4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Material Aluminium

Aluminium adalah logam yang ringan dengan berat jenis 2,7 gram/cm3

setelah magnesium (1,7 gram/cm3) dan berilium (1,85 gram/cm

3) atau sekitar 1/3

dari berat jenis besi maupun tembaga. Konduktifitas listriknya 60% lebih besar

dari tembaga sehingga juga digunakan untuk peralatan listrik. (Irawan, 2013)

Tabel 2.1 Karakteristik Aluminium

Sifat-Sifat Aluminium Murni Tinggi

Struktur kristal FCC

Densitas pada 20°C (sat. 10 kg/m3) 2,698

Titik cair (°C) 660,1

Koefisien mulur panas kawat 20°~100°C (10-6

/K) 23,9

Konduktifitas panas 20°~400°C (W/(m.K)) 238

Tahanan listrik 20°C (10-8

KΩ m) 2,69

Modulus elastisitas (Gpa) 70,5

Modulus kekakuan (Gpa) 26,0

Sumber: Irawan, 2013

Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Fe (Henager, 2007)

5

2.1.1 Aluminium Paduan

Aluminium yang banyak digunakan baik dalam dunia permesinan maupun

sipil adalah aluminium paduan, itu dikarenakan penggunaan aluminium berbeda-

beda sesuai dengan kebutuhan.

Tabel 2.2 Macam-Macam Aluminium dan Paduannya Serta Kode Penamaan

Al paduan

untuk dimesin

Paduan jenis tidak dapat

perlakukan panas

(non-heat-treatable)

Al murni (seri 1000)

Paduan Al-Mn (seri 3000)

Paduan Al-Si (seri 4000)

Paduan Al-Mg (seri 5000)

Paduan jenis dapat perlakuan

panas (heat-treatable)

Paduan Al-Cu (seri 2000)

Paduan Al-Mg-Si (seri 6000)

Paduan Al-Zn (seri 7000)

Al paduan

untuk coran

Non-heat-treatable alloy Paduan Al-Si (Silumin)

Paduan Al-Mg (Hydronarium)

Heat-treatable alloy Paduan Al-Cu (Lautal)

Paduan Al-Si-Mg (Silumin, Lo-ex)

Sumber: Irawan, 2013

Tabel 2.3 Contoh Aluminium dan Paduannya (JIS H4000 ~ H4180)

Sumber: Irawan, 2013

6

2.1.2 Aluminium AA1100

Aluminium paduan 1100 (AA1100) adalah paduan berbasis aluminium yang

merupakan salah satu dari jenis aluminium seri 1000 dengan kadungan aluminium

cukup tinggi yaitu minimum 99,0%. AA1100 juga merupakan jenis aluminium

yang terkuat secara mekanik bila dibandingkan dengan seri 1000

lainnya. AA1100 juga mempunyai kelebihan lain dibandingkan dengan seri

lainnya seperti konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas termal, ketahanan

korosi, dan kemampuan kerja. (Avallone, dkk. 1996)

Gambar 2.2 Sifat Mekanis Aluminium Paduan (Bastian, 2015)

2.2 Pengelasan

Pengelasan adalah proses penyambungan antara dua buah benda berbahan

logam, dengan cara dipanaskan pada sebuah area yang dikehendaki sampai terjadi

ikatan metalurgis antara benda yang akan disambung.

Saat ini pengelasan yang sering dilakukan diantaranya: Pengelasan busur (arc

welding), pengelasan resistansi (resistance spot welding), pengelasan gas (oxyfuel

gas welding), dan lain-lain. (Groover, dkk, 2010)

2.3 Resistance Spot Welding (RSW)

RSW dianggap ditemukan pada tahun 1880 oleh Elihu Thomson pada saat

menemukan prinsip penggabungan logam yang meleleh melalui pemanasan

resistansi. Proses RSW yang digunakan saat ini didasarkan pada prinsip dasar

yang sama. Aplikasi utama RSW adalah di industri otomotif, serta industri lain

seperti di industri kedirgantaraan, peralatan, furnitur, komponen kelistrikan dan

lain-lain.

7

Resistance Spot Welding (RSW) adalah jenis pengelasan resistansi, yang

mempunyai ciri dengan menggabungkan area yang terpisah, sekarang dikenal

sebagai pengelasan titik. Pengelasan resistansi tidak sama seperti pengelasan

busur, karena metode pengelasan ini yaitu menyambungkan logam dimana lembar

kerja disambung dengan menggunakan hambatan listrik dari elektroda. Prinsip

dibalik metode penyambungan adalah melewatkan arus melalui dua atau lebih

lembar kerja karena dijepit bersama oleh pasangan elektroda. (Andersson, 2013)

Saat arus listrik melewati worksheets, resistensi dari rangkaian pada mesin

menimbulkan energi panas. Energi panas (Q) adalah fungsi dari arus (I), resistensi

(R) dan waktu (t), sebagaimana didefinisikan oleh hukum Joule, seperti pada

Persamaan 2.1.

Q=I2Rt ....................................................(2.1)

Dimana :

Q = Panas yang Dihasilkan (Joule)

I = Arus Listrik (Ampere)

R = Hambatan Listrik (Ohm Ω)

t = Time (Second)

Arus yang digunakan pada pengelasan RSW sangat tinggi (sekitar 5000

hingga 20000 A), meskipun tegangannya relatif rendah (sekitar dibawah 10 V).

Pengelasan RSW, membutuhkan waktu untuk arus pendek 0,1-0,4 detik.

(Groover, dkk. 2010)

Gambar 2.3 Skema Spot Welding (Groover, dkk. 2010)

8

Prinsip kerja mesin las spot welding yaitu menekan material dengan beban

yang dikehendaki lalu memberikan panas pada material supaya meningkatkan

temperatur material diatas titik leleh melalui resistansi permukaan antara lembaran

material dan elektroda. Setelah material meleleh arus listrik akan dihentikan,

kemudian temperatur akan menurun dan material yang meleleh akan membentuk

nugget padat yang akan menyambungkan worksheets. Untuk lebih jelasnya akan

diilustrasikan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 (a) Cycle Spot Welding (b) Alur Penekanan Dan Arus Pada Cycle

(Groover, 2010)

2.4 Parameter RSW

Pengelasan RSW mempunyai beberapa parameter yang harus diperhatikan,

pada penelitian ini parameter yang akan diteliti yaitu: load (tekanan dari

elektroda), arus pengelasan, dan welding time. Dari parameter tersebut maka akan

didapatkan output berupa beberapa hasil pengujian dan pengukuran diantaranya:

uji geser, uji metalografi, pengukuran diameter nugget, pengukuran ketebalan

nugget, volume nugget dan pengukuran sudut akibat efek deformasi dan

pengujian.

9

2.4.1 Elektroda

Fungsi yang paling penting dari elektroda adalah untuk meneruskan arus

listrik dan melelehkan lembaran plat bersama-sama. Oleh karena itu,

konduktivitas listrik yang kuat dan tekanan merupakan faktor paling penting

dalam menemukan elektroda yang sesuai.

Material yang terbaik untuk pengelasan spot welding adalah tembaga atau

paduan berbasis tembaga, sebagaimana dijelaskan pada ISO 5182. Bahan

elektroda yang paling umum adalah paduan tembaga, kromium dan zirkonium.

Sementara paduan resistensi yang lebih tinggi terbuat dari nikel dan berilium /

kobalt yang mana dapat digunakan untuk material yang kekuatannya sangat

tinggi, contohnya pada baja tahan karat. (Andersson, 2013)

Elektroda yang digunakan pada pengelasan spot welding ada banyak jenisnya.

Namun jenis elektroda yang sering dipakai adalah jenis truncated cone, ini

dikarenakan elektroda jenis truncated cone lebih simetris dan mudah ditemukan

dipasaran. Setiap kali melakukan pengelasan yang ketebalannya berbeda, maka

dimensi elektroda dan ukuran las diperlukan harus ditentukan sesuai dengan

ketebalan worksheets.

Gambar 2.5 Bentuk Elektroda RSW (Olson, dkk. 1993)

10

2.4.2 Load (Tekanan Elektroda)

Tekanan pada ilmu fisika adalah satuan yang menyatakan gaya per satuan

luas, yang ditulis seperti pada Persamaan 2.2.

P = F / A ...........................................................(2.2)

Dimana :

P = Tekanan dengan satuan pascal (Pressure)

F = Gaya dengan satuan newton (Force)

A = Luas Permukaan dengan satuan m2

(Area)

Sedangkan dalam pengelasan RSW tekanan atau load merupakan beban yang

diberikan kepada benda uji supaya dapat menyambung antara dua material.

Namun, besarnya tekanan yang diberikan harus tersinkronisasi dengan parameter

lainnya agar mendapatkan hasil yang maksimal.

2.4.3 Cycle

Siklus atau cycle adalah semua proses yang berlangsung pada saat pengelasan

RSW. Dimulai saat material yang akan dilas diletakan pada elektroda (start),

kemudian elektroda akan menekan material yang dikenal sebagai waktu

penekanan (squeeze time). Proses selanjutnya adalah waktu pemanasan atau

penegelasan (heat or welding time), diamana arus listrik akan mulai mengalir ke

elektroda dan memberikan efek panas pada material untuk membentuk nugget.

Selanjutnya aliran arus listrik akan dihentikan namun tekanan pada material akan

tetap ada untuk memperkuat nugget. Tahapan yang terakhir yaitu elektroda akan

melepaskan tekanannya, proses ini disebut off time. Kemudian pengelasan yang

baru siap dimulai kembali dari start, seterusnya seperti itu.

Gambar 2.6 Skema Cycle RSW (Anis, 2009)

11

2.4.4 Arus Pengelasan

Arus pengelasan adalah salah satu parameter yang sangat berpengaruh

terhadap hasil pengelasan. Arus pengelasan jika terlalu rendah maka secara

otomatis akan menghasilkan panas yang rendah juga, sehingga pada akhirnya

tidak mampu menyambungkan material karena tidak adanya nugget yang

terbentuk, apabila tersambungpun maka tidak akan mampu menahan beban yang

cukup besar. Apabila arus pengelasan terlalu tinggi akan mengakibatkan

terjadinya overheating (kelebihan panas) yang akan merusak material sehingga

membuat sambungan yang tidak bagus dan dapat mempercepat penuaan pada

elektroda. Menurut Oscar Andersson “Amplitudo pengelasan umumnya saat ini

berada pada kisaran 5 kA – 10 kA tergantung pada ketebalan lembar kerja dan

parameter proses lainnya”. (Andersson, 2013)

2.4.5 Pendinginan (Holding Time)

Holding time adalah sebuah keadaan diamana material sudah tidak diberikan

arus listrik namun masih ditekan oleh elektroda, hal ini berfungsi supaya nugget

bertambah kuat sebelum elektroda dilepaskan. Proses holding time disarankan

jangan terlalu lama, karena dapat membuat hasil pengelasan menjadi rapuh.

(Andersson, 2013)

2.4.6 Temperatur pengelasan

Untuk membuat hasil lasan yang baik, sangat penting jika menjaga

temperatur pada elektroda supaya tetap rendah. Hal ini juga akan membantu

memperpanjang usia elektroda. Jika elektroda cukup dingin, panas akan hilang

secara efektif melalui elektroda karena tingginya konduktivitas tembaga.

Hal penting lainnya yang diamati selama pengelasan adalah ekspansi termal.

Gambar berikut ini menunjukkan koefisien ekspansi termal untuk tembaga, baja

dan aluminium pada temperatur yang berbeda. Angka tersebut menunjukkan

perbedaan drastis antara baja dan aluminium, yang menjelaskan perbedaan

karakteristik dari material selama pengelasan.

12

Gambar 2.7 Koefisien Ekspansi Termal pada Material RSW (Andersson, 2013)

Ekspansi termal juga merupakan alasan mengapa perpindahan panas

elektroda dapat digunakan sebagai parameter untuk pemantauan pengelasan.

Penambahan panas pada nugget akan memperbesar material dan mencoba untuk

mendorong elektroda terlepas, sementara penurunan panas bekerja sebaliknya.

(Andersson, 2013)

2.5 Pengukuran

Pengukuran adalah merupakan proses yang mencakup tiga bagian antara lain:

benda kerja, alat ukur dan orang yang melakukan pengukuran. Pada saat

melakukan proses pengukuran kesalahan akan selalu terjadi, terlepas itu kesalahan

/ penyimpangan yang kecil ataupun yang besar. Kesalahan pada saat melakukan

proses pengukuran disebabkan dari beberapa faktor diantaranya: kondisi alat ukur,

benda yang diukur, metode pengukuran yang dilakukan dan kompetensi orang

yang melakukan proses pengukuran.

Pengukuran sebaiknya tidak dilakukan hanya satu kali, karena apabila kita

melakukan pengukuran melebihi satu kali maka akan mendapatkan hasil yang

berbeda-beda. Oleh karena itu pengukuran yang baik yaitu dengan cara

mengulangnya beberapa kali lalu mencari nilai rata-ratanya. Hal yang harus

diperhatikan pada saat melakukan proses pengukuran adalah ketelitian dan

ketepatan. (Mustaman, 2013)

13

2.5.1 Ketelitian

Ketelitian adalah persesuaian antara hasil pengukuran dengan harga

sebenarnya. Harga sebenarnya, tidak pernah diketahui, akan tetapi pengukuran

dapat diterima ketika hasil pengukuran mendekati harga sebenarnya, inilah

pengukuran yang dianggap benar. Perbedaan harga yang diukur dengan dengan

harga yang dianggap benar dalah sebauh kesalahan dalam pengukuran. Semakin

kecil kesalahan dalam proses pengukuran maka proses pengukuran dikatakan

semakin teliti, begitupun pada kondisi sebaliknya. (Mustaman, 2013)

2.5.2 Ketepatan

Ketepatan merupakan proses pengukuran untuk menunjukkan hasil yang

sama dari pengukuran yang dilakukan berulang-ulang dan identik. Akan tetapi

hasil pengukuran tidak selalu sama, karena pada saat proses pengukuran harga

yang ada merupakan harga yang mendekati rata-ratanya. Semakin dekat harga dari

proses pengukuran terhadap rata-ratanya, maka hasil pengukuran tersebut

memiliki ketepatan yang sangat tinggi. (Mustaman, 2013)

2.6 Pengujian Pengelasan RSW

Pengujian pengelasan RSW bertujuan untuk mengetahui seberapa baik hasil

pengelasan yang telah dilakukan berdasarkan penelitian yang telah dilakukan.

Pengujian tersebut diantaranya: uji geser dan uji metalografi.

2.6.1 Uji Geser

Kekuatan tarik merupakan sifat mekanik logam yang penting terutama untuk

perencanaan kontruksi maupun pengerjaan logam tersebut. Kekuatan suatu bahan

diketahui dengan menguji tarik atau pengujian geser pada bahan tersebut.

Perbedaan pengujian tarik dan pengujian geser adalah gaya yang bekerja pada saat

proses pengujian berlangsung. Gaya yang terjadi pada saat pengujian tarik adalah

gaya memanjang (longitudinal), sedangkan pada pengujian geser ialah gaya arah

vertikal. Pengujian geser biasanya dilakukan pada sambungan (sambungan las,

paku keling, atau yang lainnya). (Endramawan, dkk. 2016)

Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin uji geser yang akan

menarik benda uji sampai putus, kemudian hasil pengujian dapat diketahui melaui

14

grafik yang tampak dari proses pengujian. Grafik tersebut mengindikasikan

besarnya beban maksimum yang bekerja pada benda uji. Untuk mengetahui

tegangan geser diberlakukan seperti pada Persamaan 2.3.

......................................................(2.3)

Dimana :

τ = Tensile shear

F = Beban Geser Maksimum (kgf)

A = Luas Penampang / Nugget (mm2)

2.6.2 Uji Metalografi

Metalografi adalah studi struktur fisik dan komponen logam yang

menggunakan mikroskop atau mengetahui perkiraan sifat-sifat fisik dengan

mengenali ciri-ciri khusus dari struktur mikronya ataupun sebagai karakterisasi

bahan. Korelasi antara struktur mikro dan kondisi makroskopik meliputi:

peningkatan kekuatan luluh dan kekerasan dengan penurunan ukuran butir, sifat

mekanik anisotropi dengan butir memanjang, dan keuletan menurun dengan

meningkatnya kadar inklusi.

Pengambilan sampel sebagai hal penting dalam metalografi untuk kesuksesan

berikutnya. Spesimen yang akan dianalisis harus mewakili materi yang dievaluasi.

Persiapan spesimen meliputi pengambilan bagian komponen yang akan

dievaluasi, pemotongan yang menghasilkan bidang datar agar dapat difoto atau

diamati dengan mikroskop, pengampelasan permukaan hingga mencapai

kehalusan yang siap dipoles hanya tampak goresan sejajar yang tipis, pemolesan

hingga tidak terdapat goresan lagi, pengetsaan hingga struktur mikro tampak jelas

dan cukup kontras. (Hadi, 2016)

2.7 Simulasi

Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KKBI) simulasi adalah metode

pelatihan yang meragakan sesuatu dalam bentuk tiruan yang mirip dengan

keadaan yang sesungguhnya. Simulasi merupakan penggambaran suatu sistem

atau proses dengan peragaan berupa model statistik atau pemeranan.

Simulasi bertujuan untuk mengidentifikasi kemungkinan-kemungkinan yang

terjadi pada saat melakukan percobaan, oleh karena itu simulasi dilakukan

15

kebanyakan para peneliti sebelum melakukan penelitiannya. Selain untuk

memprediksi keadaan sesungguhnya, simulasi juga berfungsi sebagai pratinjau

dari bahaya-bahaya yang akan terjadi sehingga dapat dihindari. Meskipun tidak

sama persis, namun metode simulasi yang baik dapat menghasilkan keakurasian

yang tinggi dengan keadaan sebenarnya.