perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id … digilib.uns.ac.id tesis program pascasarjana commit to...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH PRE-STRAIN

TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK

SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400

TESIS

Disusun Sebagai Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-2

Program Studi Teknik Mesin

Dosen Pembimbing I: Dr. Triyono, ST., MT

Dosen Pembimbing II: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo ST., MT

Disusun Oleh:

IGNATIUS HENRY ADI NAGORO

NIM. S951302003

MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA


commit to user

2015

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH PRE-STRAIN



TESIS

Disusun oleh:

Ignatius Henry Adi Nagoro

NIM. S951302003

Komisi

Pembimbing

Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I Dr. Triyono, ST., MT

NIP. 197406251999031002

Pembimbing II Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT

NIP. 197101031997021001

Telah dinyatakan memenuhi syarat

pada tanggal 2015

Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin

Program Pascasarjana UNS


commit to user

Dr. Triyono, ST., MT

NIP. 197406251999031002

PENGARUH PRE-STRAIN



TESIS

Disusun oleh:


NIM. S951302003

Tim Penguji

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si

NIP. 196908261999031001

Sekretaris Dr. Nurul Muhayat, ST., MT

NIP. 197003231998021001

Anggota Penguji Dr. Triyono, ST., MT

NIP. 197406251999031002

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT

NIP. 197101031997021001

Telah dipertahankan di depan penguji

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

pada tanggal 2015

Direktur Program Pascasarjana UNS

Ketua Program Studi

Magister Teknik Mesin


commit to user

Prof. Dr.Mohammad Furqon Hidayatullah M.Pd.

NIP 196007271987021001

Dr. Triyono, ST., MT

NIP 197406251999031002

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan :

1. Tesis yang berjudul : “PENGARUH PRE-STRAIN TERHADAP

DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK SAMBUNGAN LAS

MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400” ini adalah karya penelitian

saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah

diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh gelar akademik serta tidak

terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang

lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan

disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian

hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia

menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan

(Permendiknas No 17, tahun 2010).

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah

lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs

UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu

semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi

dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin

UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh

Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran

dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

akademik yang berlaku.

Surakarta, April 2015 .


commit to user

Mahasiswa ,


S951302003 .


commit to user

ABSTRAK

IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Pengaruh Pre-

Strain Terhadap Distorsi Dan Perambatan Retak Fatik Sambungan Las Mig

Pada Pengelasan Baja SS400. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T., M.T.

Pembimbing II: Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Tesis Program Studi Magister

Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta

Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi distorsi pada proses pengelasan

dengan metode pre-strain, dan mendapatkan informasi tentang pengaruh pre-

strain terhadap karakteristik mekanis hasil pengelasan, juga untuk mengetahui

pengaruh pre-strain terhadap laju perambatan retak fatik. Pengukuran distorsi

hasil pengelasan spesimen yang di pre-strain menunjukkan bahwa pre-strain

dapat mengurangi distorsi pengelasan sebesar 50% hingga 74%. Hasil Foto Makro

mengindikasikan bahwa peningkatan ukuran penetrasi daerah las dan HAZ terjadi

karena peningkatan derajat sensitivitas logam induk SS400.

Hasil Foto Mikro pada logam induk yang di pre-strain menunjukkan

adanya rekristalisasi statis sehingga menghasilkan twin boundaries yang membuat

ukuran butiran nengecil dan merubah garis sumbu butir ferrite dan pearlite. Hasil

Foto Mikro di daerah las menunjukkan bahwa pre-strain mengakibatkan

terjadinya strain hardening dikarenakan adanya dislokasi atom ferrite dan pearlite

sehingga ukuran butiran pada logam induk menjadi lebih kecil. Sementara itu,

pre-strain juga mengakibatkan pertumbuhan retak pada celah batas butir yang

sangat berpengaruh pada pembentukan fasa saat dilakukan pengelasan. Pada

daerah lasan, proses strain hardening mengakibatkan peningkatan fasa

widmanstaten ferrite (WF) sehingga dapat meningkatkan kekuatan lasan.

Pengujian fatik spesimen CT tanpa pre-strain dan yang dipre-strain 1%,

3%, dan 5% yang dilakukan pada suhu ruangan dengan rasio pembebanan 0,1

mereduksi siklus fatik seiring dengan peningkatan tingkat pre-strain. Penurunan

jumlah siklus fatik terjadi karena pengaruh peningkatan dislokasi densitas

sehingga menghasilkan tatanan struktur butiran baru dengan tingkat dislokai

densitas berbeda. Kemudian, medan gaya yang dihasilkan dari dislokasi struktur

menurunkan slip plane dan homogenitas deformasi plastis.

Kata Kunci : metode pre-strain, SS400, distorsi pengelasan, regangan sisa,

perambatan retak fatik, fraktografi


commit to user

ABSTRACT

IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Effect Of Pre-

Strain On Distortion And Fatigue Crack Propagation In Welded Joint Of

Steel SS400. Supervisor I: Dr. Triyono, S.T., M.T. Supervisor II: Prof. Dr.

Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Thesis Master on Mechanical Engineering. Graduate

School. Sebelas Maret University, Surakarta.

This study aims to reduce distortion in welding process with pre-strain

method, and to get information about the influence of pre-strain on mechanical

characteristics of welded joint, also to determine influence of the pre-strain on

fatigue crack propagation. Measurement result in the pre-strained specimens

showed that pre-strain could be used to reduce 50% to 74% of welding distortion.

Macroscophic photos show that pre-strain generate to increase degree of sensitivity of

the base metal SS400 and it increases the size of welding penetration in weld area

and HAZ.

Microscophic photo on pre-strained base metal showed a static

recrystallization so it produced twin boundaries that could reduce the grain size

and changed the line axis of ferrite and pearlite grain. Microscophic photo result

in welding area indicated a strain hardening due to dislocation of atom ferrite and

pearlite. Meanwhile, pre-strain also generate the crack growth on the cleave

boundaries which was very influential to formation of the welding phase. In the

weld area, the strain hardening process influenced the increase of widmanstaten

ferrite phase (WF) so the strength of the weld increase.

Fatigue test of CT specimen without pre-strain and pre-strained specimen

with pre-strain level 1%, 3%, and 5% which were performed at room temperature

with ratio of 0,1 could reduced fatigue cycle due to an increase in the level of pre-

strain. The decrease of fatigue cycle number occured due to the increase of

dislocation density so it obtained a new grain structure with different densities

level. Then, stress filels which was obtained from dislocation structure decrease

the slip plane and homogeneity of plastic deformation.

Keywords : pre-strain method, SS400, welding distortion, residual strain, fatigue

crack growth, fractography


commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis yang

berjudul “Pengaruh Pre-strain Terhadap Distorsi dan Rambatan Retak Fatik

Sambungan Las MIG pada Pengelasan Baja SS400”

Tesis ini terselesaikan atas bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, oleh

karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya antara lain

kepada:

1. Orang tua saya Bapak Darsono, S.T., dan Ibu Sumarni yang telah

memberikan dorongan dan Doa.

2. Dr. Triyono, S.T., M.T. Ketua program studi magister teknik mesin program

pascasarjana UNS.

3. Dr. Triyono, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Utama dan Kepala

Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.

4. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. sebagai Pembimbing Kedua.

5. Bapak Rifai Muslih, Instruktur lab. DN1 Batan, serpong, Jakarta.

6. Bapak Sunhaji dan Bapak Sriyanto, Laboran lab. Bahan Teknik Jurusan

Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik UGM

7. Bapak dan Ibu Dosen serta staf administrasi Jurusan Teknik Mesin UNS.

8. Rekan-rekan mahasiswa S2 Jurusan Teknik Mesin

Penulis berharap tesis ini bermanfaat walaupun masih jauh dari sempurna, oleh

karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif.

Surakarta, 20 Februari 2015

Penulis


commit to user

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... II

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS .............................. IV

Abstrak ................................................................................................................ V

Abstract ............................................................................................................... VI

KATA PENGANTAR ................................................................................................ VII

DAFTAR ISI ............................................................................................................ VIII

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... X

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... XI

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 3

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................... 3

1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................................. 3

1.5. Batasan Masalah .................................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... 4

2.1. Kajian Pustaka ....................................................................................................... 4

2.2. Dasar Teori ............................................................................................................ 6

2.2.1. Las Metal Inert Gas (MIG) ..................................................................... 6

2.2.2. Baja Karbon............................................................................................. 7

2.2.3. Distorsi .................................................................................................... 7

2.2.4. Pre-Strain ................................................................................................. 8

2.2.5. Mekanisme patahan ................................................................................. 9

2.2.6. Rambatan Retak .................................................................................... 11

2.2.7. Hipotesis ................................................................................................ 14


commit to user

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................... 15

3.1. Bahan dan Peralatan Penelitian ........................................................................... 15

3.1.1. Bahan Penelitian .................................................................................... 15

3.1.2. Peralatan Penunjang .............................................................................. 15

3.2. Diagram Alir Penelitian ....................................................................................... 16

3.3. Metode Penelitian ................................................................................................ 17

3.4. Analisis Data ....................................................................................................... 19

3.4.1. Pengukuran Distorsi .............................................................................. 19

3.4.2. Struktur Mikro ....................................................................................... 22

3.4.3. Uji Kekerasan ........................................................................................ 23

3.4.4. Uji Tarik ................................................................................................ 24

3.4.5.Pengukuran Distribusi Tegangan Sisa Menggunakan Teknik

Difraksi Neutron .................................................................................................. 25

3.4.6. Perambatan Retak Fatik ........................................................................ 27

3.5. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 28

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ............................................................................... 29

4.1. Pengukuran Distorsi ............................................................................................ 29

4.2. Pengamatan Struktur Mikro ................................................................................ 31

4.2.1. Struktur mikro di daerah logam induk .................................................. 33

4.2.2. Struktur mikro di daerah las .................................................................. 34

4.2.3. Struktur mikro di daerah heat-affected zone (HAZ) ............................. 36

4.3. Hasil Pengujian Kekerasan .................................................................................. 38

4.4. Hasil PengujianTarik ........................................................................................... 39

4.5. Hasil Pengukuran Regangan Sisa ........................................................................ 40

4.6. Hasil Pengujian Perambatan Retak Fatik ............................................................ 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 51

5.1. Kesimpulan .......................................................................................................... 51

5.2. Saran ............................................................................................................... 52

Daftar Pustaka ............................................................................................................... 53


commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Komposisi kimia SS400 ....................................................................... 15

Tabel 3.2 Komposisi kimia ER 70S-1 .................................................................. 15

Tabel 3.3 Parameter metode pengelasan pre-strain ............................................. 18

Tabel 3.4 Urutan pengerjaan proses pembuatan simulasi .................................... 20

Tabel 4.1 Konstanta persamaan paris ................................................................... 43


commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pengaruh pre-strain terhadap keuletan stainless steel

pada suhu 7500C ..................................................................................... 5

Gambar 2.2 Pengelasan MIG ..................................................................................... 7

Gambar 2.3 Distorsi pada pengelasan ........................................................................ 8

Gambar 2.4 Skematika kurva S-N (wohlers diagram) ............................................. 10

Gambar 2.5 Proses terjadinya fatik .......................................................................... 10

Gambar 2.6 Amplitudo konstan data perambatan retak ........................................... 11

Gambar 2.7 Kisaran pengaturan tegangan ............................................................... 12

Gambar 2.8 Tiga bentuk analisis kurva perambatan retak ....................................... 12

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................................... 16

Gambar 3.2 Proses pemotongan baja SS400............................................................. 17

Gambar 3.3 Proses pembuatan spesimen uji tarik pada logam dasar ...................... 17

Gambar 3.4 Alat pre-strain ...................................................................................... 18

Gambar 3.5 Proses pengelasan spesimen ................................................................. 18

Gambar 3.6 Jarak pengukuran distorsi hasil pengelasan ......................................... 19

Gambar 3.7 Foto proses pengukuran distorsi pengelasan ........................................ 19

Gambar 3.8 Bagian penampang hasil pengelasan yang diamati .............................. 23

Gambar 3.9 Arah pengukuran micro hardness vickers ............................................ 23


commit to user

Gambar 3.10 Bentuk dan ukuran spesimen dog bone ................................................ 24

Gambar 3.11 Setting spesimen pada pengukuran regangan sisa ................................ 26

Gambar 3.12 Prinsip teknik difraksi neutron menunjukkan lattice

spacing dari bidang kristal d ................................................................ 26

Gambar 3.13 Penampang pengukuran regangan sisa ................................................. 26

Gambar 3.14 Grafik kalibrasi 2Ɵ ............................................................................... 27

Gambar 3.15 Spesimen uji perambatan retak fatik ..................................................... 28

Gambar 4.1 Distorsi longitudinal pengelasan tanpa pre-strain dengan

pengelasan yang di pre-strain .............................................................. 30

Gambar 4.2 Distribusi distorsi spesimen tanpa pre-strain ........................................ 30

Gambar 4.3 Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 1% .............................. 30



Gambar 4.6 Foto makro spesimen ........................................................................... 32

Gambar 4.7 Bentuk struktur mikro logam induk ..................................................... 34

Gambar 4.8 Struktur mikro daerah las ..................................................................... 35

Gambar 4.9 Bentuk HAZ pada pengelasan spesimen tanpa pre-strain ................... 36

Gambar 4.10 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 1% dan

3% ......................................................................................................... 37

Gambar 4.11 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 5%........................... 37

Gambar 4.12 Grafik kekerasan micro hardness vickers ............................................ 39

Gambar 4.13 Diagram tegangan tarik hasil pengujian tarik pada daerah

las ......................................................................................................... 40

Gambar 4.14 Diagram elongasi hasil pengujian tarik pada daerah

las ......................................................................................................... 40

Gambar 4.15 Grafik tegangan-regangan pengujian tarik pada daerah

las .......................................................................................................... 40

Gambar 4.16 Grafik distribusi regangan sisa pada arah longitudinal ......................... 42

Gambar 4.17 Hubungan antara panjang retak (a) dengan

jumlah siklus (b) .................................................................................... 42

Gambar 4.18 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen tanpa pre-strain ............................. 43


commit to user

Gambar 4.19 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 1% .................... 44



Gambar 4.22 Trendline Plot (da/dN) vs ∆K ................................................................ 45

Gambar 4.23 Bentuk spesimen uji perambatan retak fatik ......................................... 46

Gambar 4.24 Bentuk daerah patahan fatik .................................................................. 46

Gambar 4.25 Bentuk pola patahan stage I .................................................................. 47

Gambar 4.26 Permukaan patahan spesimen yang di pre-strain 5%.

Tanda anak panah menunjukkan streasi fatik. Gambar

perbesaran streasi fatik ditunjukkan oleh gambar (a)............................ 48

Gambar 4.27 Mekanisme perambatan retak fatik karena pergeseran

bidang diujung retakan .......................................................................... 48

Gambar 4.28 Bentuk elongated dimple pada patahan spesimen fatik ........................ 49

Gambar 4.29 Flutes dan cleavage yang dihasilkan dari mekanisme

pembebanan berlebih pada spesimen dengan tingkat pre-

strain 1% ............................................................................................... 50

Gambar 4.30 Microvoid yang timbul pada spesimen dengan tingkat

pre-strain 5%......................................................................................... 50

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id … digilib.uns.ac.id tesis program pascasarjana commit to...

Documents