5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Kajian Pustaka

Pada penulisan skripsi ini dilakukan studi literatur dari penelitian-

penelitian yang sebelumnya sudah dilakukan sebagai bahan perbandingan

berupa kelebihan dan kekurangan yang sudah dilakukan. Informasi untuk

mendapatkan landasan teori ilmiah yang berkaitan dengan juduk yang

digunakan diperoleh melalui buku-buku, jurnal maupun skripsi.

Tabel 2. 1 Rangkuman kajian pustaka [3],[4] ,[5].

Kajian

pustaka

Penelitian I

A. S. Baskoro,

2010

Penelitian II

Liu. Zuming, 2018

Penelitian III

Liu. Zuming, 2020

Judul Improving weld

penetration by

employing of

magnetic poles’

configurations to

an autogenous

tungsten inert gas

(TIG) welding

Pengaruh variasi

kecepatan dan kuat

arus terhadap

kekerasan,

tegangan tarik,

struktur mikro baja

karbon rendah

dengan elektroda

E6013.

Influence of cusp

magnetic field

configuration on K-

TIG welding arc

penetration

behavior

Tujuan Mengetahui

pengaruh medan

magnet luar

terhadap bentuk

busur dan

menemukan

konfigurasi yang

Menganalisis

pengaruh kecepatan

dan besar arus

terhadap nilai

kekerasan , uji tarik

serta struktur mikro

Mengetahui efek

peningkatan medan

magnet puncak

terhadap

kemampuan

penetrasi busur K-

TIG.

6

dapat mengurangi

konsumsi daya

dan meningkatkan

penetrasi.

pada hasil

pengelasan.

Hasil

penelitian

• Susunan PP

menghasilkan

medan magnet

yang lebih kuat

dibandingkan

dengan susunan

PR.

• Lendutan

minimum dari

garis las adalah

PR-NNSS-SD

dengan jarak

antar magnet 90

mm.

• Pada jarak 90

dan konfigurasi

PP- NNSS

mempunyai

hasil yang

paling efisien

• Seiring

bertambahnya

kecepatan dan

besar arus akan

meningkatkan

sifat mekanik dari

logam las.

Dimana semakin

cepat kecepatan

lasa akan

meningkatkan

nilai kekerasan

• Setelah

menggunakan

CMF ke dalam K-

TIG, busur las

dibatasi, dan area

zona leleh lebih

kecil daripada

tanpa CMF. Bila

arah medan

magnet tegak

lurus maka efek

kendala lebih baik

dari pada arah

medan magnet

sejajar.

• Dengan CMF

tegak lurus

dengan sudut

tiang yang lebih

kecil, peleburan

ukuran zona

berkurang,

kedalaman leleh

dan tegangan

busur meningkat,

7

sudut kutub

adalah faktor

konfigurasi CMF

kritis untuk

mengontrol

kemampuan

penetrasi K-TIG

2.2. Tungsten Inert Gas (TIG)

Pengelasan digunakan untuk menyambungkan beberapa material logam

dengan menggunakan atau tanpa proses pengerjaan panas, tekanan , dan material

filler. Pengelasan tungsten inert gas (TIG) sendiri merupakan salah satu

pengelasan dimana proses dalam pengelasan ini menggunakan elektroda tidak

terkonsumsi yang sudah dilapisi gas pelindung yang berfungsi untuk mencegah

terjadinya kontaminasi udara. Pengelasan TIG bisasa digunakan untuk

penyambungan material ataupun paduan logam saat ini, itu dikarenakan

pengelasan TIG mempunyai keunggulan kualitas natural seperti kualitas las yang

tinggi, distorsi yang rendah, zona HAZ yang kecil, dan tidak meninggalkan slag

dan splatter [6].

Gambar 2. 1 Pengelasan TIG

8

2.2.1. Prinsip kerja las Tungsten inert gas (TIG)

Proses pengelasan pada pengelasan TIG menggunakan elektroda

terkonsumsi (non consumable electrode), elekroda ini akan

menghasilkan busur nyala listri.untuk mengisi kampuh pada bahan

induk dilakukan oenambahan berupa batang las atau rod yang

dicairkan oleh busur nyala. Gas pelindung berguna untuk mencegah

adanya oksidasi pada material . gas yang biasa digunakan adalah argon

dan helium atau campuran keduanya. Gambar 2.2 menunjukan skema

proses pengelasan TIG.

Gambar 2. 2 Skema Pengelasan

2.2.2. Komponen utama las TIG

Pada proses pengelasan TIG ada beberapa komponen las yang

digunakan antara lain adalah sebagai berikut :

1. Torch

Torch memiliki tiga bagian utama diantaranya adalah elektroda

tidak terkonsumsi, collet dan nozzel. Collet digunakan untuk

menahan elektroda tungsten dengan diameter yang disesuaikan.

Nozel membantu membentuk busur las dengan menggunakan

elektroda. Housing dari pegangan torch bisanya terbuat dari

plastik dan mempunyai sudut elektroda dengan pegangan sebesar

120° [7].

9

2. Gas shielding

Pada pengelasan TIG terdapat gas pelindung (shielding

gas) yang berfungsi untuk mencegah kontaminasi udara berupa

terjadinya oksidasi udara luar terhadap cairan yang akan

mengakibatkan perpaduan antara bahan tambahan dengan cairan

bahan yang akan disambung kurang optimal. Pada penggunaan

gas pelindung diperlukan penyesuaian jumlah aliran gas

pelindung. Pada penyetelannya kebutuhan gas pelindung

dipengaruhi oleh ketebalan benda kerja, jenis gas, posisi las, luas

kawah las, luas daerah panas, serta kecepatan pengelasan [8]

Gas argon (Ar) biasa digunakan untuk mencegah

kontaminasi udara pada pengelasan tungsten inert gas (TIG). Gas

ini sering digunakan dikarenakan mempunyai beberapa

keunggulan dibandingkan dengan gas pelindung lain diantaranya

cocok digunakan pada pengelasan berbagai jenis logam, harga

yang terjangkau [9]. Gas pelindung lain untuk pengelasan khusus

dapat menggunakan helium (He) atau campuran Argon – Helium.

Tabel 2.2 menunjukan spesifikasi gas pelindung yang digunakan

dalam proses pengelasan.

Tabel 2. 2 spesifikasi gas pelindung [9]

Simbol Ar

Titik didih -185,9 °C

Berat jenis 1.4

Berat molekul 40

Suhu kritis -122,4 °C

Berat jenis gas 1,78 Kg/m3

Berat jenis cairan 1393 Kg/m3

Titik api Tidak terbakar

3. Elektroda

Pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas )dibutuhkan nyala busur api

elektroda tidak terkonsumsi (non consumable electrode ) yang

10

digunakan untuk meleburkan benda yang akan disambungkan

menjadi satu kesatuan sambungan. Dalam penggunaannya

terdapat klasifikasi tipe elektroda yang biasa digunakan didalam

elektroda [10]. Tabel 2.3 menunjukan klasifikasi elektroda yang

biasa digunakan pada proses pengelasan

Tabel 2. 3 Klasifikasi elektroda tungsten [10]

Klasifikasi AWS Elemen paduan Klasifikasi

warna

EWP Tungsten murni Hijau

EWTH – 1 0,8 ÷ 1,2 % Thorium Kuning

EWTH – 2 1,7 ÷ 2,2 % Thorium Merah

EWTH – 3 0,35 ÷ 0,55 % Thorium Biru

EWZR - 1 0,15 ÷ 0,4 Zirconium Coklat

EWCe -2 1,8 ÷ 2,2 % Cerium Orange

EWLa -1 ± 1,0 5 Lanthanum hitam

EWG Tidak di spesifikasikan Abu-abu

2.3. Baja

Baja sendiri merupakan paduaan besi – karbon yang yang mempunyai

unsur paduan lain yang mempunyai kosentrasi yang cukup besar pada paduan.

Banyak paduan yang mempunyai komposisi serta perlakuan panas yang

berbeda. Sifat mekanik baja memiliki sifat sensitive terhadap kandungan

karbon, yang biasanya normalnya kandungan tidak lebih dari 1,0 wt %. Baja

karbon biasanya hanya mengandung konsentrasi sisa dari paduan selain

karbon dan sedikit mangan. Sedangkan untuk baja paduan mempunyai banyak

unsur paduan yang sengaja ditambahkan dalam konsentrasi tertentu [11].

2.3.1. Baja paduan

Baja paduan merupakan padatan atau cairan yang terbentuk

dari komposisi dua atau lebih unsur. Semua unsur kimia dapat

digunakan untuk paduan, tetapi yang sering digunakan dalam

konsentrasi tinggi adalah logam. Pencampuran pada keadaan cair biasa

dilakukan pada kombinasi baja paduan, dimana logam induk atau

11

pelarut dalam konsentrasi besar dileburkan terlebih dahulu ke dalam

wadah dan ditambahkan paduan solid yang sudah ditentukan

konsentrasinya [12]. Unsur kimia seperti Mn, Ni, Mo, Al, Nb, Zr, Cr,

Si, W, Ti Dan C merupakan unsur kimia yang paling sering digunakan

untuk baja paduan. Tujuan dari penambahan unsur paduan ini antara

lain [13] :

a. Menaikan sifat mekanik dari baja itu sendiri berupa keuletan ,

kekerasan, kekuatan Tarik dan lain-lain)

b. Menaikan meningkatka sifat mekanik dari baja pada temperature

rendah.

c. Unruk menaikan daya tahan baja terhadap reaksi kimia contohnya

oksidasi dan reduksi.

d. Untuk menciptakan sifat – sifat spsial dari baja.

2.3.2. Klasifikasi baja karbon

a. Low carbon steel

Low carbon steel mempunyai kadar karbon dengan range

0,2 %, baja dengan kandungan karbo rendah ini sering digunakan

pada pengunaan baja kontruksi , mur baut, plat, perpipaan , rangka

kendaraan, dan masih banyak lagi. Karena kandungan karbon pada

baja ini rendah membuatnya mudah dibentuk dan dimachinig [14].

Baja karbon rendah pada umunya todak responsif pada perlakuan

panas untuk membetuk mertensit. Penguatan pada baja ini

dilakukan dengan cara pengerjaan dingin. Mikrostruktur

mempunya unsur utama berupa ferit dan perlit sehingga

mengakibatkan paduan ini menympunyai sifat keuletan dan

ketangguhan yang baik akan tetapi mempunyai kekerasan dan

kekuatan yang rendah. Baja ini sangat cocok untuk digunakan

pengerjaan machining, mudah dilas , dan salah satu baja dengan

12

produksi paling murah.[11]. Tabel 2.4 menunjukan sifat mekanik

logam hot rolled pada baja karbon rendah.

Tabel 2. 4 Mechanical charecteristics of hot rolled for low carbon

steel [11]

ASTM

number

Tensile

strength (mpa)

Yield strength

(mpa)

Ductility (EL in

50 mm)

1010 325 180 28

1020 380 210 25

A36 400 220 23

A156

grade 70 485 260 21

b. Medium carbon steel

Medium carbon steel mempunyai kadar karbon dengan

range 0,25%-0,55%. Fungsi dari baja ini hampir sama dengan low

carbon steel hanya saja sifat mekanik yang dimiliki pada baja ini

lebih kerras dan kuat dan dapat dikeraskan. Baja ini banyak

diaplikasikan pada kontruksi pada permesinan, poros, roda gigi dan

lain-lain [14]. Paduan ini bisa dipanaskan dengan austenitisasi,

quenching, serta tempering yang berguna untuk meningkatkan sifat

mekaniknya. Baja karbon medium biasanya mempunyai

kemampuan pengerasan yang relaif rendah. Panambahan paduan

Cr, Ni, Mo dapat meningkatkan kapasitas dari paduan ini untuk

diberi perlakuan panas [11].

c. High carbon steel

High carbon steel biasanya mempunyai kandungan paling

tinggi dengan komposisi karbon > 0,55%. Baja karbon tinggi ini

mempunyai sifat mekanik yang lebih kuat dan keras akan tetapi

ketangguhan dan keulatan baja ini relatif rendah. Penggunaan baja

ini biasa diaplikasikan pada bidang perkakas karena sifat mekanik

dari baja ini yang membuatnya memiliki sifat tahan aus, misalnya

hammer, matabor, dan lain-lain [14].

13

2.3.3. Diagram fasa Fe-Fe3C

Diagram fasa Fe-Fe3C adalah diagram fasa -fasa yang terbentuk

pada kandungan karbon yang dimiliki dan temperatur tertentu.diagram

fasa bisasa digunakan untuk memperkirakan fasa yang akan terbentuk

pada kecepatan pendinginan yang relatif rendah [11]. Dengan

menggunakan diagram fasa sifat mekanik dapat di perkirakan melalui

fasa yang terbentuk pada struktur mikro. Gambar 2.3 menunjukan

diagaram fasa yang digunakan untuk menganalisis fasa-fasa yang

terbentuk pada struktur mikro.

Gambar 2. 3 Diagram fasa Fe-Fe3C

Pada diagram fasa Fe-Fe3C terdapat fasa-fasa yang terbntuk

diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Ferrite

Ferrite alfa terbentuk pada temperatur ruang hingga 912 ºc dengan

kandungan karbon maksimal sebesar 0,022 %

b. Pearlite

14

Pearlite adalah fasa campuran yang terbentuk dari besi ferrite dan

sementit.

c. Asutentite

Austenit tebentuk pada temperatut 727°C hingga 1493 °C dengan

kandungan karbon maksimal 2 %.

d. Ledeburite

Ledeburite merupakan fasa campuran yang terbentuk antara

autentite dan sementite yang terjadi pada temperatur eutektik.

2.3.4. Diagram Continuous Cooling Transformation (CCT)

Diagram CCT (continuous cooling transformation ) adalah

diagram yang digunakan untuk memperkirakan fasa yang terbentuk

pada waktu pendinginan terhadap temperatur . Gambar 2.4 menunjukan

diagram continuous cooling transformation yang biasa digunakan untuk

memperkirakan sifat mekanik yang dimiliki pada fasa yang terbentuk.

Gambar 2. 4 Diagram CCT

15

2.3.5. Baja karbon rendah SS400

Baja SS400 biasanya mempunyai komposisi kandungan

karbon kurang dari 0,3%.Komposisi dari baja ss 400 terdiri dari

carbon, sulfur , manganase, silikon , dan pospor. Baja SS400

merupakan baja yang biasa digunakan untuk pengaplikasian struktur

kontruksi umum contohnya pada kontruksi pada lambung kapal, oil

tank, pelat kapal [15]. Tabel 2.5 menunjukan mekanikal propertis dari

baja SS400

Tabel 2. 5 Mekanikal Propertis SS400 [16]

Grade Yield strength (Mpa) Tensile

strength

Elongation min %

Thickness (mm) Thickness (mm)

≤16

>

16

≤

40

> 40

≤100 >100

<5 5-

16

16-

50

>40

SS400 245 235 215 205 400 - 510 21 17 21 23

2.4. Metalurgi pengelasan

Pengelasan bisasa ditemukan pada proses penggambungan dua logam

dengan cara meleburkan logam dengan meleburkan dengan temperatur tinggi.

Pada pengelasan logam sering terjadi perubahan metalurgi. Hal ini

berpengaruh terhadap hasil lasan dimana metalurgi dalam pengelasan

mempunyai keterkaitan terhadap ketangguhan, retak lasan, cacat lasan dan lain

sebagainya [17].

2.4.1. Siklus termal daerah lasan

Siklus termal pada proses pengelasan merupakan proses

perubahan temperatur yang terjadi pada daerah pengelasan yang

diakibatkan oleh adanya pemanasan dan pendinginan pada material.

Dalam proses pengelasan daerah lasan mempunyai 3 area yaitu logam

lasan (weld metal), zona terpengaruh lasan (heat affected zone), dan

logam induk (base metal). Logam las adalah area yang mengalami

peleburan dan pembekuan pada saat proses pengelasan. Heat affected

16

zone (HAZ) adalah area yang berdekatan dengan logam las dimana pada

saat proses pengelasan mengalami proses siklus thermal pemanasan dan

pendinginan cepat. Sedangkan pada base metal energi masukan panas

sangat sedikit dibandingkan dengan area lainnya. Proses cepat atau

tidaknya pendinginan yang terjadi dapat mempengaruhi hasil lasan dan

berpengaruh terhadap sifat mekanik dari logam iru sendiri. Proses

pendingin yang terjadi dalam pengelasan logam menyerupai pengecoran

pada logam hanya saja pada pendinginan pada pengelasan mempunyai

laju yang lebih tinggi khususnya pada daerah HAZ.

2.4.2. Ketangguhan daerah lasan

Salah satu masalah yang sering ditemukan pada baja adalah hasil

lasan yang getas. Ketangguhan logam tergantung pada struktur seperti

cacat lasan dapat mempengaruh nilai ketangguhan pada hasil

sambungan las. Logam las ini pada penerapannya sering kali mengalami

proses melebur dan membeku, sehingga material pada pengelasan

terdapat oksigen dan lain-lain yang terjebak dan bisanya menyebabkan

cacat lasan. Untuk mengetahui ketangguhan material pada hasil lasan

harus memperhatikan pengaruh dari unsur lain pada proses pengelasan

contohnya pengaruh besar arus ataupu kecepatan pengelasan serta

kemungkinan adanya kontaminasi udara pada hasil pengelasan

2.5. Magnet

Fenomena medan magnet sendiri sudah dikenal selama ribuan tahun

dimana material mempunya gaya tarik dan tolak tau pengaruh pada material

lain. Saat ini banyak ditemukan pengaplikasian magnet pada perangkat

teknologi modern contohnya generator, transforator daya listrik, motor listrik,

radio , komputer, produk penghasil suara dan lain sebagainya. Gaya magnet

dihasilkan dengan menggerakan partikel bermuatan listrik [11].

17

Magnet mempunyai beberapa sifat yang dibedakan menjadi dua

kelopmpok yaitu magnet permanen dan magnet sementara. Magnet permanen

merupakan yang memiliki sifat magnetik yang tetap dalam waktu realatif

lama. Sedangkan untuk magnet sementara isa dikatakan kebalikan dari sifat

magnet permanen yaitu sifatnya yang ridak tetap atau sementara [18].

2.6. Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian kekerasan merupakan salah satu dari pegujian destructive

test dimana pengujian ini biasa digunakan untuk mengevaluasi beberapa sifat

mekanik pada bahan. Sebagai contoh untuk memastikan estimasi keasusan,

ketahanan, keuletan , dan tegangan pada material di perlukan pengujian

kekerasan untuk mencari nilai kekerasan pada bahan. Kekerasan sendiri

didefinisikan dengan ketahanan material terhadap indentasi suatu benda

berupa efek yang ditimbulkan oleh objek pada permukaan material [19] .

Metode pada pengujian kekerasan vicker dilakukan dengan

menggunakan identor berlia yang berbentuk limas dan bersudut 136 °. Identor

berlian memberikan beban pada material uji dengan kekuatan antara 1 sampai

dengan 100 kgf. Pembebanan ini dilakukan selama 10 sampai 15 detik.

Identasi diamati dan diukur dengan menggunakan mikroskop dan menghitug

rata-ratanya. Nilai kekerasan vicker adalah hasil pembagian antara beban

(kgf) dengan luas identasi (mm2) [20]. Gambar 2.5 menunjukan identor

berlian dari kekerasan vickers dimana identor ini berbetntuk prisma.

18

Gambar 2. 5 Identor Vickers Hardness Tester

Hv = 2F sin

136

2

d2 …………………………………………...……(1)

Hv = 1,854 F

d2 ………………………………………………..(2)

Dimana :

Hv = vicker hardness

d = rata rata diameter d1 dan d2 (mm)

F = gaya (kgf)

Jika diagonal pada identasi sudah ditentukan, nilai kekerasan

dapat dihitung menggunakan rumus. Untuk penggunaan pengujian

kekerasan vicker digital dilakukan secara otomatis dan melaporkan nilai

hasil pengujian.