STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS HASIL PENGELASAN SAMBUNGAN KAMPUH
V PADA BAJA KARBON RENDAH MENGGUNAKAN ELEKTRODA LOW
HYDROGEN
Adi Pamungkas
1, Harlian Kadir
1, Ayip Rosidi
2
1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung
2 Alumni Jurusan Teknik Mesin Angkatan 2008/2009
Jl. Gegerkalong Hilir Ds Ciwaruga Kab. Bandung.
Telpon : 081573297026/E-mail: [email protected]
Abstrak
Proses pengelasan menyebabkan terjadinya perubahan sifat dari logam yang dilas, perubahan itu
diantaranya : sifat fisik, sifat mekanik dan sifat kimia. Perubahan ini disebabkan oleh variasi
penggunaan arus las, pengaruh kecepatan pengelasan, komposisi kimia fluks dari elektroda yang
digunakan, teknik pengelasan dan yang lainnya. Untuk mengetahui perubahan sifatnya tersebut
maka dilakukan pengujian antara lain pengujian merusak (destructive test) yaitu dengan uji tarik, uji
lengkung, dan uji kekerasan dengan menggunakan American Standard for Testing and Materials
(ASTM). Pengujian tidak merusak (non-destructive test) yaitu dengan radiografi sinar x .
Bahan yang digunakan adalah baja karbon rendah dengan ukuran 300x125x10 mm. Terlebih dahulu
benda kerja dilaksanakan pengujian spektrometri yang bertujuan untuk mengetahui komposisi
kimianya. Elektroda yang digunakan adalah elektroda E7016 yang memiliki kandungan unsur
hidrogen rendah (low hydrogen). Proses pengelasannya menggunakan proses las busur listrik atau
Shielded Metal Arc Welding (SMAW).
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sifat mekanik dari hasil las menghasilkan kualitas yang baik,
hal ini dibuktikan dengan hasil uji tarik yang daerah putusnya berada di luar dari daerah las dan
kekuatan tarik maksimumnya melebihi kekuatan tarik dari bahan utamanya, hasil uji lengkung yang
tidak mengalami retak dan hasil uji kekerasan yang daerah lasnya memiliki nilai kekerasan yang
paling tinggi.
Kata kunci : Pengelasan, baja karbon rendah, elektroda E7016.
1. PENDAHULUAN
Kualitas hasil pengelasan pada umumnya
bergantung pada keterampilan juru las.
Kerusakan hasil las baik di permukaan
maupun di bagian dalam sulit dideteksi.
Selain itu karena struktur yang dilas
merupakan bagian integral dari seluruh badan
material las, maka retakan yang timbul akan
menyebar luas dengan cepat, bahkan bisa
menyebabkan kecelakaan yang serius.
Pengujian dan pemeriksaan daerah las sangatlah
penting untuk menentukan kualitas produk-
produk atau spesimen-spesimen tertentu.
Baja karbon adalah paduan antara unsur besi
dengan unsur karbon yang membentuk
senyawa unsur logam Fe dengan C yang disebut
sebagai karbida besi (Fe3C). Unsur-unsur yang
sering terdapat pada baja karbon antara lain :
unsure nikel, mangan, silisium, phosphor,
sulfur dan sebagainya. Unsur-unsur tersebut
akan mempengaruhi sifat-sifat dari baja karbon
tersebut. Proses pengelasan pada baja karbon
rendah menyebabkan baja mengalami
perubahan fasa. Fasa-fasa yang terjadi pada
pengelasan baja karbon rendah ditunjukkan pada
gambar 1.
Las busur listrik atau Shielded Metal Arc
Welding (SMAW) dikenal juga dengan istilah
Manual Metal Arc Welding (MMAW) adalah
suatu proses penyambungan dua logam atau
lebih menjadi suatu sambungan yang tetap
dengan menggunakan sumber panas listrik
dan bahan tambah/pengisi berupa elektroda
terbungkus. Pada proses las elektroda
terbungkus, busur api listrik yang terjadi
antara ujung elektroda dan logam induk (base
metal) akan menghasilkan panas. Panas inilah
yang mencairkan ujung elektroda (kawat las)
dan benda kerja secara setempat. Busur listrik
yang ada dibangkitkan oleh mesin las.
Elektroda yang dipakai berupa kawat yang
dibungkus oleh pelindung berupa fluks.
Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las
akan terisi oleh logam cair yang berasal dari
elektroda dan logam induk, terbentuklah
kawah cair, lalu membeku maka terjadilah
logam las (weldment) dan terak (slag) seperti
terlihat pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram Fasa Fe-C
Gambar 2. Skema Las SMAW
Proses pemindahan logam elektroda terjadi
pada saat ujung elektroda mancair dan
membentuk butiran-butiran yang terbawa oleh
arus dari pada busur listrik yang terjadi.
Apabila menggunakan arus listrik yang besar
maka butiran logam cair yang terbawa akan
menjadi halus sebaliknya bila arus yang
dipakai kecil maka butirannya akan menjadi
lebih besar seperti pada Gambar 3. Secara
umum dapat dikatakan bahwa elektroda akan
mempunyai sifat mampu las tinggi bila
pemindahan logam elektroda terjadi dengan
butiran yang halus, sedangkan proses
pemindahan dipengaruhi oleh besar kecilnya
arus dan juga oleh komposisi bahan
pembungkus elektroda (fluks) yang digunakan.
Gambar 3. Pemindahan Logam Cair
Elektroda E7016 Low Hidrogen adalah
elektroda terbungkus yang memiliki kandungan
unsur hidrogen rendah yang memiliki bahan
tambah dan gas pelindung. Spesifikasi elektroda
E7016 dapat dilihat pada tabel 1. Elektroda
terbungkus ini memiliki berbagai macam
komposisi pada inti kawat dan pembungkus
elektrodanya. Inti kawat las berfungsi sebagai
bahan tambah pada saat pengelasan
berlangsung. Sedangkan pembungkus berfungsi
untuk memberikan gas pelindung untuk
mencegah kontaminasi pada busur dan logam las
dari pengaruh oksigen, nitrogen dan hidrogen
yang terdapat di udara. Membentuk lapisan
terak (slag) di atas kawah las dan endapan
logam. Mengionisasi unsur untuk menghaluskan
busur las. Menghasilkan zat deoxidizer dan
pembersih untuk menghaluskan struktur butiran
logam las.. Memberikan serbuk besi untuk
mempercepat laju pengisian. menyerap
kelembaban apabila berada di udara terbuka.
Dalam skema penelitian ini, penulis membatasi
permasalahan dengan batasan masalah sebagai
berikut :
1. Bahan benda kerja yang di las Baja Karbon
Rendah S 235 JR
2 Pengelasan menggunakan proses las busur
listrik atau Shileded Metal Arc Welding
(SMAW).
3. Elektroda yang digunakan adalah elektroda
AWS E7016.
4. Sambungan yang dipilih adalah sambungan
tumpul (butt joint) alur tunggal v (single v-
groove).
5. Standar pengujian menggunakan American
Standard for Testing and Materials (ASTM).
Tabel 1. Spesifikasi Elektroda E7016
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui :
1. Mengetahui sifat fisis dan mekanis dari hasil
pengelasan.
2. Mendapatkan parameter pengelasan yang
ideal untuk menghasilkan sambungan las
yang baik kualitasnya.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metoda sebab akibat
dengan tujuan untuk mencari permasalahan yang
sering terjadi dilapangan, sehingga ditemukan
jawaban dari permasalahan pengelasan ini.
Gambar 4. Benda Kerja
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
Gambar 6. Mesin Uji Komposisi Kimia
Pengujian Komposisi Kimia Pengujian
komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui
kandungan unsur karbon dan unsur kimia
lainnya yang terdapat pada benda kerja dengan
ukuran spesimen 50X10 (mm) seperti terlihat
pada gambar.4.
Welding Procedure Specification (WPS) yaitu
data arus pengelasan yang dipilih dalam
penelitian ini :
Tabel 2. Data Arus Pengelasan
Procedure Qualification Record (PQR)
Pengujian NDT dengan Radiografi Sinar X
Pengujian DT dengan Uji Tarik, Uji Bending
dan Uji Kekerasan
Gambar 7. Mesin Uji Universal
Gambar 8. Spesimen Uji Tarik
(ASTM E 8)
Gambar 9.Spesimen Uji Bending
(ASTM E 190)
Gambar 10. Mesin Uji Kekerasan
(ASTM E 92)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian Komposisi Kimia yang didapat
adalah sebagai berikut :
Tabel 3. Hasil Pengujian Komposisi Kimia
Hasil pengujian komposisi kimia menunjukkan
bahwa kandungan karbon (C) yang dimiliki
oleh benda kerja adalah 0,14%, hal ini
membuktikan bahwa benda kerja termasuk
dalam kelompok baja karbon rendah.
Pengujian radiografi sinar x bertujuan untuk
mengetahui adanya cacat las yang terjadi di
daerah hasil las. Dari hasil pengujian
menunjukkan terdapat 6 cacat porositas pada
daerah las. Terdapat empat buah porositas
yang panjangnya melebihi panjang standar
ASTM yaitu 3,2 mm. ke empat titik tersebut
panjangnya 6,5 mm, 4,5 mm, 4,5 mm dan 5
mm. sedangkan dua titik yang lain panjang
porositasnya 1 mm dan 3 mm. hasil las
dinyatakan gagal, karena terdapat porositas
yang panjangnya melebihi panjang standar
ASTM. Hasil pengujian bending menunjukan
bahwa tidak ada retak (crack) yang terjadi di
semua spesimen, baik spesimen uji bending
muka ataupun spesimen uji bending akar. Hal
ini menunjukkan bahwa hasil lasnya baik.
Gambar 11. Struktur Mikro Hasil Las
Tabel 4. Hasil Uji Tarik
Dari hasil uji tarik, kekuatan tarik maksimum
spesimen 1 adalah 37,12 kg/mm2, sedangkan
kekuatan tarik maksimum spesimen 2 adalah
37,14 kg/mm2, sehingga diperoleh nilai rata –
rata kekuatan tarik maksimun dari hasil las
adalah 37,28 kg/mm2. Nilai ini lebih besar
dari nilai kekuatan tarik maksimum bahan
utamanya S 235 JR yaitu 37 kg/mm2. Hal ini
menunjukkan bahwa hasil lasnya baik.
Tabel 5. Hasil Uji Bending
Gambar 12. Hasil Uji Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan menunjukan bahwa
jalur 3 dengan nilai distribusi kekerasan yang
lebih tinggi dibanding dengan jalur yang
lainnya. Jika dilihat dari segi daerahnya, daerah
las memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi
dibanding dengan daerah yang lainnya, hal
ini disebabkan karena ukuran butir daerah las
lebih kecil dibanding dengan daerah yang
lainnya. Ketiga daerah tersebut terdapat
perbedaan ukuran butir. Ukuran butir daerah
HAZ lebih besar bila dibandingkan dengan
ukuran butir daerah logam las dan daerah logam
induk.
Tabel 6. Hasil Uji Kekerasan (ASTM E 92)
4. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Sifat fisis dan mekanis dari hasil pengelasan
: Dari struktru mikro yang dihasilkan,
terdapat dua fasa yaitu fasa ferit (a) dan
fasa perlit (a+Fe3C). ukuran butir terkecil
terdapat pada daerah las, sedangkan
ukuran butir terbesar terdapat pada daerah
HAZ. sifat mekanis dari hasil pengelasan
menunjukkan kualitas hasil las yang baik.
2. Parameter penggunaan elektroda E7016
low hydrogen dan arus las yang dipilih
menghasilkan sambungan las yang memiliki
sifat mekanik yang baik walaupun tanpa
dilakukan proses preheat dan post weld
heat treatment (PWHT).
Saran
1. Elektroda sebaiknya dipanaskan
terlebihdahulu sesuai dengan prosedur.
2. Gunakan diameter elektroda E7016 Ø 2,6
mm untuk akar las (root pass).
3. Gunakan prosedur pengelasan yang benar.
DAFTAR PUSTAKA
1. ASME Sec IX, Welding General
Requirement. Amerika.
2. ASTM E8M - 04, 2003, Standard Test
Methods for Tension Testing of Metalic
Materials (Metric), West Conshohocken,
Amerika.
3. ASTM E 190, 2003 Standard Test Method
for Guided Bent Test for Ductility of Welds,
West Conshohocken, Amerika.
4. ASTM E92 - 82, 2003, Standard Test
Method for Vickers Hardness of Metalic Materials (Metric), West
Conshohocken, Amerika.
5. BOC, 2007, Welding Consumables-Mild
Steel Sec.8.
6. Wiryosumarto, Harsono dan Yoshie
Okumura, 1996, Teknologi Pengelasan
Logam, Cetakan ke-7, Jakarta; Pradnya
Paramita.