Etching
Rowbertho Manurung, Ari Wibowo
Batam Polytechnics
Mechanical Engineering Study Program
Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: [email protected]
Abstrak
Proses pengelasan merupakan metode yang banyak dilakukan untuk menyambungkan dua material logam menjadi satu bagian yang solid. Untuk menghasilkan pengelasan yang bagus dan kuat diperlukan proses perlakuan panas awal yaitu preheat. Preheat dilakukan sebelum proses pengelasan yang bertujuan untuk mengurangi laju pendinginan atau perubahan suhu secara tiba-tiba agar microstructure pada material tidak banyak mengalami perubahan, dimana dampak dari perubahannya dapat memicu terjadinya retak. Untuk mengetahui pengaruh preheat dilakukan pengujian merusak dengan metode hardness test dan macro etching yang dibandingkan melalui variasi suhu preheat terhadap 4 sambungan leaf spring dengan perbedaan suhu 50 oC. Setelah dilas sambungan leaf spring
kemudian dipotong menjadi 1 material uji per 1 sambungan. Material uji dihaluskan permukaannya dengan polisher dan dilakukan pengujian macro etching menggunakan larutan etanol 95% yang hasilnya kemudian dilihat secara visual dan direkam. Sebelum melakukan hardness test material uji ditandai pada bagian tengah sebanyak 20 titik lalu diuji dengan mesin rockwell hardness test. Dari hasil pengujian terdapat perbedaan dari rata-rata nilai kekerasan sebesar 1.51 HRB (2.18%) dan hasil pengujian macro etching memperlihatkan hasil pengelasan yang mulus tanpa cacat. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa preheat tidak berpengaruh besar terhadap sifat kekerasan material dan menghasilkan pengelasan yang bagus.
Kata kunci: Preheat, Leaf spring, SMAW, Hardness test dan macro etching
Abstract
The welding process is a widely applied method for connecting two metal materials into one solid piece. To produce a good and strong welding required the initial heat treatment process is preheat. Preheat is done before the welding process which aims to reduce the rate of cooling or sudden changes in temperature so that the microstructure in the material is not much changed, where the impact of the changes can trigger a crack. To determine the influence of preheat done with method of destructive testing by hardness test and macro etching which is compared through variation of preheat temperature of 4 leaf spring connection with 50 oC temperature difference. After welded the leaf
spring connection later cut into 1 test material per 1 connection. The test material was smoothed it’s surface with polisher and tested by macro etching using 95% ethanol solution which the result was then seen visually and recorded. Before performing the hardness test the test material marked on the middle as much as 20 points then tested with rockwell hardness test machine. From the test results there is a difference from the average value of hardness amount 1.51 HRB (2.18%) and macro etching test results show a smooth weld without defect. The results show that preheat has no significant effect on the hardness of the material and produces good welding.
1
Pendahuluan
Sekarang ini pengelasan bukanlah hal yang asing bagi proses mengikat atau menyambungkan logam menjadi satu kesatuan yang utuh atau solid. Proses pengelasan SMAW (shielded metal arc welding) merupakan proses yang banyak digunakan karena memiliki beberapa factor yang menguntungkan seperti biaya yang murah, mudah digunakan, persediaan yang memadai dan lain sebagainya. SMAW membutuhkan filler metal atau elektroda yang banyak jenisnya dan dipilih berdasarkan kebutuhan pengelasan. Elektroda 8018 adalah salah satunya, yang mana definisinya adalah kuat tarik minimum sebesar 80ksi, posisi pengelasan bisa untuk semua posisi, jenis pembungkusnya low hydrogen potassium dan jenis arusnya AC, DC+, dan DC- [1].
Preheat merupakan parameter pengelasan yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Preheat adalah perlakuan panas awal sebelum memulai pengelasan yang diberikan terhadap logam las untuk mendapatkan dan menjaga
preheat temperature selama proses pengelasan yang bertujuan untuk mengantisipasi perubahan
temperature secara tiba-tiba terhadap logam yang sedang dilas yang dapat mengakibatkan perubahan
microstructure dari logam dan akan memicu terjadinya retak, preheat juga dapat mengurangi tegangan sisa dan distorsi selama proses pengelasan secara efektif [1].
Preheat Temperature adalah suhu pada area disekitar logam (base metal) yang akan dilas, Preheat bisa dilakukan dengan menggunakan burner, oxy-acetylene heating torch, pemanasan induksi, atau pemanasan difurnace dan diusahakan pemanasannya merata untuk memastikan base metal panas sesuai dengan
preheat temperature yang diinginkan. Disarankan untuk memanaskan sisi yang berlawanan dengan yang dilas dan untuk mengukur suhu permukaan yang bersebelahan dengan sambungan las dan suhu harus diperiksa untuk memastikan bahwa minimum preheat temperature yang telah ditetapkan tercapai sebelum memulai pengelasan untuk setiap pass [2]. Material yang akan dilas adalah leaf spring (per daun). Leaf spring banyak digunakan pada kendaraan dengan daya angkut yang besar, seperti truk, bis,
trailer dan lain-lain. Konstruksi leaf spring terdiri dari lapisan-lapisan pelat baja yang disebut leaf. Leaf
digabungkan dengan center bolt dan U-bolt. Untuk mengetahui pengaruh preheat terhadap proses pengelasan pada leaf Spring akan dilakukan pengujian merusak.
Pengujian merusak (destructive test) merupakan metode untuk mengetahui dan menentukan sifat mekanik material, dan kualitas las-lasan untuk menahan tekanan, beban atau perlakuan tertentu, sesuai dengan metode pengujian merusak yang
dilakukan dimana material atau hasil dari pengelasan yang ingin diuji akan dirusak untuk mengetahui sifat mekanik tersebut. Cacat (defect)
dapat terjadi pada hasil pengelasan ataupun bawaan dari material (base metal) yang disebabkan oleh factor-faktor tertentu juga dapat diketahui dengan pengujian merusak. Pengujian merusak yang akan dilakukan adalah macro etching dan hardness Test. Yang dimana macro etching test sebagai pengujian merusak qualitative dan hardness test sebagai pengujian merusak quantitave [1].
Macro etching adalah proses pengujian material yang menggunakan mata terbuka (visual) dengan tujuan untuk dapat memeriksa ada atau tidaknya
defect pada base metal dan weld metal serta dapat melihat jumlah layer dan fusi dari setiap layernya juga berfusi atau tidaknya antara base metal dengan
weld metal. Luas daerah HAZ juga akan terlihat dengan pengujian ini. Angka kevalidan pengujian makro berkisar antara 0,5 sampai 50 kali.
Etsa (etching) pada dasarnya dilakukan dengan cara mencelupkan specimen atau material uji kedalam cairan etsa, bias juga dioleskan atau disiram. Setiap jenis logam mempunyai cairan etsa (etching reagent) masing-masing seperti untuk carbon steel
dan low alloy steel menggunakan etching reagent
yaitu nitric acid dan alcohol dengan perbandingan 1 : 4 [4]. Untuk menguji hasil pengelasan pada material leaf spring digunakan cairan ethanol 95%.
Hardness test adalah pengujian merusak yang bertujuan untuk mendapatkan nilai kekerasan dari struktur pada suatu bahan logam. Hal ini memberi kemampuan logam untuk memperlihatkan ketahanan terhadap indentasi yang menunjukkan ketahanannya terhadap keausan dan abrasi. Hardness test terdiri dari beberapa metode pengujian seperti Brinell, Rockwell, Vickers dan Scleroscope [1].Metode yang akan digunakan untuk menguji kekerasan dari hasil pengelasan material leaf spring adalah rockwell hardness test. Prinsip kerja rockwell hardness test
adalah memberi beban awal untuk kestabilan letak dari material uji terhadap indentor yang kemudian diberi beban berikutnya kedalam jejak pembebanan awal lalu hasilnya langsung dikonversikan menjadi nilai kekerasan (HR) yang dapat langsung dibaca pada mesin rockwell hardness test [3].
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar dampak dari preheat terhadap proses pengelasan leaf spring dengan 4 variasi suhu preheat
yang diaplikasikan berdasarkan hasil dari macro etching test dan hardness test yang dilakukan. Serta mendapatkan hasil pengelasan dengan variasi suhu
preheat yang mulus dan kuat berdasarkan nilai kekerasannya untuk dipilih sesuai dengan kebutuhan
pemakaian leaf spring yang nantinya tidak memerlukan center bolt dan U-bolt lagi melainkan dilas untuk mengikat pelat-pelat pegas (leaf) menjadi sebuah leaf spring yang kokoh dan kuat .
80
150 12
2
Metodologi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan 4 langkah kerja, yaitu persiapan material, pengaplikasian preheat, pengelasan material dan pengujian merusak (Destructive Test) dengan metode macro etching dan
rockweel hardness test. Material yang digunakan
adalah 2 pelat pegas (leaf) terpanjang dari leaf spring yang panjangnya 1500 mm, lebar 80 mm dan tebal 12 mm. Material tersebut kemudian dibagi menjadi 8 potongan pelat, yang masing-masing potongan pelat mempunyai ukuran dimensi 150 mm x 80 mm x 12 mm, setelah selesai dipotong kemudian pelat dibevel
dengan sudut 45o seperti yang diilustrasikan pada
Gambar 1. Proses Pemotongan pelat dan pembentukan
bevel dilakukan menggunakan mesin plasma cutting.
Gambar 1. Dimensi Material Las
Hasil pemotongan dan bevel kemudian digerinda yang bertujuan untuk menghaluskan permukaan bevel dan menghilangkan HAZ yang tercipta akibat panas yang tinggi digunakan saat pemotongan menggunakan mesin plasma cutting. Pelat yang akan digerinda dijepit menggunakan ragum seperti pada Gambar 2. Setelah selesai 2 pelat kemudian ditackweld dan diberi support
menjadi 1 sambungan pengelasan lalu dilakukan pengaplikasian preheat seperti pada Gambar 3. Suhu preheat dapat diketahui menggunakan Thermometer Infrared dengan cara menembakkan sinar infrared ke material yang sedang dipreheat kemudian muncul nominal suhu pada layar thermometer.
Gambar 2. Proes Penggerindaan Bevel
Proses pengaplikasian preheat menggunakan variasi
temperature seperti yang ada pada Tabel 1.
TABEL 1 VARIASI TEMPERATURE PREHEAT Material Uji Preheat (oC)
1 150-180
2 200-230
3 250-280
4 300-330
Gambar 3. Proses Pengaplikasi Preheat
Setelah suhu preheat telah tercapai sesuai dengan yang ditentukan pada Tabel 1 maka dilanjutkan dengan proses pengelasan seperti pada Gambar 4 yang sesuai dengan parameter pengelasan yang ada pada Tabel 2.
Gambar 4. Proses Pengelasan TABEL 2 PARAMETER PENGELASAN
Proses SMAW Travelspeed (cm/menit) 15 Amphere (A) 110 Polarity DCEP Voltage (V) 20-23 Diameter elektroda 3.2 Elektroda E 8018 45o
Setelah selesai dilas hasil dari pengelasan kemudian dipotong untuk dijadikan 1 material uji per sambungan pengelasan leaf spring sehingga didapatkan 4 material uji. Setelah pemotongan selesai material uji dihalukan permukaannya dengan gerinda dan diamplas dengan mesin polisher hingga tampak mengkilap seperti kaca. Kemudian dilakukan pengujian macro etching dengan larutan ethanol 95% yang diteteskan pada daerah yang ingin diuji seperti yang terlihat pada Gambar 5, selama 10-15 detik lalu dibersihkan dengan air, ethanol dan dikeringkan [4].
Gambar 5. Proses Macro etching
Pengujian kekerasan menggunakan metode Rockwell Hardness Test. Sebelumnya material uji diberi tanda berupa garis dan titik untuk mempermudah akurasi dari pembebanan indentor. Pengujian kekerasan dilakukan dengan mengambil 20 titik dari bagian tengah material uji yang mewakili weld metal, HAZ dan base metal
dimana setiap titik ke titik yang lain berjarak 2mm [3]. Proses pengujian kekerasan dengan metode rockwell hardness test dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Proses Rockwell Hardness Test
3
Analisa Data dan Pembahasan
A. Macro etchingPengujian macro etching bertujuan untuk melihat secara visual hasil pengelasan seperti, apakah weld metal menyatu dengan baik terhadap base metal, apakah terdapat cacat las pada hasil pengelasan dan bentuk serta jumlah layer dan pass dari pengelasan dan juga lebarnya luas daerah HAZ yg tercipta saat proses pengelasan.
Gambar 7. Hasil Macroetching material uji 1
Gambar 10. Hasil Macroetching material uji 4
Setelah hasil dari pengujian macroetching didapatkan seperti pada gambar 7-10 dan dibandingkan dengan
acceptance criteria untuk macro etching test yang terdapat pada code AWS D1.1 paragraph 4.9.4.1 : Untuk kualifikasi yang dapat diterima, material uji, saat diperiksa secara visual, harus sesuai dengan persyaratan sebagai berikut :
a)Tidak ada retak (crack)
b)Fusi menyeluruh antara layer yang berdekatan pada
weld metal dan antara weld metal dan base metal c)Profil las sesuai dengan detail yang ditentukan,
tetapi tidak ada variasi yang dilarang dalam 5.23 d)Tidak ada undercut melebihi 1/32 in [1 mm]. maka dapat disimpulkan bahwa hasil pengelasan dari 4 material uji dengan variasi preheat mulus dan bagus tidak ditemukan cacat (crack dan undercut). Antar
layer dengan weld metal berfusi dan antara weld metal
dengan base metal berfusi dan menyatu dengan baik.
B. Rockwell Hardness Test
Pengujian kekerasan dengan menggunakan metode
Rockwell dapat dilihihat hasilnya pada gambar 11-14 dan Grafik nilai kekerasan.
Gambar 11. Hasil Rockwell hardness test material uji 1
Gambar 12: Hasil Rockwell hardness test material uji 2
Gambar 13. Hasil Rockwell hardness test material uji 3
Gambar 14. Hasil Rockwell hardness test material uji 4
Dari hasil pengujian kekerasan menggunakan metode
Rockwell dengan variasi preheat pada 4 material uji didapatkan nilai kekerasan yang paling tinggi berada pada daerah base metal dan nilai kekerasannya cenderung menurun hingga ke weld metal. Nilai kekerasan antar material uji yang dapat dilihat pada grafik nilai kekerasan tidak memperlihatkan perbedaan yang besar. Material uji 2 memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi dari hasil rata-rata nilai kekerasan yang didapatkan. Juga dapat dilihat memlalui grafik nilai kekerasan. Maka dapat disimpulkan bahwa pengaruh preheat terhadap sifat kekerasan dari hasil pengelasan material leaf spring tidaklah besar, hanya menyebabkan sedikit perbedaan nilai kekerasannya.
4
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan evaluasi data mengenai pengaruh variasi preheat terhadap proses pengelasan SMAW pada maerial leaf spring menggunakan elektroda 8018 dengan suhu 150-180oC pada benda uji
1, 200-230oC pada benda uji 2, 250-280oC pada benda
uji 3 dan 300-330oC pada benda uji 4, setelah
dilakukan pengujian hardness test dan macro etching, dapat disimpulkan bahwa :
1. Hasil pengujian hardness test menunjukan bahwa pada material uji 2 dengan suhu preheat 200-230oC
memiliki rata-rata nilai kekerasan yang paling tinggi dibandingkan dengan yang lainnya yaitu 69.26 HRB, namun perbedaannya tidak begitu besar, hanya selisih 1.51 HRB. Jadi pengaruh preheat
terhadap sifat kekerasan dari sambungan pengelasan material leaf spring sebesar 2.18%.
2.Hasil pengujian macro etching menunjukan bahwa
preheat mempengaruhi hasil dari pengelasan leaf spring dengan menghasilkan pengelasan mulus dan tidak ada cacat las ditemukan.
Referensi
[1] Sihombing Sofyan, CWII Modules, Ikbal-M-Yos, Batam, 2000.
[2] American Welding Society, Structural Welding Code-Steel, American National Standards Institute, America, 2015
[3] American Standard Testing and Material E 18, Standard Test Method for Rockwell Hardness of Metallic Materials, Agencies of the Department of Defense, America, 2003.
[4] American Standard Testing and Material E 340, Standard Test Method for Macroetching of Metall and Alloys, Agencies of the Department of Defense, America, 2003. 50 55 60 65 70 75 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
HRB
Posisi pengujian
Grafik nilai kekerasan
Uji 1
Uji 2
Uji 3
Uji 4
Keterangan :
1.) Uji 1 adalah material uji 1 dengan suhu preheat 150 - 180 derajat celcius 2.) Uji 2 adalah material uji 2 dengan suhu preheat 200 - 230 derajat celcius 3.) Uji 3 adalah material uji 3 dengan suhu preheat 250 - 280 derajat celcius 4.) Uji 4 adalah material uji 4 dengan suhu preheat 300 - 330 derajat celcius
