studi pengaruh masukan panas pengelasan gtaw …

STUDI PENGARUH MASUKAN PANAS PENGELASAN GTAW TERHADAP BENTUK HASIL LASAN DAN STRUKTUR MIKRO

SS 316L

Muhammad Hibbatullah Al Fajri, Muhammad Anis

Departemen Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

[email protected], [email protected]

Abstrak STUDI PENGARUH MASUKAN PANAS PENGELASAN GTAW TERHADAP BENTUK HASIL LASAN DAN STRUKTUR MIKRO SS 316L. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh masukan panas terhadap bentuk hasil lasan, struktur mikro, dan karaktristik mekanis baja tahan karat austenitik 316L. Pada penelitian ini dilakukan pengelasan metode GTAW dengan logam induk adalah baja tipe 316L ketebalan 8 mm, menghasilkan lasan bead-on-plate. Proses pengelasan tanpa menggunakan logam pengisi, dan menggunakan gas argon sebagai gas pelindung. Pengaturan masukan panas divariasikan dengan mengatur arus, tegangan, dan kecepatan pengelasan. Setelah proses pengelasan dilakukan pengukuran geometri lasan, pengujian metalografi dengan mikroskop optik, dan uji kekerasan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan meningkatnya masukan panas berpengaruh terhadap bentuk hasil las, menghasilkan penetrasi las semakin dalam dan melebar sehingga menaikkan rasio D/W. Daerah HAZ mengalami pertumbuhan butir yang meningkat seiring dengan kenaikan masukan panas. Sampel dengan masukan panas tinggi terjadi penurunan nilai kekerasan pada daerah logam las dan HAZ karena perubahan struktur mikro. Kata kunci : Masukan Panas, Baja Tahan Karat Austenitik 316L, GTAW, Bentuk Hasil Lasan, Struktur Mikro Abstract A Study on Influence of Heat Input on The Weld Shape and The Microstructure of Gas Tungsten Arc Welded 316L Stainless Steel. The purpose of this research is to study of influence on heat input of GTAW process on the weld shape, microstructure, and hardness. This research use GTAW method on SS 316L materials with 8 mm thickness to produce bead-on-plate welded, using no filler metal and argon as shielding gas. Heat input varied by adjusting the current, voltage, and welding speed. After welding process the weld geometry was measured, metallographic examination using optical microscopy, and hardness test. The results shown that with increasing heat input affects to weld shape, produce more width and depth penetration hence increasing D/W ratio. HAZ was found that the extent of grain coarsening in the heat affected zone increased with increase in the heat input. The specimen with the high heat input has decreased hardness in weld metal and HAZ due to change on microstructure. Keywords : Heat input, Austenitic Stainless Steel 316L, GTAW, Weld Shape, Microstructure

Studi pengaruh…, Muhammad Hibbatullah Al Fajri, FT UI, 2013

Pendahuluan Latar Belakang Masalah

Material SS 316L merupakan baja tahan karat yang telah banyak dipergunakan dalam

dunia industri baik dalam perminyakan, distribusi gas maupun dalam manufaktur. Material SS

316L memiliki sifat ketahanan korosi dan sifat mekanis yang baik. Selain itu, SS 316L juga

lebih banyak diminati karena harganya yang lebih murah dibandingkan baja tahan karat

duplex atau superduplex. Baja tahan karat juga harus memiliki sifat mampu las yang baik,

karena pengelasan merupakan proses yang sangat penting dalam manufaktur.

Pada proses pengelasan, panas las mencairkan ujung permukaan logam induk yang

dilas menyatu dengan leburan logam pengisi mengakibatkan adanya perubahan struktur mikro

pada daerah lasan dan sekitarnya serta memberikan dampak perubahan sifat mekanik dan

geometri logam lasan[1]. Faktor yang berpengaruh pada sifat mekanik dari lasan dipengaruhi

oleh komposisi kimia lasan dan struktur mikro yang terbentuk. Struktur mikro dan kekerasan

dari hasil pengelasan pada daerah HAZ sangat tergantung pada laju pendinginan, dimana laju

pendinginan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu tebal pelat, kondisi pengelasan, preheat,

masukan panas dan lingkungan[2].

Masukan panas merupakan satu parameter yang memberikan kontribusi terhadap

distorsi dan tegangan sisa. Semakin banyak pertambahan lapisan las maka distorsi yang

terjadi semakin besar. Pada pelat-pelat tipis seringkali terjadi distorsi yang berdampak pada

perubahan ukuran dimensi yang tidak diinginkan. Tetapi pada pelat-pelat tebal dengan

penampang yang luas, distorsi tidak tampak namun tegangan sisa yang terbentuk sangat besar

jika dilakukan suatu pengukuran. Perubahan bentuk geometri lasan terjadi karena pemanasan

secara lokal dengan sumber panas las dimana distribusi temperatur tidak merata dan berubah,

serta perubahan kecepatan las[3]. Panas las mengakibatkan terjadinya perubahan struktur

mikro pada daerah lasan dan sekitarnya yang juga menyebabkan perubahan sifat mekanik

logam las.

Masukan panas yang berlebih dapat mengurangi kandungan ferit[4]. Masukan panas

yang tinggi akan menyebabkan material berada pada temperatur puncak untuk waktu yang

lama, menyebabkan pertumbuhan butir yang nantinya akan mempengaruhi sifat

mekaniknya[5]. Pada proses pengelasan multipass, HAZ dari siklus pertama dapat dipanasi

oleh pass selanjutnya ke derajat yang besarnya tergantung dari posisi HAZ terhadap sumber

panas. Hal ini berarti tidak semua daerah HAZ terpengaruh oleh siklus kedua. Daerah HAZ

yang terpengaruh siklus kedua akan mengalami perubahan struktur mikro yang signifikan.


Besarnya masukan panas yang berbeda pada proses pengelasan akan menghasilkan

sifat mekanik dan bentuk hasil lasan yang berbeda. Jika masukan panas yang diberikan cukup

tinggi maka laju pendinginan akan semakin lambat. Laju pendinginan yang lambat, terjadi

transformasi ferit-austenit dengan waktu yang cukup. Dengan mengontrol masukan panas,

laju pendinginan yang cukup dapat tercapainya pembentukan austenit yang stabil, namun juga

untuk mencegah terbentuknya presipitasi. Kontrol masukan panas pada proses pengelasan

sangat penting dan perlu pertimbangan untuk menghasilkan struktur mikro dan sifat mekanik

yang baik.

Perumusan Masalah

Salah satu masalah dalam pengelasan terdapat kemungkinan terbentuknya cacat pada

struktur mikro yakni terbentuknya fasa intermetalik dan presipitat krom karbida yang akan

membuat material mengalami kegagalan lebih awal dari waktu yang seharusnya. Pada

material baja tahan karat austenitik, mempunyai koefisien termal yang tinggi dan

konduktivitas termal yang rendah dibandingkan dengan baja karbon, mengakibatkan terjadi

distorsi setelah proses pengelasan. Kualitas dari sambungan las dipengaruhi oleh parameter

input pengelasan. Hasil geometri las seperti penetrasi kedalaman yang dangkal dapat

menyebabkan kegagalan struktur karena penetrasi las menentukan besar tegangan yang

diterima dari sambungan las.

Masukan panas dalam pengelasan GTAW merupakan salah satu faktor terpenting

untuk menghasilkan hasil pengelasan yang baik. Bentuk hasil lasan dapat dikontrol dengan

pengaturan besarnya masukan panas. Pengaturan masukan panas divariasikan dengan

mengatur arus, tegangan, dan kecepatan pengelasan. Penelitian ini dilakukan untuk

mengetahui pengaruh masukan panas terhadap bentuk hasil lasan, struktur mikro, dan

kekerasan pada material SS 316L.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh besarnya masukan panas terhadap bentuk hasil lasan yang diukur

berdasarkan geometri lasan yang terbentuk.

2. Memahami karakteristik struktur mikro yang terbentuk setelah pengelasan pada daerah

logam induk, HAZ, dan logam las.

3. Mengetahui pengaruh masukan panas terhadap karakteristik nilai kekerasan pada daerah

logam induk, HAZ, dan logam las.


Ruang Lingkup Penelitian

Untuk dapat memenuhi tujuan penelitian yang baik maka perlu dilakukan suatu

batasan ruang lingkup penelitian sehingga penelitian menjadi lebih terfokus dan tidak berubah

dari tujuan awal. Material uji SS 316L dengan komposisi kimia dianggap homogen untuk

seluruh spesimen. Pengelasan dengan metode GTAW tanpa menggunakan kawat las dan

penggunaan gas argon sebagai gas pelindung. Pengaruh masukan panas berdasarkan kenaikan

arus dan kenaikan tegangan, serta penurunan kecepatan pengelasan yang dibedakan pada

masing-masing spesimen. Pengujian kekerasan, struktur mikro, dan fasa yang terbentuk

dilakukan pada daerah logam las, HAZ dan di daerah logam induk.

Tinjauan Teorities Baja Tahan Karat Austenitik

Baja tahan karat merupakan baja paduan tinggi dengan unsur paduan utama minimal

16%wt krom dan 10%wt nikel dengan sedikit unsur paduan lain seperti molibdenum dan

mangan. Kadar kromium tersebut merupakan kadar minimum untuk pembentukan permukaan

pasif oksida yang dapat mencegah serangan korosi dan ketahanan oksidasi pada temperatur

tinggi. Salah satu kelompok baja tahan karat yang banyak digunakan adalah baja tahan karat

austenitik.

Baja tahan karat austenitik mempunyai kandungan 16-18%wt unsur krom dan 10-

14%wt unsur nikel[6]. Strukturnya akan tetap austenitik bila unsur nikel dalam logam paduan

diganti oleh mangan, dan juga setelah proses annealing dari suhu tinggi tertentu ke suhu

ruang. Hal ini karena sifat stabilisasi struktur austenitik pada suhu ruang. Jenis baja ini dapat

tetap menjaga sifat austenitiknya pada suhu ruang, memiliki keuletan, dan ketahanan korosi

yang lebih baik daripada baja tipe feritik dan martensitik sehingga pemakaiannnya lebih

banyak pada lingkungan korosi berat. Baja tahan karat austentik umumnya digunakan pada

industri kimia, pharmaceutical, gas, dan offshore untuk berbagai jenis peralatan seperti pipa,

heat exchanger, tanks, roda gigi, pressure vessels, dan valve[7].

Pengelasan GTAW

Pengelasan merupakan ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan

yang dilaksanakan dalam keadaan cair. Dengan kata lain, las adalah sambungan setempat dari

beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas, dengan atau tanpa menggunakan

tekanan, atau hanya tekanan, dengan atau tanpa menggunakan kawat las. Pengelasan yang

dilakukan tanpa menggunakan kawat las yang dikenal dengan autogeneous welding.


Hasil las dikatakan baik apabila lasan yang dihasilkan dapat memberikan kontinuitas

yang lengkap antara bagian yang disambung dengan setiap bagian sambungan sehingga

sambungan dan logam induknya tidak menunjukkan perbedaan yang jelas. Kondisi yang

harus dipenuhi dalam proses pengelasan, yaitu adanya suplai energi, bebas dari kontaminasi

seperti oksida, proteksi terhadap atmosfir, dan metalurgi las yang terkontrol.

Las busur listrik adalah suatu proses pengelasan dimana panas dihasilkan oleh busur

listrik diantara elektroda dengan benda kerja. Keduanya dihubungkan ke suplai dan busur

terbentuk dengan menyentuhkan elektroda ke benda kerja. Waktu elektroda menyentuh benda

kerja, arus singkat terbentuk melalui titik kontak ujung elektroda, listrik mengalir, dan

sewaktu elektroda ditarik dari benda kerja, arus listrik tetap mengalir tetapi dalam bentuk

percikan bunga api. Salah satu proses las busur listrik yang paling umum digunakan adalah

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), sering disebut pula dengan Tungsten Inert Gas (TIG).

GTAW dapat dikerjakan secara manual atau otomatis. Kawat las ditambahkan ke

dalam daerah las dengan cara mengumpankan sebatang kawat polos. Busur listrik dan kawat

las dilindungi dari pengaruh atmosfir oleh gas inert. Gas inert disemburkan dari torch dan

daerah-daerah disekitar elektroda tungsten. Tungsten digunakan dalam keadaan murni atau

paduan sebagai elektroda tak terumpan dalam las GTAW. Arus yang digunakan tergantung

pada jenis elektroda yang digunakan, diameter elektroda, dan polaritas arus. Hasil pengelasan

dengan proses GTAW mempunyai permukaan halus, tanpa slag, dan kandungan hidrogen

yang rendah.

Hal yang harus diperhatikan dalam pengelasan baja tahan karat adalah memberikan

kondisi bebas retak pada lasan dan menjaga lasan pada daerah HAZ agar tetap memiliki sifat

ketahanan korosi sama dengan logam induk. Pengontrolan material kawat las, masukan panas,

permukaan lasan, dan menjaga kandungan delta ferit di struktur mikro lasan dapat

meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Deposit lasan austenitik sering digunakan untuk

menggabungkan berbagai paduan besi. Deposit lasan austenitik memadat sebagai ferit primer,

yang juga dikenal sebagai (δ) delta ferit. Logam lasan baja tahan karat austenitik umumnya

mengandung 2–10% fasa delta ferit, agar terhindar dari masalah retak akibat pembekuan.

Struktur Mikro Logam Baja Tahan Karat

Komposisi logam las ditentukan dalam terminologi Ni ekivalen dan Cr ekivalen dan

hasilnya di plot pada diagram untuk memperkirakan struktur mikro akhir. Baja tahan karat

austenitik secara termomekanik memiliki struktur mikro austenit primer. Transformasi baja

tahan karat austenitik dapat dijelaskan menggunakan diagram pseudo-biner Fe-Cr-Ni[8].


Gambar 1. Diagram pseudo-biner Fe-Cr-Ni

Diagram Schaeffler menunjukkan hubungan kuantitatif antara komposisi dengan

kandungan ferit logam lasan[9]. Komposisi berdasarkan nikel ekuivalen dan krom ekuivalen

yang masing-masing ditentukan oleh unsur penstabil austenit yaitu Ni, C, dan Mn, dan unsur

penstabil ferit yaitu Cr, Si, Mo, dan Nb. Diagram tersebut selanjutnya dimodifikasi De-Long

dengan menambahkan unsur nitrogen yang merupakan unsur penstabil austenite[10].

Penambahan unsur nitrogen memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kandungan ferit

pada logam lasan.

Gambar 2. Diagram Schaeffler (kiri) dan Diagram DeLong (kanan)

Kotecki dan Siewert memodifikasi diagram dengan menambahkan unsur tembaga

yang merupakan unsur penstabil austenit. Hal ini dimaksudkan untuk menyesuaikan

komposisi baja pada kondisi aktual. Diagram ini dikenal dengan diagram WRC-1992[11].


Gambar 3. Diagram WRC-1992

Struktur mikro logam lasan baja tahan karat dapat dikontrol melalui proses pembekuan

dan transformasi dalam keadaan padat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Proses

pembekuan dan transformasi menunjukkan adanya perbedaan morfologi ferit pada logam

lasan seiring dengan peningkatan rasio Crek/Niek[12].

Gambar 4. Skematik solidikasi dan transformasi logam lasan dengan variasi morfologi

ferit pada baja tahan karat

Solidifikasi pada baja tahan karat terdiri dari empat jenis mode yaitu mode feritik (F),

feritik-austenitik (FA), austenitik-feritik (AF), dan austenitik (A)[13]. Mode F, pembekuan fasa

tunggal ferit. Mode FA, fasa ferit sebagai pembekuan primer selanjutnya fasa austenit. Mode

AF, fasa austenit sebagai pembekuan primer selanjutnya fasa ferit. Mode A, pembekuan

hanya fasa tunggal austenit. Rasio Crek/Niek<1,5 termasuk dalam pembekuan mode A, rasio

1,5<Crek/Niek<1,95 termasuk pembekuan mode AF ata FA, dan rasio Crek/Nek>1,95 termasuk

dalam pembekuan mode F[14].


Metodologi Penelitian Persiapan Spesimen

Material uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah material SS 316L berbentuk

plat dengan dimensi panjang 100 mm, lebar 50 mm dan dengan ketebalan 8 mm. Komposisi

kimia material SS 316L ditunjukkan pada Tabel 1[6].

Tabel 1. Komposisi spesimen

Tipe Komposisi %wt

C Mn Si Cr Ni Mo P S

316L 0,03 max 2,0 1,0 16-18 10-14 2,0 0,045 0,03

Proses Pengelasan Proses pengelasan dilakukan sesuai WPS yang sudah tersedia dengan menggunakan

metode pengelasan GTAW. Pengelasan dilakukan tanpa menggunakan kawat las dengan gas

argon sebagai gas pelindung dan polaritas DCEN. Efisiensi pengelasan berkisar 70%[15].

Parameter proses pengelasan ditunjukkan oleh Tabel 2.

Tabel 2. Parameter pengelasan

Arus (A) Volt (V) Speed (mm/s) Masukan Panas (kJ/mm)

60 10 0,86 1,23

0,49 0,34

80 12 1,08 1.67

0,62 0,40

100 14 1,19 1,89

0,82 0,52

120 15 1,37 2,23

0,92 0,57

Karakterisasi dan Pengujian Sampel Pengamatan Bentuk Hasil Lasan

Pengamatan bentuk hasil lasan (weld shape) bertujuan untuk mengetahui penetrasi

setelah pengelasan. Bentuk hasil lasan dapat berupa semakin mendalam atau melebar

bergantung pada besarnya masukan panas saat dilakukan pengelasan. Bentuk hasil lasan

diukur berdasarkan geometri lasan yang diperoleh.

Pengujian Metalografi

Pengujian metalografi dilakukan untuk mengamati hasil lasan secara makro dan

mikro, struktur mikro serta fasa-fasa yang terbentuk. Spesimen untuk uji metalogarafi diambil


pada hasil pengelasan berbentuk plat dengan dimensi spesimen panjang 50 mm, lebar 10 mm

dan ketebalan 8 mm. Kemudian, dilakukan pengamplasan dengan menggunakan kertas

amplas, urutan pengamplasan dilakukan dengan nomor mesh yang rendah ke nomor mesh

yang tinggi. Selanjutnya, dilakukan pemolesan menggunakan mesin poles dengan TiO2 dan

kain beludru/wool. Proses elektro etsa spesimen ke dalam larutan etsa asam oksalat 15 gram +

100 ml aquades dan tegangan 6 volt lalu disiram dengan air yang mengalir dan alkohol,

kemudian dikeringkan dengan menggunakan hair dryer. Pemeriksaan dengan mikroskop

optik untuk pengamatan struktur mikro, ukuran butir, dan fasa yang terbentuk pada daerah

logam lasan (weld metal), heat affected zone (HAZ), dan logam induk (base metal).

Pengujian Kekerasan

Metode pengujian kekerasan mikro digunakan uji kekerasan Vickers, sesuai standard

ASTM E384 dari daerah pengaruh terkena panas hingga di daerah logam induk yang tidak

terpengaruh oleh panas pengelasan. Pembebanan dilakukan dengan menggunakan indentor

intan berbentuk piramid dengan beban sebesar 300 gf, dengan sudut puncak antara dua bidang

yang berhadapan sebesar 135o dan waktu pembebanan indentor dilakukan selama 10 detik.

Hasil Penelitian dan Pembahasan Hasil Bentuk Lasan

Pemberian masukan panas yang berbeda menghasilkan bentuk lasan yang berbeda

pula seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Perbedaan bentuk hasil las (a) HI= 0,34 (b) HI= 0,40 (c) HI= 0,49 (d) HI=

0,52 (e) HI= 0,57 (f) HI= 0,62 (g) HI= 0,82 (h) HI= 0,92 (kJ/mm)


Pada Gambar 5. menunjukkan masukan panas mempengaruhi hasil lasan yang

terbentuk. Pada masukan panas rendah, bentuk las menghasilkan luas area yang lebih kecil

dibanding masukan panas besar. Pada HI= 0,34 kJ/mm dan HI= 0,52 kJ/mm, terjadi

perbedaan bentuk las dimana masukan panas rendah menghasilkan luas area yang lebih kecil.

Pada masukan panas tinggi, HI= 0,92 kJ/mm, bentuk las cenderung lebih dalam dan melebar.

Hal ini disebabkan karena pada masukan panas tinggi, daerah yang terkena pengaruh panas

lebih besar sehingga bentuk las cenderung lebih dalam dan melebar.

Bentuk lasan dengan pemberian masukan panas yang berbeda, dipengaruhi oleh

parameter dari masukan panas yakni penggunaan arus, tegangan, dan kecepatan pengelasan.

Hal ini terlihat pada HI= 0,57 kJ/mm, menghasilkan bentuk lasan yang lebih dalam dan lebar

dibandingkan HI= 0,62 kJ/mm. Perbedaan bentuk lasan dapat terjadi karena penggunaan arus

yang lebih besar dan kecepatan pengelasan rendah. Dengan demikian, pemberian masukan

panas yang berbeda menghasilkan bentuk lasan yang berbeda pula.

Untuk mengetahui perubahan bentuk las yang terbentuk, maka dilakukan pengukuran

terhadap geometri lasan. Geometri lasan dapat diukur berdasarkan dimensi kedalaman (depth)

dan lebar (width) dari bentuk lasan yang diperoleh. Data geomteri hasil lasan yang terbentuk

dari masing-masing sampel dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil pengukuran geometri lasan

Masukan Panas (kJ/mm) Depth (mm) Width (mm) Depth/Width Ratio 0,34 0,40 0,49 0,52 0,57 0,62 0,82 0,92

0,5 0,7 0,7 0,9 1,3 0,8 1,1 1,4

6,0 7,5 7,0 9,5 10,5 8,0 10,0 11,0

0,08 0,09 0,10 0,09 0,12 0,10 0,11 0,13

Dari data tersebut, rasio D/W terkecil dimiliki pada HI=0,34 kJ/mm dan rasio D/W

terbesar dimiliki pada HI=0,92 kJ/mm. Pada masukan panas tinggi menghasilkan rasio D/W

lebih besar dibandingkan masukan panas rendah. Geometri lasan dapat dibuat hubungan rasio

kedalaman berbanding lebar pemukaan las yang dihasilkan terhadap masukan panas, yang

ditunjukkan pada Gambar 6. Rasio D/W merupakan faktor yang menjadi ukuran distribusi

panas ke permukaan logam yang akan dilas berdasarkan geometri las yang terbentuk. Rasio

D/W dapat berpengaruh terhadap kualitas hasil sambungan las.


Gambar 6. Grafik pengaruh masukan panas terhadap rasio D/W

Pada grafik tersebut, ditunjukkan bahwa kenaikan masukan panas menyebabkan rasio

D/W meningkat. Semakin besar masukan panas maka semakin besar pula rasio D/W. Rasio

D/W dapat meningkat karena penetrasi las yang dihasilkan lebih dalam. Hal ini yang

menyebabkan terjadi peningkatan rasio. Semakin tinggi rasio D/W maka penetrasi las

semakin baik, namun bila rasio terlalu besar dapat menimbulkan distrosi dan retak pada

sambungan las[16]. Faktor yang mempengaruhi geometri lasan seperti komposisi logam lasan,

gas pelindung, dan penambahan aktivasi fluks di permukaan lasan[17]. Parameter pengelasan

diperlukan pertimbangan agar menghasilkan rasio D/W yang optimum sehingga kualitas

sambungan las tidak menimbulkan kegagalan pada saat penggunaannya.

Hasil Uji Metalografi

Hasil uji metalografi dengan mikroskop optik dilakukan untuk pengamatan struktur

mikro, ukuran butir, dan fasa yang terbentuk pada logam induk (base metal), heat affected

zone (HAZ), dan logam las (weld metal).

Daerah Logam Induk (Base Metal)

Hasil struktur mikro logam induk yang diperoleh seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Hasil struktur mikro logam induk menggunakan mikroskop optik etsa

secara elektrolitik dengan larutan asam oksalat (perbesaran 500x)


Hasil struktur mikro logam induk seperti pada Gambar 7 terlihat adanya fasa austenit

sebagai fasa yang dominan dan fasa ferit. Fasa austenit ditunjukkan oleh warna putih

sedangkan ferit dalam bentuk delta ferit berupa garis hitam putus-putus. Selain itu, terlihat

pula adanya presipitat berupa bintik hitam yang tersebar pada daerah batas butir atau batas

ferit-austenit. Presipitat tersebut diduga adalah presipitat karbida.

Hasil struktur mikro yang diperoleh di daerah logam induk menunjukkan tetap

berstruktur mikro ferit dan austenit yang terdistribusi secara acak dan tersebar merata.

Struktur mikro logam induk setelah proses pengelasan memiliki struktur mikro yang sama

dengan material sebelum terkena pengaruh pengelasan. Hal ini disebabkan karena temperatur

yang dicapai pada daerah ini terletak jauh dibawah 723°C (garis transformasi), dengan

demikian struktur mikronya tidak berubah dan tetap sama seperti sebelum dilakukan

pengelasan.

Daerah Terkena Pengaruh Panas (HAZ)

Hasil struktur mikro dengan mikroskop optik daerah HAZ ditunjukkan oleh Gambar 8,

perbesaran 200x dan Gambar 9, perbesaran 500x

Gambar 8. Struktur mikro HAZ perbesaran 200x (a) HI= 0,34 (b) HI= 0,40 (c) HI= 0,49

(d) HI= 0,52 (e) HI= 0,62 (f) HI= 0,82 (kJ/mm)


Gambar 9. Struktur mikro HAZ perbesaran 500x (a) HI= 0,57 (b) HI= 0,92 (kJ/mm)

Hasil pengamatan struktur mikro daerah HAZ dengan mikroskop optik, Gambar 8,

terlihat bahwa adanya pertumbuhan butir dengan struktur terdiri dari struktur butir kasar dan

struktur butir halus. Selama proses pengelasan, daerah HAZ mengalami serangkaian siklus

termal yakni pemanasan hingga mencapai suhu tertentu yang kemudian dilanjutkan dengan

pendinginan, sehingga daerah ini merupakan daerah yang paling kritis pada sambungan las.

Panas dari pengelasan merubah ukuran butir pada daerah dekat logam las.

Pengamatan struktur mikro Gambar 8 dengan masukan panas tinggi, HI= 0,82 kJ/mm,

menghasilkan ferit dengan butiran yang relatif lebih kasar bila dibandingkan masukan panas

rendah, HI= 0,34 kJ/mm. Pada penggunaan masukan panas, HI= 0,62 kJ/mm, tampak pula

adanya kombinasi antara butiran ferit kasar dan ferit halus. Hal ini disebabkan karena

perbedaan proses pembekuan dan laju pendinginan yang kurang merata pada bagian tertentu.

Pertumbuhan butir semakin meningkat seiring dengan kenaikan masukan panas.

Pada batas lebur dengan logam las, struktur butir mengalami pertumbuhan yang

berawal dari logam induk menuju pusat inti las. Seiring dengan meningkatnya temperatur

pada logam las, butir tumbuh menuju pusat inti las dengan stuktur mikro memiliki bentuk

struktur berbutir panjang (columnar grains). Pada garis lebur ini hanya sebagian dari logam

induk yang mencair dan diikuti oleh transformasi fasa ferit-austenit selama proses

pembekuan.

Dengan semakin tinggi masukan panas yang dihasilkan maka delta ferit pada daerah

HAZ mengalami penurunan. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 9, terlihat bahwa pada

masukan panas tinggi, HI= 0,92 kJ/mm, delta ferit yang terbentuk lebih sedikit dibandingkan

masukan panas rendah, HI= 0,57 kJ/mm. Struktur mikro yang terjadi pada masukan panas

tinggi di daerah HAZ dengan laju pendinginan lambat maka lebih cenderung terjadi

pembentukan fasa austenit dan pengurangan delta ferit.


Daerah Logam Las (Weld Metal) Hasil pengamatan struktur mikro logam las dengan menggunakan mikroskop optik

perbesaran 500x ditunjukkan oleh Gambar 10.

Gambar 10. Struktur mikro logam las perbesaran 500x (a) HI= 0,52 (b) HI= 0,57 (c)

HI= 0,82 (d) HI= 0,92 (kJ/mm)

Pada logam las terjadi proses pembekuan yang memunculkan struktur butir kasar

berbentuk columnar grain diiringi dengan timbulnya segregasi sebagai akibat adanya laju

pendinginan yang relatif cepat. Struktur mikro yang terbentuk pada sebagian besar sampel di

daerah logam las adalah ferit vermicular atau skeletal dan lathy atau kombinasi keduanya.

Pada masukan panas rendah, HI= 0,52 kJ/mm, menghasilkan delta ferit berbentuk vermicular

atau skeletal terlihat pada Gambar 10. Begitu pula sampel lain yakni HI= 0,57 kJ/mm dengan

HI= 0,82 kJ/mm. Pada masukan panas tinggi yakni HI= 0,92 kJ/mm, menghasilkan delta ferit

berbentuk vermicular dengan struktur butiran kasar dan ditemukan adanya ferit lathy.

Perbedaan yang signikan pada Gambar 10 adalah perbedaan pada ukuran dendrit dan

jarak antar dendrit dengan penggunaan masukan panas yang berbeda, bila dilakukan suatu

pengukuran. Pada masukan panas tinggi, menyebabkan ukuran dendrit membesar dan jarak

antar dendrit bertambah dibandingkan dengan masukan panas rendah, seperti yang terjadi

pada masukan panas HI= 0,52 kJ/mm dengan HI= 0,92 kJ/mm. Hal ini disebabkan karena


pada masukan panas tinggi, butir terpapar dalam proses pemanasan yang cukup lama sehingga

mengakibatkan perubahan ukuran dendrit menjadi lebih besar.

Pada masukan panas tinggi, diikuti oleh laju pendinginan rendah, butir memiliki waktu

yang relatif lama untuk tumbuh membesar sehingga berakibat pada perubahan ukuran dendrit

dan jarak antar dendrit. Sedangkan pada masukan panas rendah, diikuti oleh laju pendinginan

tinggi dengan waktu yang relatif cepat, butir tidak sempat untuk tumbuh sehingga

menghasilkan ukuran dendrit lebih kecil dan jarak antar dendrit menjadi lebih rapat.

Hasil Uji Kekerasan

Hasil pengujian kekerasan dengan menggunakan kekerasan mikro Vickers didapat

setelah melakukan perhitungan kekerasan rata-rata pada daerah logam induk, daerah terkena

pengaruh panas, dan logam las. Hasil pengukuran kekerasan Vickers yang diperoleh

ditunjukkan oleh Tabel 4. Dengan penggunaan masukan panas yang berbeda akan

menghasilkan nilai kekerasan yang berbeda pula.

Tabel 4. Hasil pengukuran kekerasan Vickers

Masukan Panas (kJ/mm) Daerah SS 316L

Logam Induk HAZ Logam Las 0,34 0,40 0,49 0,52 0,57 0,62 0,82 0,92

257 246 241 236 226 218 209 194

243 236 224 213 211 203 199 182

231 226 213 201 198 196 187 174

Nilai kekerasan tertinggi terjadi pada SS 316L di daerah logam induk, HAZ, dan

logam las yang dihasilkan oleh sampel masukan panas rendah, sedangkan kekerasan terendah

dihasilkan oleh sampel masukan panas tinggi. Pengujian kekerasan Vickers pada daerah HAZ

dan logam las pada material uji menunjukkan adanya penurunan kekerasan setelah proses

pengelasan. Hal ini memperlihatkan adanya perbedaan kekerasan benda uji yang mengalami

pengaruh panas dari pengelasan. Hasil uji kekerasan di daerah logam induk lebih keras

dibandingkan dengan daerah HAZ dan logam las. Daerah HAZ menunjukkan nilai kekerasan

lebih besar dibandingkan logam las. Kondisi tersebut disebabkan oleh pengaruh pemanasan

dan laju pendiginan dengan pemberian masukan panas yang berbeda.


Proses pengelasan mengakibatkan ukuran butir menjadi besar pada daerah HAZ dan

logam las. Pada proses pendinginan cepat dengan udara, mengakibatkan terjadi rekristalisasi

dan pertumbuhan butir pada daerah dekat logam las. Semakin menjauh dari logam las maka

pertumbuhan butir berkurang. Pertumbuhan besar butir karena proses pengelasan di masing-

masing daerah adalah sesuai dengan nilai kekerasannya, dimana daerah HAZ dan logam las

dengan hasil pengujian kekerasan mengalami penurunan setelah proses pengelasan.

Gambar 11. Grafik pengaruh masukan panas terhadap kekerasan Vickers

Hubungan masukan panas terhadap kekerasan benda uji ditunjukkan pada Gambar 11.

Dengan meningkatnya penggunaan masukan panas, nilai kekerasan pada masing-masing

daerah mengalami penurunan setelah proses pengelasan. Masukan panas tinggi maka laju

pendinginan semakin rendah. Laju pendinginan rendah mengakibatkan semakin banyak

pembentukan fasa austenit dan lebih sedikit delta ferit yang terbentuk, ditunjukkan pada

Gambar 9. Hal ini disebabkan karena transformasi ferit menjadi austenit dengan memiliki

waktu yang relatif lebih lama sehingga pembentukan austenit lebih banyak. Korelasi

komposisi antara kandungan ferit dengan austenit berhubungan terhadap nilai kekerasan pada

masing-masing daerah pengelasan. Ferit merupakan struktur bcc yang memiliki kekuatan

mekanik lebih baik dibandingkan struktur fcc, dimana semakin banyak ferit mengakibatkan

peningkatan kekerasan benda uji.

Pada masukan panas tinggi, diikuti oleh laju pendinginan rendah, butir memiliki waktu

yang relatif lama untuk tumbuh membesar sehingga berakibat pada perubahan ukuran dendrit

dan jarak antar dendrit. Pada masukan panas rendah menghasilkan ukuran dendrit lebih kecil

dan jarak antar dendrit menjadi lebih rapat. Dengan ukuran dendrit membesar dan jarak antar

dendrit bertambah menyebabkan penurunan kekerasan pada sampel masukan panas tinggi.

160

180

200

220

240

260

280

0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Har

dnes

s Vic

kers

(HV

)

Masukan Panas (kJ/mm)

Base Metal

HAZ

Weld Metal


Selain kekerasan, hal ini dapat berdampak pula terhadap sifat mekanik seperti penurunan

kekuatan tarik dan impak.

Pada pengamatan stuktur mikro HAZ, kekerasan daerah HAZ dapat menurun

disebabkan karena pertumbuhan butir dimana ukuran butir menjadi lebih besar. Pertumbuhan

butir meningkat seiring dengan naiknya masukan panas, Gambar 8. Pada masukan panas

tinggi cenderung memunculkan struktur butir lebih kasar dibandingkan masukan panas rendah

yang menghasilkan struktur butir halus. Struktur butir halus dihasilkan dari laju pendinginan

yang relatif cepat pada masukan panas rendah, dimana struktur butir halus memiliki kekerasan

lebih tinggi dibandingkan struktur butir kasar. Dengan adanya struktur butiran halus di daerah

HAZ, menyebabkan kekerasan HAZ lebih tinggi dibandingkan logam las.

Pada daerah logam las dengan pemberian masukan panas rendah menghasilkan delta

ferit berbentuk vermicular, sedangkan pada masukan panas tinggi menghasilkan delta ferit

berbentuk vermicular dengan struktur butiran lebih kasar dan sebagian adanya ferit berbentuk

lathy, terlihat pada Gambar 10. Perbedaan struktur ferit ini berpengaruh terhadap kekerasan

logam las dengan pemberian masukan panas yang berbeda. Delta ferit berbentuk lathy

memiliki kekerasan lebih rendah dibandingkan delta ferit berbentuk vermicular. Hal ini pula

yang mengakibatkan kekerasan pada sampel dengan masukan panas tinggi mengalami

penurunan setelah proses pengelasan.

Kesimpulan

Berdasarkan data penelitian, pengamatan, dan analisis terhadap data diperoleh dari

pengujian yang dilakukan tentang Pengaruh Masukan Panas Pengelasan GTAW terhadap

Bentuk Hasil Lasan dan Struktur Mikro SS 316L, maka didapatkan kesimpulan sebagai

berikut:

1. Masukan panas memiliki pengaruh terhadap bentuk hasil lasan. Geometri lasan dan

rasio D/W menjadi ukuran terhadap bentuk hasil lasan. Dengan meningkatnya

masukan panas, geometri lasan cenderung lebih dalam dan melebar yang

mengakibatkan naiknya rasio D/W.

2. Semakin besar masukan panas maka pertumbuhan butir akan semakin tinggi pada

daerah HAZ. Pada masukan panas tinggi menghasilkan struktur butir lebih kasar

dibandingkan masukan panas rendah menghasilkan struktur butir halus.

3. Pada daerah logam las menghasilkan struktur ferit vermicular dan lathy atau

kombinasi keduanya. Dengan meningkatnya masukan panas, menyebabkan ukuran


dendrit membesar dan jarak antar dendrit bertambah dibandingkan dengan masukan

panas rendah.

4. Seiring dengan naiknya masukan panas, maka kekerasan akan semakin menurun pada

daerah HAZ maupun inti las. Menurunnya kekerasan daerah HAZ disebabkan karena

pertumbuhan butir, sedangkan menurunnya kekerasan daerah logam las disebabkan

oleh menurunnya delta ferit dan ditemukan delta ferit berbentuk lathy.

Daftar Referensi [1] Huang, H.Y., Shyu, S.W., Tseng, K.H., & Chou, C.P. (2006). Study of the process

parameters on austenitic stainless steel by TIG-flux welding. Journal of Material

Science and Technology 22, 8, 367-374.

[2] Lippold, J.C., Damian, J.K. (2005). Welding metallurgy and weldability of stainless

steel. Wiley-Interscience Publication.

[3] Burgardt, P., & Heiple, C.R. (1986). Interaction between impurities and welding

variables in determining GTA weld shape. Welding Journal 65, 6, 150-155.

[4] Arif, F.S. (2012). Perbedaan karakteristik hasil pengelasan metode GTAW dan

SMAW terhadap baja tahan karat 316L. Tesis, Program Sarjana Universitas Indonesia,

Depok.

[5] Arivazhagan, B., Srinivasan, G., Albert, S.K., & Bhaduri, A.K. (2011). A study on

influence of heat input variation on microstructure of reduced ferritic martensitic steel

weld metal produced by GTAW process. Journal of Fusion Engineering and Design

86, 6, 192-197.

[6] ASM Handbook, Vol. 1. (1993). Properties and selection: Irons, steels and high-

performance alloys. American Society For Metals International.

[7] Welding Handbook, Vol. 4. (1982). Metals and their weldability (7th ed.). American

Welding Society.

[8] Lippold, J.C., & Savage, W.F. (1979). Solidification of austenitic stainless steel

weldments: Part I—A proposed mechanism. Welding Journal 58, 12, 362-374.

[9] Schaeffler, A.L. (1949). Constitution diagram for stainless steel weld metal. Metals

Progress 56, 5, 680-680b.


[10] DeLong, W.T. (1974). Ferrite in austenitic stainless steel weld metal. Welding Journal

53, 7, 273s-286s.

[11] Kotecki, D. J., & Siewert, T.A. (1992). Welding Journal 71, 171s.

[12] Brooks, J.A., & Thompson A.W. (1991). Microstructural development and

solidification cracking susceptibility of austenitic stainless steel welds. Int. Met.

Reviews 36, 29, 16-44. 1991.

[13] Suutala, N. (1982). Solidification studies on austenitic stainless steels. Acta

Universitatis Ouluensis, Series C, Technica No. 23, Metallurgica No. 3.

[14] Erick, T.K. (1984). Steel and Its Heat Treatment (2nd ed.). Butterword and Co.

[15] Kou, S. (2002). Welding Metallurgy (2nd ed.). John Wiley and Sons.

[16] Kuang, H.T., & Chih, Y.H. (2011). Performance of activated TIG process in austenitic

steel welds. Journal of Materials Processing Technology 211, 10, 503-512.

[17] Huang, H.Y. (2009). Effects of shielding gas composition and activating flux on

GTAW weldments. Materials and Design 30, 6, 2404–2409.


studi pengaruh masukan panas pengelasan gtaw …

Documents