4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya

Poedji Haryanto, dkk., (2011) melakukan penelitian Pengaruh Gaya

Tekan, Kecepatan Putar dan Waktu Kontak Pada Pengelasan Gesek Baja ST 60

Terhadap Kualitas Sambungan Las. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui

pengaruh gaya tekan, kecepatan putar dan waktu kontak pada pengelasan gesek

sambungan lasan gesek langsung pada baja ST 60. Didapatkan dengan waktu

gesekan 38 detik dihasilkan tegangan tarik maksimum 726,57, semakin lama

waktu gesekan tegangan tarik maksimum cenderung menurun. Pada nilai

kekerasan terjadi peningkatan harga kekerasan pada daerah sambungan yang

mencapai 65 HRB, sedangkan kekerasan dari material asli sekitar 52 HRB. Untuk

struktur mikro pada sambungan terjadi pemadatan strutur dibandingkan diluar

sambungan, hal ini menunjukkan peningkatan kekuatan pada daerah sambungan.

Wahyu nugroho (2010), dalam penelitiannya yang berjudul Pengaruh

Durasi Gesek Tekanan gesek dan Tekanan Tempa terhadap Kekuatan Sambungan

Lasan Gesek Direct-Drive pada Baja Karbon AISI 1045 menjelaskan tentang

pengaruh durasi gesek tekanan gesek dan tekanan tempa terhadap kekuatan tarik

las gesek pada material baja karbon AISI 1045, dimana didapatkan kekuatan tarik

meningkat seiring dengan bertambahnya durasi gesek , tekanan gesek, dan

tekanan tempa. Hal ini disebabkan tekanan gesek dan durasi gesekan yang

dilakukan sudah mencapai temperatur tempa, sehingga tekanan tempa, sehingga

5

tekanan tempa sebagai fungsi meningkatkan temperatur dan penyambungan dapat

melakukan ikatan yang sangat baik. Sedangkan pengaruh durasi gesek, tekanan

gesek dan tekanan tempa Proses pengelasan dari material AISI 1045 dimulai

dengan membangkitkan panas spesimen uji dengan cara memutar rotating chuck

sampai kecepatan konstan kemudian ditekan sampai kedua permukaan mengalami

kontak langsung dengan 5.98 MPa, 11.96 MPa dan 17.94 MPa. Spesimen uji

diputar dengan kecepatan putaran poros 4124 Rpm dari temperatur kamar sampai

temperatur tempa dan dalam waktu 70 detik, 90 detik. Ketika proses friction

dilakukan maka masing–masing spesimen akan mengalami upsett awal pada

kedua permukaan yang disambung. Setelah waktu yang ditentukan terpenuhi

kemudian dilakukan pengukuran temperatur pada spesimen pada permukaan

dimana dua benda kerja mengalami gesekan kemudian dilanjutkan dengan fase

tempa.

2.2 Las Gesek (Friction Welding)

Friction welding adalah cara pengelasan dimana dengan memutar salah

satu material dan material yang lainnya tidak berputar hanya maju untuk memberi

tekanan pada material yang berputar hingga menimbulkan panas dan

mengakibatkan kedua material tersebut melebur menjadi satu pada ujung yang

digesekkan. Beberapa keuntungan las gesek, yaitu: hasil dari sambungan las gesek

tidak menghasilkan retak, biaya yang murah, tidak memerlukan gas pelindung

selama proses pengelasan, lebih menghemat material, dapat menyambung benda

bulat maupun tidak bulat, dapat menyambung material yang serupa maupun

6

menyambung material yang berbeda jenisnya. Disamping itu las gesek juga

memliki beberapa kekurangan, yaitu: material yang bisa dilas gesek hanya

material berbentuk bulat, benda yang akan dilas harus simetris, ketika akan

menyambung dua material yang berbeda kita harus mengetahui spesifikasi dari

kedua material tersebut (Asm Handbook, 2009).

Bedasarkan cara penggesekannya Friction welding dibagi menjadi dua,

yaitu :

1. Linear Friction Welding

Las gesek dengan sumber panas berasal dari gesekan kedua

permukaan benda kerja itu sendiri.

Gambar 2.1 Mekanisme Linear Friction Welding

Sumber : Modern Welding, 1980 : 37

2. Friction Stir Welding

Las gesek dengan sumber panas berasal dari gesekan antara benda

kerja dan pahat (tools).

7

Gambar 2.2 Mekanisme Friction Stir Welding

Sumber : Modern Welding, 1980 : 37

2.2.1 Linear Friction Welding

Linear friction welding merupakan metode pengelasan yang

memanfaatkan sumber panas/kalor yang berasal dari hasil gesekan kedua

permukaan benda kerja itu sendiri, dimana salah satu benda kerja berputar dan

satu benda lainnya tidak berputar namun menekan.

Gambar 2.3 Simulasi Linier Friction Welding

Sumber : Swanson Industries Inc. 2006

Mekanisme pengelasan ini menggunakan dua buah benda kerja

(logam), dimana salah satu benda kerja berputar dengan kecepatan tertentu

dan relatif tinggi, serta salah satu benda kerja yang lain tidak ikut berputar

tetapi memberikan tekanan terhadap benda kerja yang berputar, dari

8

penekanan benda kerja yang tidak berputar tadi menghasilkan panas yang

dapat melelehkan kedua permukaan logam yang bersgesekan tersebut dimana

partikel dari kedua logam dapat berikatan yang disebakan dari berputarnya

salah satu benda kerja maka partikel dari kedua logam tersebut tercampur

aduk, sedangkan penekanan yang diberikan akan menyebabkan partikel

terdorong dan saling mengisi celah-celah kosong yang sekaligus dapat

mengeluarkan udara yang terjebak, hal ini memberi keuntungan dari

penggunaan las gesek yaitu minimnya cacat porositas pada sambungan las.

Dan proses ini akan menghasilkan penyambungan kedua benda kerja (logam)

tanpa proses pencairan atau yang disebut dengan solid state process.

Pada pegelasan las gesek ini terdapat parameter - parameter utama

yang harus diperhatikan ketika proses penyambungan dengan metode las ini,

parameter–parameter tersebut yaitu :

Rotation speed (kecepatan putaran)

Friction pressure (tekanan penggesekan)

Friction time (waktu penggesekan)

Upset pressure (tekanan akhir/tekanan tempa)

Upset time (waktu penekanan tempa)

9

Gambar : 2.4 Proses Friction Welding

Sumber : Stanley, 2011: 179

Dalam penelitian ini menggunakan metode pengelasan gesek (Friction

Welding) dengan memanfaatkan mesin bubut untuk proses penyambungan dua

permukaan benda kerja dengan baik.

2.3 Kekuatan Sambungan Las

2.3.1 Kekuatan Statik

a. Sifat-sifat Kekerasan

Sifat kekerasan yang dimaksudkan disini adalah sifat-sifat yang

berhubungan dengan pengujian kekerasan. Dalam sambungan las sifat

kekerasan sangat dipengaruhi oleh sifat dari logam induk. sifat daerah

HAZ, sifat logam las dan sifat-sifat dinamik dari sambungan berhubungan

erat dengan geometrid dan distribusi tegangan dalam sambungan.

Kekerasan merupakan tahanan yang diberikan oleh bahan terhadap

10

penekanan ke dalam yang tetap, disebabkan oleh benda tekan yang

berbentuk tertentu karena pengaruh gaya tertentu, penekanan kecil (atau

tidak dalam) menunjukkan kekerasan yang besar (G.L.J. Van Vliet, 1984 :

13).

b. Kekuatan logam Las

Dalam konstruksi las selalu digunakan logam las yang mempunyai

kekuatan dan keuletan yang lebih baik atau paling tidak sama dengan

logam induk. Tetapi karena proses pengelasan kekuatan dan keuletan

logam dapat berubah. Dalam hal logam las sifat ini dipengaruhi oleh

keadaan, cara dan prosedur pengelasan.

c. Sifat tarikan dari sambungan las tumpul

Pada dasarnya kekuatan sambungan las tupul sama dengan

kekuatan logam induk asal pemilihan bahan las dan cara pengelasannya

betul. Dalam pelaksanaannya manik las dalam las tumpul mempunyai

ketebalan yang lebih dari pada pelat yang dilas dan ini disebut penguatan

las. Pada tempat pertemuan antara penguat las dan logam induk biasanya

terjadi ketidak lanjutan yang menyebabkan terbentuknya pengumpulan

atau konsentrasi tegangan yang besarnya sangat tergantung dari bentuk

kaki las dan adanya takik las. Bila bentuk dari manik las rapi konsentrasi

tegangan yang terjadi antara 1,3 sampai 1,8 tegangan rata-rata seperti yang

ditunjukkan dalam gambar 2.5. Konsentrasi tegangan dan tegangan sisa

pada kenyataannya tidak mempengaruhi kekuatan sambungan las tumpul.

(Wiryosumarto, 2014 : 181)

11

Gambar 2.5: Konsentrasi tegangan pada las sudut

Sumber : Wiryosumarto, 2014 : 184

Dalam penelitian ini tidak membahas tentang sifat kekerasan

material melainkan untuk mengetahui kekuatan tarik sambungan material

dengan metode las gesek (Frictiion Welding).

2.3.2 Efisiensi Sambungan

Efisiensi sambungan didefinisikan sebagai faktor penurunan terhadap

tegangan boleh dari logam induk yang dirumuskan sebagai berikut

Efisiensi sambungan (𝜂) =tegangan boleh dari sambungan (𝜎𝑏𝑤)

tegangan boleh dari logam induk (𝜎𝑏)

Besarnya efisiensi sambungan ditentukan berdasarkan bahan las, cara

pengelasan, cara pemeriksaan dan keadaan tempat penggunaan sambungan.

Secara lebih terperinci hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan 𝜂

adalah :

1. Bahan las

2. Cara mengelas : las busur tangan, las busur terendam dan lain

sebagainya.

3. Tempat pengelasan : di pabrik atau di lapangan adn posisi pengelasan,

datar, atas kepala dan lain-lainnya.

12

4. Laku panas : pembebasan tegangan sisa, pemanasan mula dan lain-

lain.

5. Penyelesaian.

6. Persiapan permukaan.

7. Jenis pemeriksaan.

8. Jenis dari sambungan : las sudut, dengan penguat dan lain-lainnya.

9. Jenis beban : statis, dinamis aatau beban tumbuk.

10. Keadaan pengguanaan : suhu, tekanan, atmosfir dan lain sebagainya.

Dengan memperhatikan hal-hal diatas, beberapa efisiensi sambungan

untuk bidang-bidang penggunaan tertentu telah distandarkan. Dalam tabel 2.1

ditunjukkan efisiensi sambungan untuk bejana tekan yang berubah dengan

tingakat pemeriksaan radiografi. (Wiryosumarto, 2014 : 188)

Tabel 2.1 : Efisiensi sambungan. (Wiryosumarto, 2014 : 188)

Dalam penelitian ini besarnya efisiensi sambungan ditentukan

bedasarkan bahan las, metode pengelasan, dan jenis pemeriksaan sambungan.

13

2.4 Aplikasi Las Gesek

Penyambungan dengan menggunakan metode friction welding ini telah

banyak digunakan dalam industri otomotif dan industri perkapalan. Contoh

aplikasi penyambungan dengan mengggunakan metode liniear friction welding ini

ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut ini.

Gambar 2.6 Aplikasi Las Gesek

Sumber : Manufacturing Tecnology INC

2.5 Klasifikasi Baja Karbon

Baja karbon adalah paduan antara besi dan karbon dengan sedikit Si, Mn,

P, S, dan Cu (Wiryosumarto, 1985: 89). Sifat dari baja karbon sangat tergantung

pada kadar karbon. Berdasarkan kadar karbonnya, baja dibedakan menjadi tiga :

a. Baja karbon rendah, dengan kandungan karbon kurang dari 0,3%

b. Baja karbon sedang, dengan kandungan karbon 0,3% - 0,45%

c. Baja karbon tinggi, dengan kandungan karbon 0,45% - 1,70%

Pada baja karbon rendah dapat dilas dengan semua cara pengelasan yang

ada didalam praktek dan hasilnya akan baik bila perisapannya sempurna dan

14

persyaratan yang diperlukan terpenuhi. Pada kenyataannya baja karbon rendah

adalah baja yang mudah dilas. (Wiryosumarto, 2000)

Tabel 2.2: Klasifikasi Baja Karbon. (Wiryosumarto, 2014 : 90)

Dalam penelitian ini menggunakan baja ST 41 yang berbentuk poros pejal

dengan diameter 16 mm sebagai spesimen pengelasan gesek (Friction Welding).

2.6 Pengujian Tarik

Sifat Tarikan yang dimaksudkan disini adalah sifat-sifat yang berhubungan

dengan pengujian tarik. Dalam sambungan las sifat tarik sangat dipengaruhi oleh

sifat dari logam induk, sifat daerah HAZ, sifat logam las dan sifat-sifat dinamik

dari sambungan berhubungan erat dengan geometri dan distribusi tegangan dalam

sambungan

Dua batang uji tarik untuk sambungan las ditunjukkan dalam gambar 2.7

yang satu dengan arah tarikan melintang garis las dan yang lain dengan arah

tarikan sejajar garis las. Dalam pengujian batang uji tersebut dibebani dengan

kenaikan beban sedikit demi sedikit sampai batang uji patah. Kemudain sifat-sifat

tarikannya dapat dihitung dengan persamaan-persamaan (2.1) dan (2.2).

15

Tegangan: (2.1)

Regangan: (2.2)

Gambar 2.7: Ukuran batang uji tarik menurut AWS

Sumber : Wiryosumarto, 2014 : 181

Hubungan antara antar tegangan dan regangan untuk batang uji bulat dapat

dilihat dalam gambar 2.6. Didalam gambar, titik P menunjukkan batas dimana

hukum Hooke masih berlaku dan disebut batas proporsi dan titik E menunjukkan

batas dimana bila beban diturunkan ke nol lagi tidak terjadi perpanjangan tetap

pada batang uji dan disebut batas elastik. Titik E sukar ditentukan dengan tepat

karena itu biasanya ditentukan batas elastik dengan perpanjangan tetap sebesar

0,005% sampai 0,01%. Titik S1 disebut titik luluh atas dan titik S2 titik luluh

16

bawah. Pada beberapa logam batas luluh ini tidak kelihatan dalam diagram

tegangan-regangan dan dalam hal ini tegangan luluhnya ditentukan sebagai

tegangan dengan regangan sebesar 0,2% seperti ditunjukkan dalam gambar 2.3.

Tegangan yang tertinggi adalah kekuatan tarik dari logam 𝜎𝑡 dan tegangan yang

terjadi pada waktu patah disebut tegangan patah 𝜎𝑝.

Gambar 2.8: Kurva tegang-regang teknik

Sumber : Wiryosumarto, 2014 : 182

17

Gambar 2.9: Batas elastis dan Tegangan luluh 0,2%

Sumber : Wiryosumarto, 2014 : 182

Keuletan logam ditentukan sebagai regangan tertinggi dalam logam yang

dapat dihitung dengan persamaan (2.2) dengan L=𝐿𝑓 seperti yang ditunjukkan

dalam gambar 2.10. Dalam hal batang uji bulat keuletan dapat juga dinilai dari

reduksi penampang (RA), yang didefinisikan seperti dalam persamaan (2.3).

(2.3)

Gambar 2.10: Patahan pada batang uji tarik

Sumber : Wiryosumarto, 2014 : 183

18

Dalam penelitian ini menggunakan pengujian tarik untuk mengetahui

kekuatan tarik baja ST 41 setelah proses pengelasan dengan metode las gesek

(Friction Welding).