737-1173-1-SM

PROS ID ING 2 0 1 2 © HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil

Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Mesin ISBN : 978-979-127255-0-6

TM3 - 1

ANALISA PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP

KEKUATAN SAMBUNGAN LAS BAJA KARBON TINGGI

Ilyas Jamal, Haryadi Adma S.

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245

Abstrak

Baja karbon adalah salah satu jenis meterial teknik yang banyak digunakan dalam Industri

dan Konstruksi Rancang bangun dewasa ini, dikarenakan bahan ini memiliki sifat-sifat yang

baik seperti sifat mekanik, sifat mampulas, mampu dikeraskan dan pengelasan sebagai salah

satu bagian teknik manufaktur banyak digunakan dalam konstruksi rancang bangun untuk

penyambungan dan pemotongan logam dengan menggunakan Energi panas. Energi panas

dalam pengelasan dapat mencipatkan tiga daerah panas yaitu daerah las, daerah pengaruh

panas dan daerah logam Induk (tidak terpengaruh panas las).Pengaruh masukan panas las

mampu mengubah Microsttur bahan yang berdampak terhadap sifat mekanik, hal ini terlihat

pada penelitian dimana kekuatan tarik bajhan sebelum di las adalah σu = 77,7 kg/mm2

dan lokasi putus berda pada tengah spesimen uji, sesudah di las untuk kampun V adalah =

78, kg/mm2 dan kampuh X adalah σu = 80,1 kg/mm2 dengan arus 110 A. dan lokasi putus

keduanya berada di daerah logam Induk (bawah), ini membuktikan kekuatan las lebih besar

dari kekuatan yang dicapai dan pengelasan meningkatkan kekuatan bahan. Keuletan dan

ketangguhan bahan menurn pada kampuh X dari ε = 0,18 dan U = 0,111 kg/mm2 menjadi

ε = 0,17 dan U = 0,111, sedang kampuh V tidak berubah. Perlakuan panas sebagai

sarana mengubah sifat mekanik bahan sesuai batas kemampuannya, mampu mengubah sifat

mekanik bahan yang telah dilas, yaitu untuk Quenching σu = 82 kg/mm2 pada kampuh V

dan σu = 87,5 kg/mm2kampuh X, sedang regangan adalah ε = 0,17 pada kampun dan ε =

0,155 pada X untuk ketangguhan mengalami penurunan, pada proses Normalizing juga

memperlihatkan peningkatan kekuatan V pada kampu X, tetapi lebih rendah dari

peningkatan kekuatan yang dicapai proses Quenching yaitu σu = 78,4 kg/mm2, tetapi pada

kampuh V terjadi penurunan σu = 69,7 kg/mm2 keuletan dan ketangguhan bahan terlihat

menurun pada bahan yang mengalami peningkatan kekuatan dan meningkat pada bahan

yang mengalami penurunan kekuatan.

Kata kunci: baja karbon, perlakuan panas , sambungan las

PENDAHULUAN

Pengelasan merupakan salah satu bagian teknik manufaktur yang banyak digunakan dalam bidang industri dan

rancang bangun kontruksi bangunan dan mesin sebagai sarana penyambungan logam. Lingkup penggunaan

pengelasan ini sangat luas dan universal meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja kendaraan rel, konveyor

sabuk dan lain sebagainya. Hal ini menunjukkan bahwa pengelasan digunakan bukan hanya untuk pembebanan-

pembebanan statis tetapi juga ditujukan untuk pembebanan dinamis, sifat mekanik pengelasan seperti kekuatan,

ketangguhan, kekuatan lelah dan lainnya, diharapkan mampu menerima pembebanan yang ada, agar dalam

penggunaannya tidak mengalami kegagalan dan kegagalan ini adalah akibat terjadinya retak, patah ataupun

patah ulet pada sambungan.

Perlakuan yang diberikan bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik pengelasan. Sebagai dampak pengelasan

akibat faktor termal, elektroda, arus dan lain sebagainya. Salah satu contoh akibat termal, pada pengelasan

terbentuk tiga daerah yaitu daerah logam induk, daerah pengaruh panas dan daerah lasan, dimana ketiga daerah

ini mempunyai perbedaan sifat mekanik dan struktur mikro, dengan perlakuan diharapkan perbedaan dapat

diminimalkan, perlakuan yang diberikan adalah perlakuan panas, perlakuan panas adalah proses pemanasan dan

pendinginan logam untuk mengubah sifat mekanik logam sesuai batas kemampuannya, dan perlakuan panas

mempunyai banyak pilihan seperti mengeraskan (Quenching), melunakkan (Annealing), Menormalkan

(Normalizing) dan lain sebagainya.

Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... . I lyas Jamal, Haryadi Adma S.


ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012

TM3 - 2

Baja Pembentukan baja melalui proses pengecoran, penempaan dan lain-lain. Karbon merupakan salah satu unsur

penting dalam baja, karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Tinggi rendahnya kadar karbon

mempengaruhi tinggi rendahnya suhu kritis (batas zona struktur logam).

i

Bila kadar karbon baja melampaui 0,20%, suhu dimana sifat ferrite mulai terbentuk dan mengendap dari

austenite turun. Baja yang berkarbon 0,80% disebut baja autectoid dan struktur terdiri dari 100% pearlite. Titik

eutectoid adalah suhu terendah dalam logam dimana terjadi perubahan dalam keadaan larut padat dan

merupakan suhu keseimbangan terendah dimana austenite terurai menjadi ferrite dan cementite. Bila kadar

karbon baja lebih besar dari pada eutectoid, perlu diamati garis pada diagram besi-karbida besi. Garis ini

menyatakan suhu dimana karbida besi mulai memisah dari austenite. Karbida besi ini dengan rumus Fe3C

disebut cementite. Cementite sangat keras dan rapuh. Baja yang mengandung kadar karbon kurang dari

eustectoid (0,80%) disebut baja hypoeutectoid dan baja yang mengandung kadar karbon lebih dari eutectoid

disebut baja hypereutectoid (B.H. Amstead, 1991).

Pengelasan

Menurut DIN (deutche Industrie Normen) adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau pun logam

paduan yang terjadi dalam keadaan cair, sedangkan secara umum las adalah proses penggabungan material

secara metalurgi ataupun termis dengan menggunakan energi panas yang berasal dari energi kimia, energi

mekanik atau energi listrik.

Dalam pengelasan dibutuhkan energi panas yang tinggi yang mampu melemahkan elektroda dan bagian logam

yang akan disambung. Hal ini berdampak terbentuknya daerah pengaruh panas pada pengelasan yaitu :

Daerah logam las (weld metal)

Daerah pengaruh panas (HAZ)

Daerah logam induk (base metal)

Pengelasan Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi mengadung banyak karbon dan unsur lain yang dapat memperkeras baja, hal ini

mempengaruhi daerah HAZ pengelasan menjadi mudah keras, dibanding baja karbon rendah, sifat mudah keras

adanya hidrogen difusi selama pengelasan, membuat baja ini sangat peka terhadap retak las karena getas.

Kemungkinan terjadinya retak las pada pengelasan baja karbon tinggi dapat dihindari dengan pemanasan mula

pada suhu yang sangat tergantung pada kadar karbon atau harga ekuivalen karbon yaitu temperatur 260oC

Gambar 1. Diagram Besi-Karbida-Besi

Sumber : B.H. Amstead (1991) Gambar 1. Diagram Besi – Karbida Besi

Sumber : B.H. Amstead (1991)




TM3 - 3

sampai 420oC, untuk baja dengan kadar karbon antara 0,45 sampai 0,80. Selain itu sifat mudah keras atau

pengerasan dari daerah HAZ dapat dikurangi dengan pendinginan lambat.

Hubungan kekerasan maksimum dengan kadar karbon pada daerah HAZ pengelasan baja karbon dapat dilihat

pada gambar berikut :

METODE PENELITIAN

Gambar 2. Hubungan Kekerasan Maksimum dengan kadar karbon

pada daerah HAZ pengelasan baja karbon

Gambar 3. Diagram alur penelitian




TM3 - 4

Bentuk spesimen uji seperti terlihat di bawah ini:

PEMBAHASAN

Pengujian Tarik

Bahan uji yang dilas tanpa perlakuan panas, dengan kampuh V dan Arus 100 Amp kekuatannya hampir sama

dengan bahan yang tidak dilas yaitu u = 77,6 kg/mm2 dan = 0,18 sedang arus 110 Amp dengan kampuh

yang sama yaitu u = 77,6 kg/mm2 dan = 0,18, dan arus 120 Amp dengan kampuh yang sama kekuatannya

sebesar u = 81 kg/mm2 dan = 0,17, hal ini menunjukkkan bahwa pengaruh pengelasan dengan kampuh V

terjadi peningkatan kekuatan pada Arus pengelasan 120 A dimana peningkatan yang dicapai sebesar 0,024 atau

2,4 persen. Ini sangat kecil, dimana pengaruh panas las tidak mengubah mikro struktur yang ada pada baja

karbon tinggi. Dengan kampuh X (Doubel V) pada arus pengelasan 100 Amp, 110 Amp, dan 120 Amp, masing-

masing kekuatannya u = 79,5 kg/mm2 dan = 80,1 dan u = 82, kg/mm2. Hal ini menunjukkan

peningkatan kekuatan dibanding bahan yang tidak dilas, dengan peningatan masing-masing sebesar 0,5 persen,

1,2 persen dan 4,3 persen. Peningkatan kekuatan relative kecil, sama dengan kampuh V, masukan panas las

tidak mengubah banyak mikro struktur bahan.

Pengujian Tumbuk (Impact test) Dari hasil pengujian tumbuk (Impact) untuk specimen normal nilai ketangguhannya 0,111 joule/mm2 , dan

specimen dilas dengan kampuh V dengan arus pengelasan 100 Amp, 110 Amp dan 120 Amp adalah masing-

masing U = 0,119, 0,111 dan 0,102 joule/mm2 , hal ini memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai

ketangguhan bahan sebesar 16,7 persen pada pengelasan arus 100 Amp, sedang pada 120 Amp terjadi

penurunan sebesar 8,8 persen, dan pengelasan 110 Amp tidak ada peningkatan, selanjutnya specimen dilas

dengan kampuh X, peningkatan ketangguhan tidak terjadi untuk arus pengelasan 100 Amp dan untuk arus

pengelasan 110 Amp dan 120 Amp terjadi penurunan mencapai 8,8 persen, hal ini dapat dikatakan peningkatan

ketangguhan untuk specimen dilas kampuh V ketangguhannya lebih tinggi dibanding dilas kampuh X.

Perlakuan panas dengan penidinginan air dari spesimen yang dilas baik kampuh X mauppun V, menunjukkan

penurunan ketangguhan dari spesimen yang hanya dilas dimana untuk kampuh V memcapai U = 0,102

joule/mm2 pada Arus pengelasan 120 Amp dan Kampuh X mencapai U = 0,098 joule/mm2, sedang spesmen

yang hanya dilas tanpa perlakukan panas pada Arus pengelasan yang sama 120 Amp hanya mencapai nilai

ketangguhan yaitu untu spesimen dengan Kampu X mencapai nilai U = 0,102 joule/mm2.

Untuk spesimen yang di normalizing setelah dilas menunjukkan nilai ketangguhan lebih tinggi dari bahan yang

di kuens dengan Air, dan juga menunjukkan peningkatan dari ketangguhan spesimen normal untuk spesimen

dilas dengan Kampuh X. Sedang untuk spesimen dilas Kampuh V ketangguhannya jauh lebih tinggi dari

spesimen kampuh X, dimana ketangguhan mencapai U = 0,145 joule/mm2 untuk 100 A, dan U = 0,139

joule/mm2. Untuk 110 Amp dan U = 0,145 joule/mm2 pada 120 Amp atau peningkatan ketangguhan rata-rata

25,2 persen.

Kekuatan Lelah

Hasil perhitungan kekuatan lelah secara empiris dari pengujian tarik dan pengujian tumbuk. Menunjukkan

peningkatan, dimana spesmen normal di dapat Sg = 35,6 kg/mm2.

Sedang spesimen dilas Kampuh X tertinggi SG = 37,1 kg/mm2, dan dilas Kampuh V tertinggi SG = 36,4

kg/mm2, hal menunjukkan peningkatan kekuatan lelah pada spesimen dilas Kampuh X lebih dari spesimen dilas

Kampuh V.

5 mm

55 mm

5 mm

10 mm

10 mm

600

Gambar 4. Spesimen uji impak




TM3 - 5

Tabel 1. Hubungan Sifat Mekanik Bahan Baja Karbon Tinggi

Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) 𝝈𝑼 (kg/mm2) SG (kg/mm2) Impak (Joule/mm2)

Tanpa Dilas - - 79,1 35,6 0,111

Dilas

V

100 77,61 34,9 0,119

110 78 35,1 0,111

120 81 36,4 0,102

X

100 79,5 35,8 0,111

110 80,1 36,01 1,102

120 82,5 37,1 0,102

Dilas dan

Diquench air

V

100 80,5 36,2 0,111

110 81 36,4 0,102

120 82 36,9 0,102

X

100 83,5 37,6 0,098

110 85,5 38,5 0,098

120 87,5 39,1 0,098

Dilas dan

Dinormalizing

V

100 75,5 34 0,145

110 75,6 34,02 0,139

120 75,8 34,1 0,128

X

100 78,5 35,3 0,119

110 78,2 35,6 0,111

120 82,5 37,1 0,102

Tabel 2. Hasil perhitungan kelelahan pada pengujian impak

Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) 𝑼 (Joule/mm2) KIc (kg/mm2)

Tanpa Dilas - - - -

Dilas

V

100 0.102 32.73

110 0.111 34.14

120 0.119 35.35

X

100 0.111 34.14

110 0.111 34.14

120 0.128 36.7

Dilas dan

Diquench air

V

100 0.128 36.7

110 0.128 36.7

120 0.139 38.2

X

100 0.111 34.14

110 0.128 36.7

120 0.145 39.02

Dilas dan

Dinormalizing

V

100 0.098 32.1

110 0.098 32.1

120 0.098 32.1

X

100 0.111 34.14

110 0.111 34.14

120 0.128 36.7

Tabel 3. Hasil perhitungan pengujian tarik

Jenis Spesimen Kampuh Las Arus (Amp) 𝝈𝒀𝒊𝒆𝒍𝒅 (kg/mm2) 𝝈𝑼 (kg/mm2) 𝝈 𝑷𝒂𝒕𝒂𝒉 kg/mm2) ∈ % q %

Tanpa Dilas - - 36.5 79.6 73.5 0.18 0.4

Dilas

V

100 37.1 77.61 73.39 0.18 0.4

110 37 78 75.03 0.18 0.4

120 37.92 81 75.84 0.17 0.39

X

100 37.5 79.5 75.03 0.18 0.4

110 38.5 80.1 75.84 0.17 0.39

120 38.2 82.1 78.69 0.17 0.39

Dilas dan

Diquench air

V

100 38 80.5 75.84 0.17 0.39

110 38.5 81 75.84 0.17 0.39

120 39 82 76.7 0.17 0.38

X

100 40.6 83.5 77 0.17 0.38

110 41.5 85.5 79.9 0.16 0.34

120 43 87.5 82.4 0.155 0.33

Dilas dan

Dinormalizing

V

100 36.4 75.5 70.1 0.19 0.44

110 37 75.6 69.5 0.19 0.44

120 38 75.8 69.7 0.2 0.46

X

100 37 78.5 74.2 0.18 0.4

110 37.5 78.2 75.8 0.17 0.39

120 38 82.5 78.4 0.17 0.38




TM3 - 6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

NORMAL DILAS

KAMPUH V

DILAS

KAMPUH X

σ U

ltim

ate

(K

g/m

m2

)

Bentuk Kampuh

NORMAL 100 110 120

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

KAMPUH V KAMPUH X

σ U

ltim

ate

Kg

/mm

2)

Bentuk Kampuh

100 110 120

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

NO

RM

AL

DIL

AS

DIL

AS

DA

N D

I

NO

RM

AL

IZIN

G

DIL

AS

DA

N

DIQ

UE

NC

HIN

G

σU

ltim

ate

(K

g/m

m2

)

Arus (Amp)

NORMAL 100 110 120

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Kampuh V Kampuh X

100 110 120

Gambar 6. Grafik nilai kekuatan material yang

dilas dan Normalizing

Gambar 5. Grafik nilai kekuatan material


untuk kampuh V

Gambar 7. Grafik nilai kekuatan material yang

dilas lalu dikuens


yang dilas untuk kampuh V dan X


untuk kampuh X




TM3 - 7

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan Analisa data dalam penelitian ini, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

Peningkatan sifat mekanik yaitu kekuatn tarik terjadi pada bahan yang dilas dengan Kampuh X dan

tertinggi pada pengelasan Arus 120 Ampere yaitu mencapai u =82,5 kg/mm2 atau peningkatan sebesar

4,2 persen dari kekuatan bahan tanpa dilas yaitu u = 79,1 kg/mm2, sedang bahan yang dilas dan

diperlakukan panaskan dengan pendinginan air kekuatannya u =87,5 kg/mm2. merupakan peningkatan

tertinggi yang dicapai terjadi pada kampuh X, arus 120 Amper yaitu 12,8 persen dibanding kekuatan bahan

tanpa perlakukan

Kekuatan tumbuk bahan, peningkatan terjadi pada bahan dilas dengan Kampuh V dan tertinggi pada

pengelasan dengan Arus 100 Ampere, yang mencapai U = 0,119 joule/mm2 atau peningkatan sebesar 7,2

persen dari harga Impak bahan tanpa dilas, sedang bahan dilas dan diperlaku panaskan dan di dinginkan

dengan Air, mencapai nilai ketangguhan terendah pada kampuh X dan Arus pengelasan 120 Ampere yaitu

U = 0,098 joule/mm2 atau penurunan sebesar 11,7 persen dari bahan tanpa perlakuan

Peningkatan kekuatan lelah bahan terjadi pada bahan dilas dan diquench air dengan Kampuh X, dan

tertinggi pada arus pengelasan 120 Ampere yaitu SG = 39,1 kg/mm2 dari hasil uji tarik, sedang dari hasil

uji tumbuk peningkatan kekuatan retak pasa kampuh V dengan arus pengelasan 100 Ampere dan

dinormalizing KIc = 75,0 kg/mm2

Pengaruh Arus pengelasan terhadap peningkatan sifat mekanik baja karbon tinggi adalah makin tinggi Arus

pengelasan, makin besar peningkatan kekuatan dan kegetasan yang terjadi, sebaliknya ketangguhan

menurun.

DAFTAR PUSTAKA

American welding Society, AWS DI.I/DI.IM., 2002, Structural Welding Code-Steel, 18th Edition, Miami,

Florida.

Conveyor Equepment Manufacture Assosiation (CEMA), 1997, Bel Conveyor for Bulk Materials, 5th Edition,

Published by Conveyor Manufactures Assosiation.

Fuch H, O., 1980, Metal Fotique in engineering, John Wiley & Sons, New York.

Shigley, J, E, 2001, Mechanical Engineering Desaign, 6th Edition McGraw-Hill Co, New York.

MSC Nastan for Windows 2003

MCS/Fatique Manual, 2000

Juvinal, R,C. Engineering Consideration of Stress-Strain and Strengt, McGraw-Hill Co, New York.

Wiryosumarto, H, 2004, Teknologi Pengelaan Logam, Pradnya Paramita, Jakarta.

Soni Wahyudi , 2005, Penelitian Kegagalan Lelah Sambungan Las pada Penggerak Conveyor Sabuk, ITB

Bandung.




TM3 - 8

737-1173-1-SM

Documents

Transcript of 737-1173-1-SM