pengaruh variasi waktu an resistance spot welding dengan metode shunting terhadap marfologi logam...
TRANSCRIPT
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam industri otomotif, terutama dalam industri kendaraan roda empat atau
lebih sering digunakan proses pengelasan. Pada proses pengerjaan body mobil,
proses pengelasan seringkali menggunakan Resistance Spot Welding (RSW).
Proses yang sering digunakan yaitu Spot Welding, Seam Welding. Proses tersebut
dipilih, karena sebagian besar bahan yang dipakai dalam proses perakitan body
mobil adalah plat lembaran, sehingga apabila menggunakan proses las yang biasa
(SAW, SMAW, dan lain sebagainya), maka material tersebut akan mengalami
penurunan sifat mekanik karena ketebalan dari material yang rendah, selain itu
juga karena alasan ekonomis.
Bahan assembly body roda empat (car) berupa plat lembaran (sheet metal)
dan alasan ekonomis baik biaya maupun waktu pengerjaan inilah merupakan
faktor digunakannya resistance spot welding pada manufaktur roda empat (Car).
Dalam proses spot welding, parameter yang sering diubah biasanya arus, tekanan,
dan waktu pengelasan, namun perubahan tersebut tergantung dengan ketebalan
dari material. Oleh karena itu harus ada pemilihan parameter las yang baik untuk
ketebalan tertentu sehingga didapatkan hasil yang baik.
1
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh
variasi waktu pengelasan (welding time) terhadap diameter dan tinggi nugget serta
mengetahui marfologi logam las berupa lebar haz (daerah haz), weld metal, base
metal.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian praktikum las ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi waktu pengelasan (welding time)
terhadap tinggi nugget dan diameter nugget.
2. Untuk mengetahui marfologi logam las berupa lebar haz (daerah haz),
weld metal, base metal.
3. Mengaplikasikan teori resistance spot welding dengan kondisi yang
sebenarnya (kondisi praktek).
1.4 Batasan Masalah
Untuk mencegah pembahasan yang terlalu luas dan mempermudah penelitian,
maka penelitian praktikum las ini diberi batasan sebagai berikut :
1. Metode shunting (Penggunan Tang untuk penjepitan 2 material plat yang
akan di las menggunakan resistance spot welder).
2. Arus yang digunakan = 4000 Ampere.
3. Komposisi kimia material benda kerja homogen.
4. Menggunakan mesin las : Miller resistance spot welder, model : MPS-20.
2
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
BAB 2
DASAR TEORI
2.1 Prinsip Kerja
Resistance Spot Welding merupakan salah satu proses pengelasan dari
kelompok pengelasan menggunakan tahanan (resistance welding) dimana proses
penggabungan dari dua logam dihasilkan pada bagian permukaan sambungan
dengan cara panas yang dihasilkan oleh tahanan daripada proses kerja dengan
jalan arus listrik. Suatu gaya selalu diberikan pada proses tersebut sebelum,
selama, dan sesudah aplikasi dari arus listrik untuk membatasi area kontak las
pada permukaan sambungan dan pada beberapa aplikasi untuk menempa logam
lasan selama proses postheating.
Pada gambar 2.1 mekanisme pembentukan nugget dapat kita lihat bahwa pada
resistance welding, tahanan kontak khususnya pada permukaan sambungan
memanaskan area secara local dengan I2R atau Joule Heating, sehingga
menghasilkan peleburan dan pembentukan suatu (nugget).
Gambar 2.1 Mekanisme pembentukan nugget
3
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Resistance Spot welding merupakan proses yang terdiri dari serangkaian
nugget diskrit yang diproduksi oleh adanya pemanasan akibat tahanan. Nugget
atau lasan diproduksi langsung dibawah electrode. Spot welding biasanya
membutuhkan akses pada kedua sisi dari benda kerja. Seperti yang telah
disebutkan sebelumnya bahwa, resistance spot welding merupakan proses yang
melibatkan suatu aplikasi dari arus listrik yang terkoordinasi serta tekanan
mekanik pada arah dan durasi waktu yang benar. Arus pengelasan harus melewati
dari electrode sampai benda kerja. Kontinuitasnya ditentukan oleh gaya yang
diberikan pada electrode.
Rangkaian proses tersebut pertama kali harus bisa membuat panas yang
cukup untuk menaikkan volume logam yang dibatas ke titik lebur. Logam ini lalu
didinginkan dengan tetap dibawah tekanan sampai logam tersebut memiliki cukup
kekuatan untuk memegang kedua bagian. Tekanan pada benda kerja sangat
penting. Pada saat benda kerja mengandung nugget cair, tekanan mencegah
nugget cair agar tidak keluar dari daerah nugget, sehingga tidak akan terjadi void.
Durasi dari dari arus pengelasan harus cukup singkat untuk mencegah panas yang
berlebihan pada muka electrode, sebab apabila terjadi maka electrode akan terikat
pada benda kerja dan akan menurunkan umur dari electrode. Berikut ini adalah
contoh sirkuit dari suatu mesin resistance spot welding di bawah ini :
4
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Gambar 2.2 Skema dari sirkuit spot weding, typical single phase
Perlengkapan mesin las titik (Resistance Spot Welding) biasanya ditentukan
oleh desain dari joint, material, kebutuhan kualitas, jadwal produksi, dan
pertimbangan ekonomis. Mesin las Resistance Spot Welding (RSW) memiliki 3
elemen utama :
1. Sirkuit listrik yang terdiri dari trasformer las dan sirkuit sekunder dengan
elektrode yang menghantarkan arus ke benda kerja.
2. Sistem mekanik terdiri dari rangka mesin, dan mekanisme terkait untuk
memegang benda kerja dan memberikan gaya penekanan, biasanya dengan
mekanisme hidrolik, pneumatik.
3. Unit kontrol untuk menyalakan arus dan mengatur durasi waktu arus. Unit ini
juga berfungsi sebagai kontrol besar arus, sekuen pengelasan, dan waktu lain
yang ada dalam siklus pengelasan. Berikut gambar Mesin las titik tipe Rocker
Arm di bawah ini :
5
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Gambar 2.3 Mesin las titik tipe Rocker Arm
2.1.1. Pembangkitan panas
Pada suatu konduktor listrik, jumlah dari panas bangkitan tergantung pada 3
faktor yaitu :
1. Arus
2. Tahanan dari konduktor (termasuk tahanan interface)
3. Durasi waktu dari arus (welding time)
Faktor ketiga (3) tersebut dapat dirumuskan menjadi persamaan :
Q = I2R t
6
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Dimana Q = Panas yang dibangkitkan (Joule)
I = Arus (ampere)
R = Tahanan dari proses (ohm)
t = Durasi waktu dari arus (detik)
Panas yang dibangkitkan sebanding dengan kuadrat arus las dan berbanding
lurus dengan tahanan dan waktu. Bagian dari panas bangkitan digunakan untuk
pengelasan dan sebagian hilang disekeliling logam. Kombinasi dari arus yang
tinggi dan waktu pendek akan menghasilkan distribusi panas yang tidak
dikehendaki pada daerah las, sehingga terjadi pelelehan permukaan yang terputus
dan kerusakan pada electrode.
Suatu karakteristik dari las tahanan (Resistance Spot Welding) adalah
cepatnya panas pengelasan yang dapat diproduksi. Distibusi temperatur dari benda
kerja dan elektroda dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini :
Gambar 2.4 Distribusi temperatur dan tahanan dari proses spot welding
7
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Dari gambar 2.4 dapat kita lihat bahwa sedikitnya ada 7 buah tahanan dalam
suatu proses spot welding yaitu :
1 dan 7, tahanan listrik dari elektroda dan material.
2 dan 6, tahanan kontak antara elektroda dan logam induk.Besarnya
tahanan ini tergantung pada kondisi permukaan dari logam induk dan
electrode, ukuran dan kontur dari permukaan electrode. Titik ini
merupakan titik dimana panas bangkitan tinggi, tapi permukaan logam
tidak mencapai temperatur fusi selama arus lewat karena tingginya
koduktivitas thermal elektrode yang tinggi dan electrode didinginkan
dengan air.
3 dan 5, tahanan total dari logam induk, dimana sebanding dengan
resistivitas dan tebal, serta berbanding terbalik dengan penampang area
dari jalur arus.
4, Tahanan pada daerah interface logam induk pada lokasi dimana lasan
akan dibentuk. Titik ini merupakan titik dengan tahanan terbesar, sehingga
merupakan titik terbesar dari panas yang dibangkitkan. Karena panas juga
dibangkitkan pada titik 2 dan 6, panas bangkitan pada titik 4 tidak hilang
pada electrode.
Panas pengelasan hanya diperlukan pada daerah interface pada logam induk,
dan panas yang dibangitkan didaerah lain harus diminimalisir. Ada beberapa
faktor yang bisa mempengaruhi pembangkitan panas, antara lain :
8
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
a. Arus Pengelasan
Pada persamaan Q = I2R t, arus memiliki efek yang paling besar pada proses
pembangkitan panas daripada tahanan dan waktu. Oleh karena itu arus
merupakan variable penting yang harus dikontrol. Ukuran nugget dari lasan
dan kekuatannya meningkat secara cepat seiring dengan meningkatnya
kerapatan arus (current density). Adanya kelebihan kerapatan arus akan
menyebabkan metal expulsion (akibatnya terjadi internal void), weld cracking,
sifat kekuatan mekanik yang lebih rendah. Adanya kelebihan arus akan
menyebabkan logam induk terlalu panas dan terjadi indentasi yang dalam,
serta terjadi overheating, dan penurunan kekuatan dari electrode.
b. Waktu Pengelasan
Laju dari pembangkitan panas haruslah sedemikian rupa sehingga lasan
dengan kekuatan yang cukup baik terproduksi tanpa mengakibatkan
terjadinya kelebihan panas dan penurunan kekuatan pada electrode. Jumlah
total panas yang diproduksi sebanding dengan waktu pengelasan. Panas yang
hilang terjadi pada daerah disekeliling logam induk dan pada electrode,
sebagian kecil hilang karena radiasi. Panas yang hilang ini akan meningkat
seiring dengan meningkatnyawaktu pengelasan dan temperatur logam.
c. Tekanan Pengelasan (welding pressure)
Tahanan R dalam persamaan pembangkitan panas dipengaruhi oleh tekanan
selama pengelasan melalui efek pada tahanan kontak pada didaerah interface
9
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
antara benda kerja. Tekanan pengelasan(welding pressure) dihasilkan oleh
gaya yang digunakan pada joint oleh electrode. Bila gaya electrode atau
welding pressure naik, maka kekuatan arus(amperage) akan naik dalam nilai
yang terbatas. Efek welding pressure pada panas bangkitan merupakan
kebalikan dari pernyataan diatas. Bila tekanan naik maka tahanan kontak dan
panas yang dibangkitkan pada daerah interface akan menurun.
d. Elektrode
Elektrode memainkan peranan yang vital dalam proses pembangkitan panas
karena electrode yang menghantarkan arus las pada benda kerja. Elektrode
harus memiliki konduktivitas listrik yang baik, kekuatan dan kekerasan yang
cukup baik untuk mencegah terjadinya deformasi pada muka electrode itu
sendiri, sebab deformasi tersebut dapat menyebabkan area kontak besar
sehingga rapat arus dan welding pressure turun.
e. Kondisi Permukaan
Kondisi permukaan dari benda kerja mempengaruhi pembangkitan panas
karena tahanan kontak terpengaruh oleh oksida, debu/kotoran, minyak dan
material asing lain yang ada pada permukaan. Sifat las-lasan yang paling
uniform dapat diperoleh jika permukaan benda kerja bersih.
10
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
f. Komposisi Logam
Resistivitas listrik dari suatu material secara langsung mempengaruhi
pemanasan tahanan selama pengelasan. Komposisi material menentukan
kalor jenis(specific heat), kalor laten fusi, dan konduktivitas thermal. Sifat-
sifat tersebut mempengaruhi jumlah kalor yang dibutuhkan untuk melelehkan
logam dan menghasilkan lasan.
2.1.2. Keseimbangan Kalor
Kesimbangan kalor muncul ketika penetrasi dalam dua benda kerja
diperkirakan sama. Keseimbangan kalor dipengaruhi oleh :
1. Konduktivitas listrik relatif dan konduktivitas panas dari logam yang
akan digabung.
2. Geometri relatif dari bagian-bagian pada daerah lasan
3. Konduktivitas listrik dan panas dari electrode
4. Geometri dari electrode.
Pemanasan akan menjadi tidak seimbang bila bagian yang akan dilas
memiliki perbedaan yang signifikan pada komposisi, ketebalan, ataupun
keduanya. Ketidakseimbangn ini dapat diminimalisir dengan desain benda kerja,
material dan desain dari electrode. Keseimbangan panas juga dapat ditingkatkan
dengan menggunakan waktus las yang terpendek dan arus terendah yang akan
menghasilkan las-lasan yang baik.
11
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
2.1.3. Disipasi Kalor
Selama pengelasan, panas yang hilang lewat konduksi dalam logam induk
dan electrode dapat dilihat pada gambar 2.5 di bawah ini :
Gambar 2.5 Disipasi panas selama pengelasan spot welding
Disipasi panas ini berlangsung pada laju yang bervariasi selama proses dan
setelahnya, sampai lasan telah dingin pada temperatur kamar. Proses disipasi ini
bisa dibagi menjadi 2 fase, yaitu :
1. Selama waktu dimana arus dijalankan
2. Setelah arus mati
Telah kita ketahui sebelumnya bahwa panas bangkitan berbanding terbalik
dengan konduktifitas listrik dari benda kerja. Konduktifitas listrik dan temperatur
dari logam induk menentukan laju daripada panas yang didisipasikan atau
dihantarkan dari daerah lasan.
12
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Jika electrode tetap kontak dengan benda kerja setelah arus pengelasan mati,
maka akan mendinginkan weld nugget secara cepat. Laju disipasi panas pada
sekitar logam induk akan turun bila waktu pengelasan lebih lama, karena semakin
besar volume logam induk yang akan dipanaskan. Hal ini akan menurunkan
gradien temperatur antara logam induk dengan weld nugget. Apabila electrode
dilepaskan dari lasan terlalu cepat setelah arus dimatikan, maka akan timbul suatu
permasalahan. Pada plat lembaran yang tipis hal tersebut akan mengakibatkan
terjadinya excessive warpage. Biasanya lebih baik bila electrode tetap kontak
dengan benda kerja sampai lasan dingin ke temperatur kamar.
2.1.4. Siklus Pengelasan
Siklus pengelasan pada las titik pada dasarnya terdiri dari empat fase yaitu :
1. Squeeze time atau waktu penekanan.
Yaitu interval waktu antara penyalaan timer dan aplikasi pertama dari arus.
Interval waktu ini dibutuhkan untuk memastikan bahwa electrode sudah
kontak dengan benda kerja dan menghasilkan gaya electrode penuh
sebelum arus diaplikasikan.
2. Weld time atau waktu pengelasan
Waktu dimana arus las diaplikasikan pada benda kerja untuk membuat
lasan (pada single-impulse welding).
13
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
3. Hold time atau waktu penahanan
Waktu dimana gaya(penekanan) dipertahankan pada benda kerja setelah
arus berhenti. Selama tahap ini weld nugget akan membeku dan
didinginkan sampai memiliki kekuatan yang cukup baik.
4. Off time
Waktu dimana electrode dilepaskan dari benda kerja(lasan) dan benda
kerja dipindahkan ke posisi pengelasan selanjutnya. Tahap ini biasanya
dilakukan pada pengelasan berulang. Beriku gambar 2.6 siklus pengelasan
di bawah ini :
Gambar 2.6 Siklus pengelasan las titik (single impulse welding)
2.1.5. Arus Pengelasan
Pada proses las titik, arus yang digunakan dapat berupa arus searah (DC) atau arus
bolak-balik (AC). Mesin las akan mengubah saluran daya menjadi tegangan
rendah, dengan daya arus pengelasan yang tinggi. Beberapa aplikasi
14
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
menggunakan arus bolak-balik (AC) single phase yang sama dengan frekwensi
saluran daya, biasanya 60 Hz. Arus searah (DC) digunakan untuk proses yang
memerlukan arus yang tinggi karena beban dapat diseimbangkan dengan kabel
daya 3-fase. Pada percobaan kali ini mengunakan mesin dengan arus AC.
2.1.6. Waktu Pengelasan
Waktu dimana arus dinyalakan atau weld time dikontrol dengan
menggunakan system elektronik, mekanik, manual atau pneumatic. Waktu secara
umum memiliki jangkauan tertentu mulai dari one half cycle (1/120 detik) untuk
setiap plat lembaran sangat tipis sampai dengan beberapa detik untuk plat
lembaran tebal. Weld time ada 2 sistem, yaitu Single impulse welding dan
Multiple impulse welding. Single Impulse Welding merupakan penggunaan satu
arus secara berkesinambungan untuk membuat satu lasan. Sedangkan Multiple
Impulse Welding terdiri dari dua atau lebih arus yang dipisahkan dengan cool tim.
2.1.7. Gaya Elektrode (Penekanan)
Penyelesaian dari sirkuit listrik yang mengalir dari electrode ke benda kerja
dipastikan dengan penerapan gaya electrode. Gaya ini dihasilkan oleh system
hidrolik, pneumatic, magnetic, atau mekanik. Pada mesin yang dipakai untuk
percobaan menggunakan system hidrolik.Tekanan yang dihasilkan pada daerah
interfase tergsntung dari luasan muka electrode yang kontak dengan benda kerja.
Fungsi dari gaya atau tekanan ini adalah :
15
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
1. Membawa beragam interfase menjadi kontak yang yang rapat.
2. Mengurangi tahanan kontak awal pada daerah interfase
3. Menekan pengeluaran paksa(expulsion) dari logam lasan cair dari
daerah joint
4. Mengkonsolidasi weld nugget.
Gaya-gaya yang bisa dipakai selama pengelasan dapat berupa :
1. Gaya konstan
2. Kompresi awal dan gaya
3. Kompresi awal, gaya elektrode, dan gaya forging
4. Gaya electrode dan gaya forging
2.1.8. Elektroda
Elektrode las titik mempunyai fungsi sebagai berikut :
Menghantarkan arus listrik ke benda kerja
Mengirimkan gaya ke benda kerja
Mendisipasikan sebagian panas dari daerah lasan
Bahan dari electrode spot ini digunakan material yang nilai tahanan terhadap
arus lebih kecil dari pada logam yang akan dilas. Karena electrode ini bersentuhan
dengan benda yang akan dilas maka electrode ini dilengkapi dengan sistem
pendingin agar elektrode tidak terlalu panas. Pemilihan elektrode ini telah
distandarkan oleh RWMA (Resistance Welding Manufacturer Association), misal
16
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
E – X-X-X, huruf pertama menerangkan bentuka dari ujung elektrode spot, angka
pertama menunjukkan kelas paduan, angka kedua menunjukkan keruncingan
elektrode, angka terakhir menunjukkan panjang tambahan ¼ inci dari elektrode.
Adapun tabel jenis elektroda sebagai berikut :
Tabel 2.1 RWMA (Resistance Welding Manufacturer Association) alloy class
Group Class Coduktivity Hardness Tensile Compressive
(%) Rockwell (psi)
A 1 80 65 B 60 K
2 75 75 B 65 K
3 45 90 B 100 K
4 20 33 C 140 K
5 10 s/d 15 65 S/D 85 B 65 S/D 75 K
B 10 35 72 B 135 K
11 28 94 B 160 K
12 27 98 B 170 K
13 30 69 B 200 K
14 30 85 B 200 K
17
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
2.1.9. Daerah Hasil dari Las Titik
Fitur yang dibentuk pada las tahan titik terdiri dari tiga bagian daerah. Bagian
tengah, dalam daerah interfase yang telah leleh membentuk suatu struktur tipikal
dari daerah fusion disebut weld nugget. Disekeliling nugget adalah HAZ (Heat
Affected Zone), menunjukkan logam induk yang mengalami siklus pemanasan dan
pendinginan. Permukaan luar dari plat lembaran menunjukkan indentasi akibay
tekanan dari elektroda. Redukasi ketebalan pada titik ini tidak boleh lebih dari 10
% pada kondisi normal.
Gambar 2.7. Daerah hasil pengelasan las titik
A.Kelebihan dan Kekurangan Las Titik
Keuntungan utama dari las tahanan titik adalah kecepatannya yang tinggi
dan kemampuan adaptasi yang baik untuk otomasi dalam assembly logam
lembaran dengan laju produksi yang tinggi. Las titik juga ekonomis dalam banyak
operasi job-shops, karena lebih cepat dari proses las biasa dan tidak membutuhkan
keahlian dalam memakai las titik.
18
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
B.Sedangkan kerugian atau kekurangan sebagai berikut :
1. Proses pembongkaran untuk maintenance atau perbaikan sangat sulit
2. Lap joint menambah berat dan ongkos material dati produk bila
dibandingkan dengan butt joint.
3. Ongkos perlengkapan pada umumnya lebih tinggi dari las listrik
4. Waktu yang pendek, dan kebutuhan listrik arus tinggi membuat
kebutuhan kabel listrik tertentu, terutama pada mesin las single phase
5. Lasan memiliki kekuatan tarik dan fatigue yang rendah.
2.1.10. Baja Karbon Rendah
Baja adalah paduan yang paling banyak digunakan oleh manusia, dikarenakan
jenis dan bentuknya sangat banyak Mengingat luasnya pengguanaa maka baja
banyak diklasifikasikan menurut keperluan. Sifat baja banyak ditentukan oleh
kadar karbonnya disamping juga oleh unsur paduannya.
Baja karbon rendah mempunyai kadar kabon sampai dengan 0,25%. Sangat
luas pemakaiannya sebagai konstruksi umu, untuk baja profil, baja tulangan
beton, plat lembaran, dan lain sebagainya.
Beberapa sifat baja karbon rendah diantaranya adalah mudah dibentuk baik
dengan pengerolan maupun pengepresan, sangat korosif, dan pada pengelasan
mempunyai kepekaan retak yang rendah dibandingkan baja karbon lainya.
Pada percobaan kali ini digunakan baja karbon rendah bentuk plat lembaran
dengan kadar karbon 0,06 %.
19
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
2.1.11. Cacat pada Hasil Lasan
Cacat yang sering terjadi pada proses las titik antara lain :
1. Diskontinuitas internal, meliputi crack/retak, porositas, kavitasi akibat
penyusutan. Cacat ini terjadi akibat gaya elektroda yang terlalu rendah dan
arus las terlalu tinggi. Namun cacat ini tidak menimbulkan efek yang terlalu
buruk pada kekuatan fatigue bila terletak pada tengah-tengah weld nugget.
2. Penetrasi yang kurang sempurna, baik itu kelebihan maupun kekurangan
penetrasi. Cacat ini disebabkan oleh arus yang terlalu kecil, terlalu pendek
waktu pengelasan, gaya tekan yang besar, dan ujung elektroda yang sudah aus.
20
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Diagram Alir Percobaan
Berikut diagram alir percobaan dibawah ini :
Gambar 3.1 Diagram alir percobaan
3.2 Persiapan Material
Material yang digunakan baja karbon rendah bentuk plat lembaran. Sebagai
benda kerja harus dipersiapkan sedemikian rupa sehingga hasil yang didapatkan
baik. Persiapan yang dilakukan antara lain :
21
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Pemotongan material awal dengan ukuran yang sesuai dengan standar .
Ketebalan spesimen 1 mm, maka dimensi spesimen yang dipakai mengikuti
kriteria ke 3 yaitu :
- W = 35 mm
- L = 135 mm
- T = 1 mm
Dimana : W = lebar
L = panjang
T = tebal
Gambar 3.2 Dimensi spesimen las titik
Pembersihan permukaan material dari kotoran seperti karat, oli, dan lain
sebagainya dengan menggunakan kertas gosok.
22
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
3.3 Persiapan Mesin Las
Mesin spot welding yang digunakan milik lab Metalurgi Teknik Mesin ITS
dengan spesifikasi sebagai berikut :
Mesin Spot Welding : Miller Resistance Spot Welder, Single phase
Model MPS-26 AFT, Serial no JB 530570
Voltage : 230 V
Amps : 90 A
Single-phase : 60 Hz
OCV : 3.5
20 kVA at 50 % duty cycle
Tong size : 12” dengan max 13250 A/detik
Gambar 3.3 Mesin Resistance Spot Welder
23
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Sebelum mesin las dipakai, harus dibersihkan terlebih dahulu debu – debu
pada semua sistem yang bekerja agar tidak menghambat proses. Muka elektrode
dibersihkan dari kotoran agar tidak menghambat laju penghantaran arus.
Pemasangan selang untuk cooling water pada elektrode, pengecekan air supply
pada kompresor dan minyak hidrolik pada sistem penekanan. Serta pengecekan
sistem kontrol seperti besar arus, weld time, squeeze time, pedal las apakah semua
berfungsi dengan baik.
3.4 Pengelasan Material dengan Resistance Spot Welding
Pengelasan material dengan menggunakan 2 variasi parameter sebagai berikut :
A.Variasi Tetap Pengelasan :
1. Arus = 4000 A
2. Hambatan = 0,01 Ohm
3. Menggunakan = metode Shunting
4. Material = Plat besi galvanish (Thickness = 1 mm)
B.Variasi Berubah pada pengelasan :
Waktu pengelasan dengan 3 variasi yaitu :
1. Plat 1 menggunakan waktu (t) = 1 detik
2. Plat 2 menggunakan waktu (t) = 2 detik
3. Plat 3 menggunakan waktu (t) = 3 detik
24
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
3.5 Pengamatan Etsa Makro
Pengamatan Etsa makro dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan
gambar atau visual daerah-daerah batas pada logam las (weld metal), HAZ (Heat
Affected Zone), logam induk (Base metal), pada spesimen hasil proses pengelasan.
Langkah-langkah yang diperlukan untuk mendapatkan Etsa makro adalah sebagai
berikut :
1. Cutting atau pemotongan
Tujuan dari pemotongan ini adalah untuk mempermudah proses
grinding dan polishing. Pemotongan dilakukan dengan
menggunakan gergaji manual, lalu diproses lagi dengan
menggunakan gerinda tangan untuk mendapatkan permukaan yang
rata.
2. Grinding
Spesimen digosok pada mesin polisher dengan menggunakan
kertas gosok dari grid 120, 240, 320, , 400, 500, 600, 800, 1000
hingga 1500.
3. Etching
Untuk mengamati struktur makro dari spesimen, dilakukan proses
etsa. Spesimen dicelupkan pada larutan 95% Aquades 5% HNO3
selama 3-5 detik.
4. Pemotretan
Spesimen yang telah dietsa, dikeringkan baru kemudian di foto
dengan kamera digital.
25
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
BAB 4
ANALISA PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Percobaan
Berikut hasil visual penampang melintang ketiga bahan material tersebut dengan
variasi waktu pengelasan, tampak bahwa semakin besar waktu pengelasan, maka
semakin besar pula luasan area yang terkena dari pengaruh pengelasan resistance
spot welding :
Gambar 4.1 Hasil visual penampang melintang pada 3 bahan material pengelasan
4.1.1. Analisa hasil percobaan dengan variasi waktu pengelasan = 1 detik
Hasil pengelasan pada plat 1 menggunakan variasi waktu pengelasan yaitu 1
detik, dengan I = 4000 A dengan penampang melintang maka dapat di ukur luasan
area yang terkena pengelasan resistance spot welding, dimana didapat data
pengukuran luasan area yang terkena pengelasan sesuai gambar di bawah ini :
26
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
(a). (b).
Gambar 4.2 Visual hasil pengelasan pada plat 1 secara penampang melintang
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran luasan area secara penampang
melintang, daerah yang terkena pengelasan yaitu :
Diameter area yang terkena pengelasan = 3 mm sesuai gambar 4.2 (a).
Tinggi area yang terkena pengelasan = 2 mm sesuai gambar 4.2 (b).
Setelah dilakukan proses pemotongan bidang yang terkena pengelasan, maka
dilakukan proses Etsa makro. Berikut hasil gambar visual dari proses etsa makro :
Gambar 4.3 Visual hasil pengelasan pada plat 1 setelah proses etsa makro
27
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran marfologi logam las berupa
batas daerah dari logam induk, HAZ, logam las, yaitu :
Diameter nugget (logam las) : 3 mm
Tinggi nugget : 1 mm
Lebar HAZ (Heat affected zone) : 1 mm (sisi kanan dan sisi kiri)
4.1.2. Analisa hasil percobaan dengan variasi waktu pengelasan = 2 detik
Hasil pengelasan pada plat 2 menggunakan variasi waktu pengelasan yaitu
2 detik, dengan I = 4000 A dengan penampang melintang maka dapat di ukur
luasan area yang terkena pengelasan resistance spot welding, dimana didapat data
pengukuran luasan area yang terkena pengelasan sesuai gambar di bawah ini :
(a). (b).
Gambar 4.4 Visual hasil pengelasan pada plat 2 secara penampang melintang
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran luasan area secara penampang
melintang, daerah yang terkena pengelasan yaitu :
Diameter area yang terkena pengelasan = 4 mm sesuai gambar 4.4 (a).
Tinggi area yang terkena pengelasan = 3 mm sesuai gambar 4.4 (b).
28
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Setelah dilakukan proses pemotongan bidang yang terkena pengelasan, maka
dilakukan proses Etsa makro. Berikut hasil gambar visual dari proses etsa makro :
Gambar 4.5 Visual hasil pengelasan pada plat 2 setelah proses etsa makro
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran marfologi logam las berupa
batas daerah dari logam induk, HAZ, logam las, yaitu :
Diameter nugget (logam las) : 2,5 mm
Tinggi nugget : 2 mm
Lebar HAZ (Heat affected zone) : 1,25 mm (sisi kanan dan sisi kiri)
4.1.3. Analisa hasil percobaan dengan variasi waktu pengelasan = 3 detik
Hasil pengelasan pada plat 3 menggunakan variasi waktu pengelasan yaitu 3
detik, dengan I = 4000 A dengan penampang melintang maka dapat di ukur luasan
area yang terkena pengelasan resistance spot welding, dimana didapat data
pengukuran luasan area yang terkena pengelasan sesuai gambar di bawah ini :
29
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
(a). (b).
Gambar 4.6 Visual hasil pengelasan pada plat 3 secara penampang melintang
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran luasan area secara penampang
melintang, daerah yang terkena pengelasan yaitu :
Diameter area yang terkena pengelasan = 5 mm sesuai gambar 4.6 (a).
Tinggi area yang terkena pengelasan = 4 mm sesuai gambar 4.6 (b).
Setelah dilakukan proses pemotongan bidang yang terkena pengelasan, maka
dilakukan proses Etsa makro. Berikut hasil gambar visual dari proses etsa makro :
Gambar 4.7 Visual hasil pengelasan pada plat 3 setelah proses etsa makro
Dari gambar diatas didapat, data pengukuran marfologi logam las berupa
batas daerah dari logam induk, HAZ, logam las, yaitu :
30
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
Diameter nugget (logam las) : 2 mm
Tinggi nugget : 1,5 mm
Lebar HAZ (Heat affected zone) : 1,5 mm (sisi kanan dan sisi kiri)
4.1.4 Analisa waktu pengelasan fungsi Nugget
Dari ketiga (3) visual hasil pengelasan dengan perbedaan waktu pengelasan
yaitu (1, 2, 3) detik, dengan dilakukan pengukuran diameter nugget, tinggi nuget,
daerah heat affected zone (HAZ), dapat disimpulkan fungsi nugget terhadap
waktu pengelasan sesuai gambar grafik dibawah ini :
Gambar 4.8 Grafik variasi waktu pengelasan = f(nugget)
Dari data grafik diatas berdasarkan pengamatan yaitu : waktu pengelasan
semakin besar, maka diameter nugget semakin rendah, sehingga berbanding
terbalik antara waktu pengelasan dengan diameter nugget. Waktu pengelasan juga
faktor dari tinggi nugget, akan tetapi kenaikan atau penurunan tinggi nugget tidak
dapat diprediksi yang berbanding dengan waktu pengelasan.
31
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
4.1.5 Analisa waktu pengelasan fungsi heat affected zone (HAZ)
Sedangkan dapat dilihat juga pada gambar di bawah grafik waktu pengelasan
fungsi dari lebar heat affected zone (HAZ) :
Gambar 4.9 Grafik variasi waktu pengelasan = f(lebar HAZ)
Pada grafik diatas memperlihatkan bahwa waktu pengelasan merupakan
faktor pada lebar HAZ, dimana Waktu pengelasan semakin tinggi maka semakin
besar lebar HAZ (mm), dan sebaliknya. Sehingga waktu pengelasan berbanding
lurus dengan lebar HAZ (mm).
4.1.6 Analisa perhitungan Heat Input
Heat input yaitu suatu besaran energi yang digunakan untuk mencairkan
bahan logam sesaat atau mencairkan bahan logam agar dapat bisa menyambung
dengan bahan logam lain. Dimana rumus dari heat input untuk pengelasan
resistance spot welding yaitu :
32
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
H=I 2 . R . t
Keterangan :
H = Heat input (Joule)
I = Arus (Ampere)
R = hambatan (ohm)
t = waktu pada saat arus mengalir (detik)
Berikut perhitungan heat input untuk ketiga (3) plat di bawah ini :
1. Plat 1 dengan variasi waktu pengelasan (t) = 1 detik, I = 4000 A,
R = 0,0001Ω
H=I 2 . R . t
H=40002 A .0,0001 Ω . 1 s=1600 Joule
2. Plat 2 dengan variasi waktu pengelasan (t) = 2 detik, I = 4000 A,
R = 0,0001Ω
H=I 2 . R . t
H=40002 A .0,0001 Ω . 2 s=3200 Joule
3. Plat 3 dengan variasi waktu pengelasan (t) = 3 detik, I = 4000 A,
R = 0,0001Ω
H=I 2 . R . t
H=40002 A .0,0001 Ω . 1 s=4800 Joule
33
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
1 2 31000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Grafik waktu pengelasan = f (Heat input)
Heat input
Waktu pengelasan spot welding (detik)
Heat Input (joule)
Gambar 4.10 Grafik variasi waktu pengelasan = f(Heat Input)
Pada grafik diatas terlihat bahwa waktu pengelasan merupakan faktor dari
heat input, semakin tinggi waktu pengelasan maka semakin besar heat input yang
terjadi, dan sebaliknya, sehingga waktu pengelasan berbanding lurus dengan
faktor heat input sesuai dengan rumus :
H=I 2 . R . t
34
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
BAB 5
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari praktikum las resistance spot welding yang telah dilakukan dengan
analisa-analisa yang telah di bahas maka dapat disimpulkan yaitu :
1. Waktu pengelasan merupakan faktor dari diameter dan tinggi nugget,
semakin tinggi waktu pengelasan, maka semakin rendah diameter nugget.
Sebaliknya di dalam teori menjelaskan bahwa semakin besar waktu
pengelasan, arus pengelasan, seharusnya diameter nugget juga semakin
besar pula, ini dikarenakan proses pemotongan spesimen untuk dilakukan
etsa makro tidak tepat pada posisi tengah dari luasan area yang terkena
pengelasan.
2. Waktu pengelasan juga faktor dari tinggi nugget, akan tetapi kenaikan atau
penurunan tinggi nugget tidak dapat diprediksi yang berbanding dengan
waktu pengelasan. Sebaliknya di dalam teori menjelaskan bahwa semakin
besar waktu pengelasan, arus pengelasan, seharusnya tinggi nugget juga
semakin besar pula mengikuti diameter nugget yang semakin besar pula
dikarenakan heat input yang diberikan semakin besar pula, sehingga energi
yang diberikan untuk pengelasan semakin besar, sesuai dengan gambar 4.1
hasil visual penampang melintang pada 3 bahan material pengelasan.
35
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
3. Waktu pengelasan berpengaruh pada heat input, semakin tinggi waktu
pengelasan semakin besar heat input, dan sebaliknya sehingga berbanding
lurus antara waktu pengelasan dengan heat input.
4. Waktu pengelasan berpengaruh pada lebar HAZ, semakin tinggi waktu
pengelasan semakin besar lebar HAZ (mm), dan sebaliknya. Sehingga
waktu pengelasan (detik) berbanding lurus dengan lebar HAZ (mm).
5.2 Saran
1. Proses pemotongan material spesimen yang telah di lakukan pengelasan
menggunakan resistance spot welding sebiknya harus sangat hati-hati dan
posisi pemotongannya diharapkan ¼ dari luasan area yang terkena
pengelasan, ini dikarenakan luasan area pada sisi tengah jangan sampai
terpotong untuk melihat batas daerah luasan dari heat affected zone
(HAZ), logam las (weld metal), logam induk (base metal).
36
Jurusan Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Laporan Praktikum Las “Pengaruh variasi waktu pengelasanResistance Spot Welding dengan metode shunting terhadap
marfologi Logam Las”
DAFTAR PUSTAKA
1. Khan, Md ibrahim. 2007. Welding science and technology. Prof. And
head mechanical engineering department faculty of engineering
Integral University Lucknow. New age publisher.
2. http://www.koyogiken.co.jp/english/spot/spot_5.html
3. www.millerwelds.com (handbook for resistance spot welding,
resistance.pdf)
37