33
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang akan dilaksanakan pada penelitian ini menggunakan jenis penelitian eksperimen. Penelitian eksperimen merupakan suatu metode sistematis dengan cara melakukan pendekatan kuantitatif dan manipulasi yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh sebab akibat pemberian variasi heat input(Masukan panas las) pada saat proses pengelasan Gas tumgsten arc welding terhadap perilaku subjek penelitian yang sedang diamati, sehingga
terdapat tiga variabel dalam penelitian ini , antara lain sebagai berikut :
3.1.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang dapat menyebabkan atau dapat mempengaruhi ,yaitu dengan menentukan factor – factor yang akan di ukur, dimanipulasi astaupun dipilih oleh peneliti untuk menentukan hubungan antara fenomena yang diobservasi maupun diamati. Variabel bebas pada penelitian ini adalah variasi perubahan heat input dengan metode pengelasan Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), dengan menghitung rumus sebagai berikut :
HI = 𝜂 𝜒𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑠 (𝒱)×Arus las(I) 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑠 (𝜈)
dengan : 𝜂= efisiensi panas las 𝒱= 23 volt
I = 145 ampere
𝜈 = 2,65 mm/dt , 3, 72 mm/dt , 4, 86 mm/dt.
Masukan panas atau heat input (HI) yang digunakan untuk melakukan sambungan las berasal dari busur listrik dengan menggunakan
Persamaan 1.Besaran tegangan busur las (V) dan arus busur las (I) merupakan parameter yang dapat diatur dari mesin las. Sedangkan kecepatan las (v) menggunakan alat stopwatch dengan menghitung jarak pengelasan dibagi dengan durasi pengelasan .Untuk mendapatkan besaran heat input yang diinginkan ,dengan cara mengubah kecepatan las secara berturut turut, akan dapat menghasilkan jumlah 3 variasi yang berbeda beda
3.1.2 Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan factor – factor yang diamati dan diukur oleh peneliti dalam sebuah penelitian untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh dari variabel bebas. Variabel terikat pada penelitian ini adalah pengujian distorsi, pengujian Tarik (uji Tarik standar ASTM E-8), dan pengujian kekerasan.
3.1.3 Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel yang ditentukan oleh peneliti dalam melakukan penelitian agar hubungan diantara variabel bebas dan variabel terikat dapat tetap dikendalikan secara konstan. Adapun variabel terkontrol dalam penelitian ini antara lain :
1. Metode pengelasan Gas Tungsten Arc Welding.
2. Material alumunium paduan seri 5083 dengan ketebalan 4 mm.
3. Durasi Pengelasan 72 detik , 94 detik , 132 detik.
4. Arus las 145 Ampere.
5. Voltase las 23 Volt.
6. Jenis elektroda yang digunakan AWS A5. 18 ER70S-G
3.2 Diagram Alur Penelitian
Diagram alur penelitian merupakan tahapan-tahapan pada saat pengelasan menggunakan metode Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), sebagai berikut:
`
Data
Pengadaan
Persiapan Mesin
Proses Pengelasan
Variasi kecepatan 4,86 mm/dt
Preparasi Sampel Variasi kecepatan las
Variasi kecepatan 2,65 mm/dt
Uji Kekerasan Uji Distorsi
Analisis Data
Kesimpulan Selesai
Variasi kecepatan 3,72 mm/dt
Uji tarik Mulai
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini berlangsung pada bulan Februari 2020. Pada penelitian ini meliputi persiapan pengelasan, proses pengelasan, dan pengujian. Persiapan pengelasan dilakukan di Laboratorium Proses Produksi, sedangkan proses pengelasan dilakukan diLaboratorium VEDC Malang. Pengujian hasil pengelasan dilakukan di Laboratorim Pengujian Distorsi, Tarik dan Kekerasan, dan yang berada di Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
3.4 Alat dan Material Penelitian
3.4.1 Alat Penelitian
Alat yang dipakai pada saat pengelasan dengan metode Gas Tungsten Arc welding (GTAW) sebagai berikut:
1. Mesin Las TIG (Tungsten Inert Gas)
Gambar 3.1 Mesin las Tig model ATIG315PAC
2. Penjepit plat
Gambar 3.2 Penjepit plat
Berfungsi untuk menahan plat agar tidak bergeser ketika proses pengelasan
3. Gerinda duduk
Gambar 3.3 Gerinda duduk
Gerinda duduk berfungsi untuk memotong Alumunium 5083 dengan ukuran dimensi panjang 350 mm dan lebar 100 mm sebelum dilakukan pengelasan
4. Penggaris besi
Gambar 3.4 Penggaris besi
Berfungsi untuk mengukur panjang dan lebar Alumunium sebelum dilakukan pemotongan material penelitian.
5. Mesin Uji Tarik
Gambar 3.5 Mesin Uji Tarik
Mesin uji tarik berfungsi untuk pengujian uji tarik pada spesimen yang sudah dibuat.
6. Mesin Uji Kekerasan (Vickers)
Gambar 3.6 Mesin Uji Kekerasan (Vickers)
Pengujian kekerasan yang lakukan menggunakan metode Vickers.
Pengujian ini dilakukan pada permukaan material dari daerah logam induk, HAZ dan daerah las.
7. Alat Uji distorsi
Gambar 3.7 Dial Indicator
Berfungsi untuk mengukur nilai distorsi permukaan plat setelah proses pengelasan
8. Stopwatch
Gambar 3.8 Stopwatch
Berfungsi untuk mencatat waktu lama pengelasan 9. Tabung Gas Pelindung dan regulator
Gambar 3.9 Gas pelindung dan Regulator
Berfungsi untuk penambahan gas Argon pada proses pengelasan 3.4.2 Material Penelitian
Material yang akan diuji pada saat pengelasan dengan metode Gas Tungsten Arc Welding ialah aluminium tipe A5083 dengan tebal 4 mm dengan ukuran dimensi 360 mm x 110 mm.
Gambar 3.10 Plat alumunium yang sudah di potong
3.5 Skema Pengelasan
Skema dari GTAW dapat dilihat dalam gambar dibawah, pengelasan ini dikerjakan secara manual
Plat dikerjakan di meja datar (horizontal)
Lelehan logam, elektroda tungsten yang panas dan bagian ujung dari filler
logam yang meleleh dilindungi dari atmosfir dengan menggunakan gas inert bertekanan 0.5 ml/detik
Arus las di Power source di ubah menjadi 145 ampere
Elektroda /kawat las menggunakan AWS A5. 18 ER70S-G dengan ukuran 2,4 x 1000 mm
Ujung Plat dibentuk sudut tumpul v kemiringan 30
Gambar 3.11 Skema Pengelasan GTAW
3.6 Pelaksanaan Penelitian
3.6.1 Persiapan Material
Mempersiapkan material yang akan di las dengan metode Gas Tungsten Arc Welding berupa Aluminium tipe A5083 dengan tebal 5 mm dengan ukuran dimensi 350 mm x 100 mm.
3.6.2 Persiapan Peralatan
Sebelum melakukan pengelasan kita harus mempersiapkan alat-alat yang dibutuhkan seperti Mesin las TIG dan penjepit plat.
3.6.3 Langkah-Langkah Pengelasan
1. Menyiapkan plat aluminium tipe A5083 dengan tebal 3 mm dengan ukuran dimensi 350 mm x 100 mm.
2. Plat Alumunium disiapkan dengan bentuk sambungan tumpul tipe V, dengan memberikan kemiringan 30 derajat pada kedua ujung yang akan dilas dengan root pass 1 – 2 mm.
3. Kemudian disambung dengan las ikat agar jarak antara bagian bagian yang di las terutama celah alur tidak berubah.
4. Membersihkan alur yang akan di las.
5. Menyalakan mesin las.
6. Menentukan Masukan panas las (heat input) dengan mengubah kecepatan las.
7. Proses pengelasan dilakukan dan timer stopwatch dimulai
8. Katup alur gas pelindung dibuka berdasarkan tekanan yang dibutuhkan.
9. Sistem pendingin diaktifkan.
10. Nozzle dipasang pada ujung bawah torch dan elektroda dipasang pada dudukan didalam torch.
11. Kawat las dan torch didekatkan pada benda kerja, usahakan kawat las menempel pada benda kerja yang jarak ujung torch 2-3 mm, swich dari torch dihidupkan sehingga sumber arus dari mesin mengalir ke torch dan bereaksi dengan elektroda dan kawat las.
12. Posisi pengelasan adalah mendatar, dimana plat terletak horizontal dengan arah las meyimpang dari kiri ke kanan.
13. Setelah proses pengelasan selesai Tekan stop pada timer agar dapat melihat hasil waktu pengelasan
14. benda kerja didinginkan dengan udara bebas.
3.7 Hasil Pengelasan
Gambar 3.12 Hasil pengelasan kecepatan 4,86 mm/dt
Gambar 3.13 Hasil pengelasan kecepatan 3,72 mm/dt
Gambar 3.14 Hasil pengelasan kecepatan 2,65 mm/dt
3.8 Tahap Pembuatan Spesimen
Sesudah melaksanakan proses pengelasan dengan variasi kecepatan pengelasan yang telah ditentukan, selanjutnya membuat spesimen sesuai dengan standar yang ada untuk dilakukan pengujian distorsi, pengujian tarik dan pengujian kekerasan.
3.8.1 Pembuatan Spesimen Uji Distorsi
Plat yang sudah selesai di las diberikan garis untuk mempermudah dalam penentukan titik pengukuran memakai dial indicator. Jarak per titik yang digunakan adalah dengan lebar antar titik sebesar 1 cm dan panjang antar jarak titik sebesar 2 cm .
Gambar 3.15 Titik Pengukuran Distorsi
Tabel 3.1 Data Uji Distorsi
Tabel Data Hasil Distorsi Spesimen Uji Variasi Kecepatan pengelasan
Panjang Jarak Ke Samping ( mm )
Panjang Jarak Ke Bawah ( mm )
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
3.8.2 Pembuatan Spesimen Uji Tarik
Setelah dilakukan proses pengelasan ,spesimen kembali melalui proses pemesinan guna pembentukan sesuai dengan standart yang berlaku. Proses pemesinan yang digunakan pada tahap ini adalah pemotongan menggunakan Plasma cutting dan pembentukan menggunakan mesin frais. Pada proses ini pendinginan pada saat pengerjaan harus sangat di perhatikan jangan sampai panas yang di timbulkan berlebihan, sebab dapat mengubah sifat material itu sendiri.
Pada pengujian ini specimen dicekam pada ujung - ujungnya kemudian ditarik dengan mesin uji Tarik secara perlahan - lahan sampai mengalami pertambahan panjang kemudian putus dan hasilnya dapat dilihat melalui grafik dan table yang dicetak langsung setelah diproses melalui computer.
Proses pembentukan spesimen adalah sebagai berikut:
a. Menggambar standar uji tarik ASTM E8 pada kertas karton untuk mempermudah dalam memotongan plat.
b. meratakan alur pengelasan dengan menggunakan mesin frais.
c. Plat dipotong menjadi 2 bagian untuk mempermudah dalam proses pemotongan.
d. Kemudian menempelkan kertas yang tergambar tadi pada pelat untuk memudahkan pemotongan spesimen. Lalu spesimen yang sudah terbentuk dirapikan sampai bagus.
Gambar 3.16 Spesimen Benda Uji Tarik Sesuai Standar ASTM E8
Tabel 3.2 Data Awal Uji Tarik
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Uji Tarik Perlakuan
Pengulangan
W0 t0 L0 W1 t1 L1
Spesimen (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
Variasi Kecepatan
las 4,86 mm/dt
1
2
3
Variasi Kecepatan
las 3,72 mm/dt
1
2
3
Variasi Kecepatan
las 2,65 mm/dt
1
2
3
Perlakuan
Pengulangan
Pmax σmax Pyield σyield ΔL Є Spesimen ( N ) ( Mpa ) ( N ) ( Mpa ) ( mm ) ( % )
Variasi kecepatan las
4,86 mm/dt
1
2
3
Variasi kecepatan las
3,72 mm/dt
1
2
3
Variasi kecepatan las
2,65 mm/dt
1
2
3
3.8.3 Pembuatan Spesimen Uji Kekerasan
Meratakan alur hasil pengelasan menggunakan mesin frais, lalu plat dipotong dengan ukuran 10 cm × 3 cm. Menggunakan resin sebagai dudukan yang berfungsi agar plat tidak bergerak saat dilakukan pengujian. Haluskan permukaan plat yang akan digunakan pengujian dengan memakai amplas.
Gambar 3.17 Skema Pengujian kekerasan
Tabel 3.4 Data Uji Kekerasan
Daerah
Pengujian Pengulangan
Jejak ( mm)
VHN
VHN
d₁ d₂ d d² Rata -
Rata
Spesimen Variasi Kedalaman Pin
Base Metal
1
2
3
HAZ
1
2
3
Weld Metal
1
2
3
3.9 Pelaksanaan Pengujian Distorsi
Pengukuran distorsi menggunakan alat ukur dial gauge indikator. Cara pengukurannya yaitu dengan menentukan beberapa titik dengan jarak tertentu.
Titik-titik yang menjadi acuan pengukuran dapat di tentukan sesuai ukuran plat yang digunakan dalam penelitian. Kemudian ditentukan titik-titik dengan ruas horizontal 2 cm dan ruas vertikal 1 cm.
Langkah-langkah pengujian:
1. Membuat garis pada pelat dengan jarak, lebar 1 cm dan panjang 2 cm sehingga menutupi permukaan.
2. Menjepit kedua sisi plat menggunakan alat khusus.
3. Menempatkan pelat dan jepitannya diatas meja rata dan kalibrasi titik terendahnya pada permukaan plat menggunakan dial indicator.
4. Mengukur setiap garis yang telah dibuat dan catat beberapa nilai distorsi yang didapat menggunakan dial indicator
Gambar 3.18 Proses Pengukuran Distorsi
3.10 Pelaksanaan Pengujian Uji Tarik
Pengujian Tarik merupakan pemberian gaya atau tegangan tarik terhadap material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan dari suatu material. Setelah melakukan proses pengelasan dengan metode FSW perlu dilakukan pengujian tarik, bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perpanjangan dari suatu spesimen. Proses pengujian tarik menggunakan ASTM E8
Langkah-langkah pengujian:
a) Memasang benda uji pada pegangan (grip) atas dan pegangan bawah pada mesin uji tarik.
b) Nyalakan mesin uji tarik dan lakukan pembebanan tarik sampai benda uji putus.
c) Melepaskan benda uji pada pegangan atas dan bawah, kemudian satukan keduanya seperti semula.
d) Mengambil hasil data yang ada pada komputer pengujian untuk dimasukkan dalam perhitungan kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perpanjangan material
Gambar 3.19 Mesin Pengujian Tarik
3.11 Pelaksanaan Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan yang lakukan menggunakan metode Vickers.
Pengujian ini dilakukan pada permukaan material dari daerah logam induk, HAZ dan daerah las ,Langkah pengujian adalah sebagai berikut:
1. Pemasangan indentor piramida intan. Penekanan piramida intan 136º dipasang pada tempat indentor mesin uji. Kencangkan secukupnya agar penekanan intan tidak jatuh.
2. Memberikan garis pada daerah logam las, HAZ dan logam induk yang akan diuji.
3. Meletakkan spesimen diatas landasan.
4. Menentukan beban sebesar 1 Kgf.
5. Menentukan titik yang akan diuji.
6. Menekan tombol indentor.
Gambar 3.20 Mesin pengujian kekerasan mikro vikers
3.12. Analisa Data
Setelah dilakukan pengujian tarik, impact dan distorsi pada spesimen Alumunium AA5083 maka dilakukan pengolahan data untuk mengetahui hasil uji tarik, impak dan distorsi
