II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Menurut penelitian Inggil Katulistiwa dan Yunus (2014)[1], Nilai kekuatan

tarik untuk baja paduan rendah dengan elektroda tungsten EWTh-2 menggunakan

arus 90A adalah sebesar 366 MPa. Arus 110A sebesar 371,3 MPa. Arus 130A sebesar

382,7 MPa. Untuk nilai kekuatan tarik untuk baja paduan rendah dengan elektroda

EWP menggunakan arus 90A sebesar 372,1 MPa. Arus 110A sebesar 367,1 MPa.

Arus 130A sebesar 374,3 MPa. Nilai kekuatan tarik dan tegangan luluh untuk

spesimen kualitas kekuatan tarik baja paduan rendah tertinggi pengelasan TIG baik

menggunakan elektroda tungsten Ewth-2 maupun menggunakan elektroda EWP

adalah kelompok arus 130A. Tetapi di antara kedua kelompok arus tersebut

pengelasan TIG yang menggunakan elektroda tungsten Ewth-2 mempunyai hasil

kekuatan tarik lebih besar yaitu 382,7 MPa dibandingkan dengan pengelasan TIG

menggunakan elektroda tungsten EWP yaitu 374,3 MPa.

Menurut penelitian Sckolastika Ninien dan Ponimin (2011)[2], Harga

kekerasan daerah lasan lebih besar dari daerah butir halus dan daerah logam induk.

Besar arus yang paling optimum untuk pengelasan TIG menggunakan pelat dengan

tebal 3 mm, tungsten Ø 2,4 mm, filler Ø 2,4 mm dengan spesifikasi AWS A5. 18 ER

70S-2, gas argon, gassflow 12 CFH adalah arus 80 A – 100 A. Hal ini sesuai dengan

data spesifikasi alat. Daerah benda uji yang putus pada saat uji tarik adalah daerah

benda uji yang memiliki kekerasan paling rendah jika dibandingkan dengan daerah

lasan dan batas butir, yaitu daerah logam induk. Dari grafik uji tarik dapat dilihat

semakin tinggi arus, maka semakin tinggi tegangan luluhnya dan tegangan

maksimumnya, menunjukkan peningkatan sifat mekanis bila pengelasan dilakukan

dengan arus yang lebih tinggi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-2

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Pengertian Las TIG

TIG atau yang biasa disebut juga GTAW atau pengelasan busur wolfram

pelindung gas, merupakan proses pengelasan busur listrik elektroda tidak terumpan

dengan menggunakan filler sebagai logam pengisi. Kemudian gas yang digunakan

berfungsi untuk melindungi pengaruh udara luar pada proses pengelasan dan untuk

mengurangi penyebaran panas yang berlebihan pada benda kerja. Gas-gas pelindung

yang biasa digunakan adalah gas Helium (He), gas Argon (Ar), gas Karbondioksida

(CO2) atau campuran dari gas-gas tersebut.

Proses pengelasan TIG memiliki keunggulan dibanding dengan proses

pengelasan lainnya, yaitu : asap yang ditimbulkan dari proses pengelasan ini relatif

rendah, sehingga tidak terlalu membahayakan kesehatan juru las atau welder[3].

Dibawah ini adalah perangkat las TIG.

1. Power Source

Perangkat ini berfungsi menyuplai arus listrik.

Gambar II.1 Perangkat las TIG [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-3

2. Coolant System

Sistem ini berfungsi sebagai media pendingin mesin las.

3. Torch

Berfungsi sebagai penghubung elektroda (tungsten) dengan arus listrik dan

sebagai tempat keluarnya gas pelindung.

4. Work Clamp

Perangkat ini berfungsi untuk mengalirkan arus listrik ke benda kerja. Agar

ketika tungsten disentuhkan ke benda kerja, akan terjadi kontak yang

menyebabkan busur listrik menyala.

5. Shielding Gas Tube

Berfungsi untuk menampung gas mulia yang digunakan sebagai pelindung

lasan.

6. Regulator

Regulator berfungsi untuk mengatur tekanan yang keluar dari tabung gas.

Pada regulator biasanya terdapat manometer tabung dan manometer kerja.

Manometer tabung berfungsi untuk mengukur tekanan gas yang ada didalam

tabung. Sedangkan manometer kerja berfungsi untuk mengukur tekanan gas

yang keluar dari tabung.

7. Flowmeter

Perangkat ini fungsinya sama dengan manometer kerja, yaitu mengukur

tekanan gas yang keluar dari dalam tabung.

8. Remote Control

Berfungsi mengatur arus yang digunakan untuk mengelas. Hanya saja,

perangkat ini digunakan agar welder tidak perlu memutar knop untuk

mengatur arus pengelasan.

2.2.2 Sifat Mekanik

Dalam perencanaan suatu material, sifat-sifat dari material yang dibutuhkan

haruslah tepat agar tidak mengalami kegagalan. Salah satu dari sifat-sifat material

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-4

tersebut adalah sifat mekanis. Sifat mekanis merupakan sifat yang muncul akibat

pembebanan mekanis[5]. Diantaranya :

1. Kekuatan

Kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa tegangan tanpa

mengalami patah.

2. Kekerasan

Kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa penetrasi.

3. Keuletan

Kemampuan material logam untuk menahan deformasi maksimum

sampai material itu patah.

4. Kelentingan

Besarnya energi yang diserap material selama deformasi elastis

berlangsung.

5. Ketangguhan

Besarnya energi yang diserap sampai material tersebut patah.

6. Modulus Elastisitas

Merupakan ukuran kekakuan material.

2.2.3 Struktur Mikro

Mikrostruktur atau struktur mikro merupakan fasa-fasa yang terdistribusi

pada logam yang dapat diamati melalui mikro test atau metalografi. Dari struktur

mikro, dapat juga dilihat bentuk dan ukuran butir pada baja. Struktur mikro ini

meliputi fasa yang setimbang dan tidak setimbang. Fasa yang setimbang merupakan

fasa yang terbentuk dengan pendinginan yang sangat lambat, sedangkan fasa tidak

setimbang adalah fasa yang terbentuk dengan pendinginan yang cepat. Fasa

setimbang dapat dianalisa dengan menggunakan diagram fasa FeC[6].

Fasa yang tidak setimbang adalah fasa yang terbentuk akibat pendinginan

yang beragam, Fasa ini dapat dianalisis dengan menggunakan diagram CCT

(Continous Cooling Transformation). Pendinginan yang beragam dapat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-5

mengakibatkan perubahan pada sifat mekanik terutama kekerasan. Diagram CCT

pada pengelasan baja karbon yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

1. Grain Boundary Ferrite

Merupakan struktur mikro yang menempati batas-batas butir dari weld

metal.

2. Sideplate Ferrite

Merupakan struktur mikro yang bentuk strukturnya berorientasi dengan

arah yang sama.

3. Accicular Ferrite

Merupakan struktur mikro yang bentuk strukturnya berorientasi secara

acak dan berukuran kecil.

4. Bainite

Merupakan ferrite yang tumbuh dari batas butir austenite dan memiliki

kekerasan yang lebih rendah dari Martensite.

5. Martensite

Merupakan struktur mikro yang terbentuk apabila proses pendinginan

pada pengelasan dilakukan dengan sangat cepat. Struktur mikro ini

mempunyai sifat yang sangat keras, sehingga ketangguhannya rendah.

Gambar II.2 Diagram CCT Pengelasan Baja Karbon[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-6

Gambar II.3 Proses Radiografi[8]

2.2.4 Pengujian Radiografi

Pengujian Radiografi merupakan salah satu metode dari pengujian tanpa

merusak atau yang biasa disebut dengan NDT (Non Destructive Test). Metode ini

menggunakan radiasi sinar X untuk mendeteksi adanya kerusakan atau cacat pada

material. Cara melakukan pengujian ini adalah menempatkan kertas film radiografi

di belakang spesimen benda kerja, kemudian sinar X atau Gamma ditembakkan ke

spesimen benda kerja. Pada saat sinar X ditembakkan, kertas film radiografi yang

ditempatkan dibelakang spesimen benda kerja akan menampilkan bayangan adanya

kerusakan atau kecacatan pada benda kerja. Apabila ada cacat pada benda kerja,

bayangan yang ditampilkan pada film akan berwarna lebih gelap dari warna benda

kerjanya[8]. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar II.3 dibawah ini.

Metode pengujian ini memiliki beberapa keuntungan dan kerugian

diantaranya :

1. Keuntungan :

1) Radiografi berlaku untuk hampir semua jenis material

2) Mampu mendeteksi cacat pada bagian dalam material

3) Menghasilkan gambar secara permanen yang mudah untuk

diperoleh kembali pada masa yang akan datang

4) Mampu mendeteksi dengan jelas dari cacat pada material

2. Kerugian :

1) Tidak bisa digunakan pada objek yang berbentuk kompleks

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-7

2) Radiasi sinar X dan Gamma yang digunakan berbahaya bagi tubuh

manusia dan lingkungan sekitar

3) Biaya peralatan yang digunakan relatif mahal

4) Para pekerja yang melakukan pengujian ini harus sangat terlatih

demi alasan keselamatan

2.2.5 Pengujian Makro

Pengujian makro adalah pengujian yang bertujuan untuk melihat struktur

makro dari material pengelasan. Agar struktur dapat terlihat dengan jelas dilakukan

proses machining, grinding, dan polishing. Kemudian pada daerah lasan di etcha

dengan cairan kimia dan dilihat menggunakan mikroskop dengan perbesaran

kurang dari 10x agar bentuk dari lasan antara weld metal, HAZ (Heat Affected Zone)

dan base metal terlihat jelas. Dari hasil pengujian ini akan terlihat kualitas dari

pengelasan.

2.2.6 Pengujian Mikro (Metalografi)

Pengujian mikro adalah pengujian mengenai struktur mikro logam melalui

pembesaran dengan menggunakan mikroskop khusus pengujian mikro. Dengan

pengujian mikro, dapat diamati bentuk dan ukuran butir logam, kerusakan logam

akibat proses deformasi, proses perlakuan panas, dan perbedaan komposisi. Untuk

mengetahui struktur mikro, diperlukan proses pengujian mikro. Proses ini bertujuan

untuk melihat struktur mikro suatu bahan. ada beberapa tahap yang harus dilakukan.

Tahapan yang harus dilalui adalah mounting, grinding, polishing, dan etching.

1. Mounting

Pada tahap ini spesimen dimasukkan kedalam pembingkai dengan tujuan

untuk mempermudah saat melakukan grinding dan polishing. Bahan yang

digunakan biasanya adalah bakelit dan resin.

2. Grinding

Spesimen yang telah di mounting kemudian digosok dengan amplas agar

permukaannya rata dan halus.

3. Polishing

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-8

Pada tahap ini, permukaan spesimen dipoles pada mesin poles. Agar

mendapatkan permukaan spesimen mengkilap dan tidak ada goresan.

4. Etching (Etsa)

Tahap ini merupakan tahap terakhir yaitu pemberian larutan kimia pada

permukaan spesimen. Larutan etsa dapat dilihat pada tabel etching

dikarenakan setiap material memiliki larutan etsa yang berbeda-beda.

Kemudian setelah di etsa, spesimen diamati struktur mikronya dengan

mikroskop.

2.2.7 Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan bertujuan untuk mengetahui ukuran ketahanan

material terhadap deformasi plastis.

Metoda pengujian kekerasan :

1. Pengujian kekerasan Brinell

2. Pengujian kekerasan Rockwell

3. Pengujian kekerasan Vickers

4. Pengujian kekerasan Mikro

2.2.7.1 Pengujian Kekerasan Brinell

Metoda pengujian ini ditemukan oleh Johan August Brinell pada tahun 1900.

Biasanya digunakan untuk menguji kekerasan logam-logam yang lunak. Metoda

pengujian ini dilakukan dengan menggunakan identor bola baja (tungsten carbide).

Pengujian dilakukan dengan memberikan gaya pada indentor dengan waktu

penekanan 10 – 30 detik. Kemudian diameter bekas indentornya diukur dengan

menggunakan alat yang bernama Profil Proyektor[9].

………………………………………. (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-9

Tabel II.1 Hubungan gaya dengan diameter indentor[9]

A = . D . h

= 0,5. . D. ( D - D2 - d2 ) …………………………………… (2)

Contoh penulisan hasil kekerasan Brinell : 105 HB 2,5 /187,5/15.

105 = Kekerasan bahan

HB = Kekerasan Brinell

2,5 = Indentor yang digunakan

187,5 = Gaya penekanan

15 = Waktu pengujian

Hubungan antara penetrator dengan bahan yang digunakan untuk pengujian

kekerasan dengan metoda Brinell, dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-10

Gaya dari rumus kekerasan Brinell ditentukan dengan melihat tabel diatas.

Misal F/D2 yang digunakan 30, kemudian diameter penetrator atau indentor yang

digunakan 5 mm, maka F = 30 . D2 = 30 . 52 = 750 kg.

2.2.7.2 Pengujian Kekerasan Rockwell

Dalam pengujian kekerasan Rockwell, digunakan indentor berbentuk bola

baja dan kerucut intan dengan sudut 120o dan 1/16 in untuk bola baja[9]. Harga

kekerasan Rockwell dinyatakan dengan skala dan beban mayor yang digunakan

seperti tabel dibawah ini.

Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan dengan memberikan beban minor

± 10 kg, dilanjutkan dengan beban mayor sesuai skala yang dipilih. Harga kekerasan

dinyatakan dengan angka 80 HRB, 60 HRC dan seterusnya. Harga kekerasan

Rockwell dapat juga dinyatakan dengan Superficial misalnya 60 HR 30 W, 30 W

menyatakan beban mayor 30 kg.

2.2.7.3 Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian ini menggunakan indentor piramid intan dengan sudut 136o. Cara

melakukan pengujian ini sama dengan metoda Brinnell, yaitu dengan mengukur

bekas indentasi dengan alat yang bernama Profil Proyektor[9].

Tabel II.2 Simbol skala, indentor, dan beban mayor Rockwell[9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-11

136o

Luas A = 4 x Luas segitiga

…………………………………….. (3)

………………………………………(4)

d =

2.2.7.4 Pengujian Kekerasan Mikro

Pengujian kekerasan mikro dapat dilakukan dengan metode Vickers. Hanya

saja, beban yang digunakan untuk pengujian ini antara 1 - 1000 g. Untuk melakukan

pengujian ini dilakukan persiapan dengan memoles benda uji agar bekas indentasi

dapat dengan jelas diamati pada mikroskop. Harga kekerasan dapat dinyatakan

dengan HV[9]. Keuntungan dari pengujian kekerasan mikro adalah benda hasil uji

dapat digunakan kembali, dikarenakan bekas titik pengujian berukuran sangat kecil.

½ d

√2

¼ d √2

𝑑√2

4. sin68

Gambar II.4 Penampang Indentor Vickers[9]

d1 + d2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-12

2.2.8 Uji Tarik

Uji tarik merupakan pengujian untuk mengetahui kekuatan tarik dari suatu

material. Kekuatan tarik merupakan tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh

suatu material ketika ditarik atau direnggangkan.

1. Gaya Penarikan dan perubahan panjang ( F dan ΔL )

Pada mesin uji tarik, data yang didapat adalah gaya penarikan (F) dan

perubahan panjang spesimen (∆L). Dari hubungan hubungan antara gaya

penarikan dan perubahan panjang dapat diperoleh parameter lainnya

seperti tegangan dan regangan teknis, tegangan dan regangan sebenarnya,

dan juga faktor pengerasan regang.

2. Tegangan dan regangan teknik

Tegangan dan regangan teknik disebut juga dengan tegangan dan

regangan rata-rata[9].

Rumus regangan teknik (e) : 𝑒 =(∆𝐿)

Lo=

(𝐿−𝐿𝑜)

Lo

Rumus tegangan teknik (S) : 𝑆 =F

Ao

3. Tegangan dan regangan sebenarnya

Kurva tegangan dan regangan teknis bukanlah kurva tegangan dan

regangan yang sebenarnya . Hal ini disebabkan bahwa selama penarikan

terjadi pengecilan luas penampang[9].

1) Rumus regangan sebenarnya (ε ) :

= n

i

dst 2

23

1

121L

LL

L

LL

Lo

LoL

Atau

L

lO LoLLn

L

dl

Sedangkan

…………………………..(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-13

Gambar II.5 Spesimen ASTM E8M-09[10]

e = 1

Lo

L

Lo

LoL

Lo

l

e + 1 = Lo

L ................................................(6)

dari persamaan 5 dan 6 diperoleh ε = Ln (e + 1)

2) Rumus tegangan sebenarnya (σ) :

) 1 e ( S atau Lo Ao.

P.L 1

4. Kekuatan Luluh ( y)

Kekuatan luluh material terjadi pada saat dimulainya deformasi plastis

5. Spesimen

Spesimen uji tarik pada kajian ini dibuat sesuai dengan standar ASTM –

E8M - 09 seperti pada gambar II.7. Pengujian dilakukan untuk melihat

perbandingan kekuatan tarik dan kekuatan luluh dari logam pengelasan

dengan variasi arus antara 120 A, 140 A, 160 A.

G = 25 mm R = 6 mm B = 30 mm

W = 6 mm L = 100 mm C = 10 mm

T = 4 mm A = 32 mm