Tegangan Sisa (Residual Stresses)

Kelompok 3

Mekanika Perpatahan dan Analisa Kegagalan

Anggota Kelompok• Ahmad Rizal M• Desiani• Hendri • Jeremia Hakim• Susi M• Tosy Ramandha• Ujang daud Septian

Apa Tegangan sisa itu ?• Tegangan sisa ialah tegangan dari dalam atau

yang terkunci dari dalam pada suatau bagian atau rakitannya. Sistem tegangan dalam hal ini terbebas dari gaya dalam atau perubahan panas.

Kenapa bisa terjadi Tegangan sisa?• Tegangan sisa sebagai akibat dari tegangan

thermal seperti pada pengelasan dan perlakukan panas

• Tegangan sisa yang disebabkan karena transformasi fasa(seperti baja karbon)

• Tegangan sisa karena deformasi plastisyang tidak merata yang disebabkan gaya-gaya mekanis seperti pada pengerjaan dingin selama pengerolan, penempaan, pembentukan logam atau pekerjaan lain yang dilakukan dengan mesin

Sifat-sifat dari tegangan sisa • Tegangan sisa sangat tinggi biasanya terjadi di

daerah las dan daerah HAZ• Teganga sisa maksimum biasanya sampai

tegangan luluh (yield stress)• Pada bahan yang mengalami transformasi fasa

minsalkan baja karbon rendah, tegangan sisa mungkin berfariasi pada permukaan dan bagian dalam dari logam induk

Gambar 1. Contoh pembentukan tegangan sisa pada pengelasan

Tegangan Sisa Pada Pengelasan• Selama pengelasan, logam las dan logam induk

mengalami siklus thermal berupa pemanas dan pendinginan.

• Siklus thermal ini menyebabkan terjadinya tegangan dan regangan yang selanjutnya mengakibatkan adanya tegangan sisa (residual stress)dan distorsi (distorsion).

• Tegangan sisa bisa menyebabkan penggentasan, berkurangnya ketahanan lelah, menurunnya kekuatan las dan ketahanan korosi.

Pengaruh tegangan sisa• Tegangan sisa yang disebabkan oleh proses

pengelasn dapat mempengaruhi sifat-sifat mekanis struktur las seperti patah getas, kelelahan, dan retak karena kombinasi tegangan dan korosi

• Pengaruh tegangan sisa menurun jika tegangan yang bekerja pada bahan meningkat.

• Pengaruh tegangan sisa pada struktur las bias diabaikan jika tegangan yang bekerja pada struktur tersebut melebihi tegangan luluhnya

• Pengaruh tegangan sisa menurun setelah pembenan berulang.

Metode yang dilakukan untuk mengukur tegangan sisa :• 1. Metode pemotongan (Sectioning technique)

Tegangan sisa diukur dengan menggunakan strain gauge yang bekerja berdasarkan perubahan tahanan listrik.

• 2. Metode pengeboran (hole drilling technique)Strain gauge disusun dengan posisi sudut 0o, 45o, dan 900 dan

kemudian dibuat lobang ditengahnya. Adanya regangan saat pengeboran akan terukur oleh strain gauge. Regangan ini berasal dari pembebasan tegangan sisa.

• 3. Metode sinar XPrinsip kerja pengkuran sinar X berdasarkan sifat tegangan sisa

yang dapat mempengaruhi struktur kristal. Jika sinar x mengenai bahan maka sebagian dari sinar tersebut mengalami difraksi dan membentuk pola-pola lingkaran yang bias dilihat pada film

Ada dua metode untuk mengurangi tegangan sisa1. Pengurangan tegangan sisa sebelum dan selama pengelasan• Ketelitian ukuran• Ukuran bagian yang akan dilas teliti sehingga tidak memerlukan

pengerjaan lagi pada proses fabriksi yang berarti mengurangi tegangan sisa

• Alur (groove)• Jika sambungan tumpul (butt joint),lebar alur dibuat sesempit

mungkin untuk mencegah terjadinya masukan panas yang tinggi. Dengan demikian lebar daerah yang terkena panas tidak meluas sehingga mengurangi tegangan sisa

• Las lapis banyak• Jika plat yang dilas cukup tebal, maka pengelasan dilakukan

berulang-ulang.• Urutan pengelasan• Tegangan sisa bias dikurangi dengan memperhatikan urutan

pengelasan yang tepat

2. Pengurangan tegangan sisa setelah pengelasan• Pembebasan tegangan sisa setelah pengelasan biasanya

mengunakan cara annealing . • Disamping mengurangi tegangan sisa, proses annealing

juga memperbaiki struktur micro dan menghindari terjadinya distorsi dan retak. • Proses annealing dilakukan dengan cara memanaskan

bahan pada suhu recristalisasi yaitu 0,5 TM (suhu cair logam).

Tegangan Sisa Pada Perlakuan Panas• Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan

dan pendinginan logam dalam keadaan padat dengan tujuan untuk mengubah sifat-sifat mekanik dan struktur mikro dari logam tersebut.

• Pada perlakuan panas akan terjadi distorsi atau perubahan dimensi yang seharusnya tidak boleh terjadi terutama untuk komponen-komponen permesinan yang mempunyai presisi atau toleransi yang tinggi seperti dies dan roda gigi.

Proses Perlakuan Panas Secara Umum • Melalui perlakuan panas yang tepat, maka

tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butir dapat diperbesar ataupun diperkecil dan ketangguhan dapat ditingkatkan.

• Secara umum perlakuan panas meliputi:• Pemanasan sampai suhu dan kecepatan tertentu.• Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu sehingga

suhu merata.• Pendinginan dengan media pendingin seperti udara, air,

oli dan pendinginan di dalam dapur listrik.

Diagram TTT

Gambar 2. Diagram TTT Untuk Baja Hypoeutectoid

Pada diagram TTT di samping, • garis ordinat menunjukkan

temperatur sedangkan • garis absis menunjukkan

waktu. Melalui diagram TTT ini, kita dapat mengetahui :• kapan transformasi austenit

dimulai serta • waktu yang dibutuhkan untuk

membentuk austenit sempurna. Untuk mencapai martensit, kecepatan turunnya suhu dapat relatif dipercepat dengan menggunakkan media pendingin air. Seiring dengan turunnya suhu, pembentukan mendekati seratus persen martensit.

Proses Pengerasan• Proses pengerasan merupakan proses perlakuan

panas yang diterapkan untuk menghasilkan benda kerja yang keras. Perlakuan panas ini dilakukan dengan memanaskan baja sampai ke temperatur austenisasinya kemudian menahannya pada temperatur tersebut untuk jangka waktu tertentu dan didinginkan dengan laju

• pendinginan yang sangat tinggi atau diquench. Pada proses pengerasan, perlu diperhatikan bahwa benda kerja yang akan dikeraskan harus bebas dari scale (terak), oli dan sebagainya agar kekerasan yang diinginkan dapat dicapai.

penyebab-penyebab distorsi dan keretakan pada proses perlakuan panas antara lain :

• Tegangan sisa akibat machining (proses permesinan) atau pengerjaan dingin logam sebelum perlakuan panas.

• Tegangan termal (thermal stresses) akibat perbedaan laju pemanasan/pendinginan antara permukaan dan bagian dalam dari baja.

• Tegangan akibat transformasi fasa (transformation stresses) pada waktu pendinginan.

Pengaruh Proses Pengerjaan Dingin Pada Logam

• Untuk pengerjaan dingin logam diperlukan tekanan yang lebih besar daripada pengerjaan panas.

• Logam mengalami deformasi tetap bila tegangan melebihi batas elastis.

• Karena tidak mungkin terjadi rekristaliasai selama pengerjan dingin, tidak terjadi pemulihan dari butir yang mengalami distorsi atau perpecahan.

kesimpulan

• Tegangan sisa ialah tegangan dari dalam atau yang terkunci dari dalam pada suatau bagian atau rakitannya. Sistem tegangan dalam hal ini terbebas dari gaya dalam atau perubahan panas.

• Tegangan sisa disebabkan oleh proses pengelasn dapat mempengaruhi sifat-sifat mekanis struktur las seperti patah getas, kelelahan, dan retak karena kombinasi tegangan dan korosi

• Tegangan sisa dapat dihilangkan dengan strees relief aneling.• Runtuhnya Jembatan HISAKI (Hirosima – Nagasaki) di perkirakan

karena akibat adanya bekas peremajaan jembatan yang meliputi perbaikan kecil seperti pengelasan bagian yang keropos di tengah bagian dek jembatan. Hingga menimbulkan tegangan sisa yang terjadi di bagian tersebut dan terjadi pemusatan konsentrasi.

Wassalmualaikum. Wr.wbTerima kasih