PENGARUH JENIS ELEKTRODA DAN ARUS LISTRIK TERHADAP … · library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

PENGARUH JENIS ELEKTRODA DAN ARUS LISTRIK TERHADAP

SIFAT MEKANIS DAN FISIS SAMBUNGAN LAS BESI COR

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai derajat Magister

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

MOCH. CHAMIM

NIM. S951408003

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2017


v

Moch. Chamim, S951408003, 2017. Pengaruh jenis elektroda dan arus listrik

terhadap sifat mekanis dan fisis sambungan las besi cor. TESIS. Pembimbing

I : Dr. Triyono, ST., MT. Pembimbing II : Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.

Program Studi Teknik Mesin, Program Pasca Sarjana, Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

ABSTRAK

Industri pengecoran logam (foundry) melakukan perbaikan pada produk

yang cacat. Proses perbaikan cacat menggunakan las SMAW (shielded arc metal

welding). Pengelasan besi cor terdapat masalah karena kandungan karbon besi cor

yang tinggi. Proses las menggunakan elektroda berbahan nikel ditambah heat

treatment dapat mengatasi masalah pengelasan besi cor oleh beberapa peneliti.

Bagaimanaupun juga banyak industri foundry lokal tidak menggunakan heat

treatment karena berhubungan dengan biaya dan proses.

Penelitian penggunaan elektroda dengan kandungan nikel tinggi dan varasi

arus listrik tanpa heat treatment sudah dievaluasi. Hasil pengujian scanning

electron microscopy (SEM) terdapat masalah di daerah partially melted zone

(PMZ). Fasa keras dan rapuh yaitu karbida dan martensit terbentuk selama proses

pembekuan. Pembentukan karbida dan martensit disebabkan oleh tingginya

kandungan karbon sebagai ciri khas besi cor. Elektroda dengan bahan dasar nikel

mampu mengatasi masalah di daerah tersebut. Kandungan nikel sebagai penstabil

austenit mampu menarik karbon dan mengubahnya menjadi grafit bebas di weld

metal, sehingga fasa keras didaerah PMZ dapat dikurangi.

Variasi arus listrik 80A, 90A, 100A, dan 120A menghasilkan masukan

panas yang berbeda. Arus listrik yang tinggi menyebabkan bertambahnya area

daerah batas fusi dan menambah waktu difusi FeNi saat proses pembekuan. Arus

listrik yang digunakan berfungsi sebagai pengganti proses heat treatment.

Kata Kunci : Besi cor, SMAW, arus listrik, weldability.


xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Defect terlihat pada dinding produk pengecoran ...................... 2

Gambar 2.1 Diagram kesetimbangan Fe-C (DeGarmo, 1979) ..................... 7

Gambar 2.2 Las busur dengan elektroda terbungkus ................................... 8

Gambar 2.3 Pemindahan logam cair ............................................................ 9

Gambar 2.4 Vickers hardness test (ASTM, 2003) ....................................... 11

Gambar 2.5 Skema alat uji SEM (ASM Hand book volume 9, 2004) ......... 13

Gambar 3.1 Pola material dasar (a) material dasar (b) ................................. 16

Gambar 3.2 Spesimen bentuk kotak (a) proses pembentukan groove las

(b) ............................................................................................. 16

Gambar 3.3 Spesimen setelah dilas (a) spesimen setelah dibentuk uji tarik

(b) ............................................................................................. 16

Gambar 3.4 Proses pengelasan spesimen ..................................................... 19

Gambar 3.5 Spesimen uji komposisi kimia .................................................. 19

Gambar 3.6 Skema uji tarik sesuai AWS A4.0 dan arah gaya tarik yang

diberikan ................................................................................... 21

Gambar 3.7 Diagram alir penelitian ............................................................. 22

Gambar 4.1 Makrostruktur daerah las menggunakan elektroda ENi-Cl :

(a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A. ............................... 23

Gambar 4.2 Makrostruktur daerah las menggunakan elektroda ENiFe-Cl :

(a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A. ............................... 24

Gambar 4.3 Makrostruktur daerah las menggunakan elektroda low nickel :

(a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A. ............................... 24

Gambar 4.4 Mikrostruktur daerah batas fusi menggunakan elektroda ENi-

Cl (Cin 1) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ............ 26

Gambar 4.5 Mikrostruktur daerah batas fusi menggunakan elektroda

ENiFe-Cl (Cin 2) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A 27

Gambar 4.6 Mikrostruktur daerah batas fusi menggunakan elektroda low

nickel (Cin 3) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ...... 28


xiii

Gambar 4.7 Mikrostruktur daerah WM menggunakan elektroda ENi-Cl

(Cin 1) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ................. 29

Gambar 4.8 Mikrostruktur daerah WM menggunakan elektroda ENiFe-Cl

(Cin 2) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ................. 30

Gambar 4.9 Mikrostruktur daerah WM menggunakan elektroda low nickel

(Cin 3) : (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ................. 31

Gambar 4.10 Struktur keras terlihat di daerah heated affected zone (HAZ) .. 31

Gambar 4.11 Analisa EDX tiap area pada HAZ (a), PMZ (b), dan WM (c)

pengelasan elektroda ENi-Cl 80 A. Hasil electron mapping

(d) menunjukkan kandungan kimia merah (Fe), Hijau (Ni),

merah muda (C) dan biru muda (Si).. ....................................... 32


pengelasan elektroda ENiFe-Cl 80 A. Hasil electron mapping

(d) menunjukkan kandungan kimia merah (C), kuning (Ni),

merah muda (Fe) dan biru muda (Si).. ..................................... 33



(d) menunjukkan kandungan kimia merah (C), kuning (Ni),

merah muda (Fe) dan biru muda (Si).. ..................................... 34


pengelasan elektroda ENiFe-Cl 90 A. Hasil electron mapping

(d) menunjukkan kandungan kimia merah (Fe), biru (Ni),

biru muda (C) dan kuning (Si).................................................. 35



(d) menunjukkan kandungan kimia merah muda (Fe), kuning

(Ni), merah (C) dan biru muda (Si).. ........................................ 36


pengelasan elektroda ENiFe-Cl 100 A. Hasil electron

mapping (d) menunjukkan kandungan kimia merah (Fe),

Hijau (Ni), merah muda (C) dan hijau muda (Si).. ................... 37


xiv


pengelasan elektroda ENi-Cl 120 A. electron mapping (d)

menunjukkan kandungan kimia merah (C), kuning (Ni),

merah muda (Fe) dan biru muda (Si) ....................................... 38


pengelasan elektroda ENiFe-Cl 120 A. Hasil electron


hijau (Si), biru muda (C) dan ungu (Ni).. ................................. 39


pengelasan elektroda low nickel 80 A. Hasil electron


Hijau (C), dan orange (Si) ........................................................ 40



mapping (d) menunjukkan kandungan kimia merah (C), biru

muda (Fe), dan orange (Si). ...................................................... 41



mapping (d) menunjukkan kandungan kimia merah (Fe), biru

muda (C), dan orange (Si). ....................................................... 42



mapping (d) menunjukkan kandungan kimia merah (C), biru

muda (Si), dan merah muda (Fe). ............................................. 43

Gambar 4.23 Jejak indentor uji vickers terlihat diagonal langsung mengecil

saat memasuki PMZ ................................................................. 45

Gambar 4.24 Grafik ditribusi kekerasan daerah las elektroda ENi-Cl (Cin

1) dengan variasi arus listrik..................................................... 46

Gambar 4.25 Grafik ditribusi kekerasan daerah las elektroda ENiFe-Cl

(Cin 2) dengan variasi arus listrik ............................................ 46


xv

Gambar 4.26 Grafik ditribusi kekerasan daerah las elektroda low nickel

(Cin 3) dengan variasi arus listrik ............................................ 47

Gambar 4.27 Grafik pengujian tarik raw material dibandingkan dengan

seluruh spesimen menggunakan variasi elektroda dan arus

listrik ......................................................................................... 48

Gambar 4.28 Void terlihat dominan di daerah WM pengelasan elektroda

low nickel (Cin3) 80 A ............................................................. 49

Gambar 4.29 Foto makro patahan hasil uji tarik menggunakan high nickel .. 49

Gambar 4.30 Spesimen menggunakan elektroda high nickel sebelum

pengujian (a) dan setelah ditarik (b), panah menunjukkan

lokasi patahan daerah PMZ ...................................................... 49

Gambar 4.31 Spesimen menggunakan elektroda low nickel (Cin 3) sebelum

pengujian (a) dan setelah ditarik (b), panah menunjukkan

lokasi patahan daerah WM ....................................................... 51

Gambar 4.32 Patahan hasil uji tarik pengelasan elektroda ENi-Cl (Cin 1) :

(a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ................................ 51

Gambar 4.33 Patahan hasil uji tarik pengelasan elektroda ENiFe-Cl (Cin 2)

: (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ............................. 52

Gambar 4.34 Patahan hasil uji tarik pengelasan elektroda low nickel (Cin 3)

: (a) 80A, (b) 90A, (c) 100A, dan (d) 120A ............................. 52


ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... ii

SURAT PERNYATAAN .................................................................................. iv

ABSTRAK ......................................................................................................... v

ABSTRACT ....................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah ........................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian.............................................................................. 3

1.5. Manfaat Penelitian............................................................................ 3

BAB II. LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................. 5

2.2. Dasar Teori ....................................................................................... 6

2.2.1. Besi Cor Kelabu ................................................................... 6

2.2.2. Nilai Carbon Equivalent (CE) .............................................. 7

2.2.3. Pengelasan ............................................................................ 8

2.3. Dasar-dasar Pengujian Spesimen ..................................................... 10

2.3.1. Pengujian Tarik .................................................................... 10

2.3.2. Pengujian Kekerasan ............................................................ 11

2.3.3. Pengujian Metalografi .......................................................... 12

2.3.4. Pengujian SEM – EDS ........................................................ 13

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................... 15


x

3.2. Bahan dan Alat ................................................................................. 16

3.2.1. Bahan yang Digunakan ......................................................... 16

3.2.2. Alat yang Digunakan ............................................................. 16

3.3. Metode Penelitian ............................................................................. 17

3.3.1. Proses Pengelasan ................................................................. 17

3.3.2. Pengujian Spesimen ............................................................. 18

3.4. Analisa Data ..................................................................................... 18

3.4.1. Pengujian Komposisi Kimia .................................................. 18

3.4.2. Pengujian Metalografi ........................................................... 19

3.4.3. Pengujian Kekerasan ............................................................. 19

3.4.4. Pengujian Tarik ...................................................................... 20

3.5. Diagram Alir Penelitian ................................................................... 21

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa Makro dan Mikro Hasil Pengelasan SMAW ...................... 22

4.2. Kekerasan Hasil Pengelasan SMAW ............................................... 43

4.3. Pengujian Tarik Hasil Pengelasan SMAW ...................................... 46

4.4. Hubungan kekerasan dan kekuatan tarik sambungan las besi cor ... 53

BAB V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 52

5.2. Saran ................................................................................................ 53

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi kimia elektroda (Standard AWS A5.15) .......................... 10

Tabel 3.1 Komposisi kimia elektroda (Data dari Nikko Steel) .......................... 16

Tabel 3.2 Data arus listrik dan jumlah spesimen ................................................ 17


i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkatnya penulis dapat

menyelesaikan tesis ini. Tujuan penulisan tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian

persyaratan guna mencapaigelar magister teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis menghaturkan terimakasih yang sangat mendalam kepada semua pihak

yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan tesis ini, khususnya kepada:

1. Bapak Dr. Triyono, ST., MT. selaku Ketua Program Studi Pascasarjana Teknik

Mesin Fakultas Teknik UNS dan pembimbing I yang dengan sabar telah

memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan tesis ini.

2. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang

memberikan bimbingan dengan baik dalam penelitian dan penulisan tesis ini.

3. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T. dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T.

selaku penguji dan pemberi arahan atas pelaksanaan tesis ini.

4. Dosen-dosen Pascasarjana terutama Fakultas Teknik Mesin UNS yang telah

membuka wacana keilmuan penulis.

5. Maruto Adi P, S.T. dan teman – teman penghuni di Lab. Material Teknik Mesin

UNS telah memberikan motivasi baik secara langsung maupun tidak langsung.

6. Bpk. Imawan arif, S.T. engineer di PT. Baja Kurnia yang telah membantu

kelancaran pelaksanaan penelitian tesis ini.

7. LPDP kementrian keuangan republik indonesia atas bantuan pembiayaan dalam

proses penelitian tesis ini.

8. Bpk dan Ibu serta keluarga kecilku yang tidak pernah putus memberi semangat.

Penulis menyadari, bahwa dalam tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh

karena itu bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan tesis ini, akan penulis

terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terimakasih.

Surakarta, 13 Januari 2017


ii


i

PERNYATAAN ORISIONALITAS DAN PUBLIKASI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul: “Pengaruh Jenis Elektroda Dan Arus Listrik Terhadap Sifat

Mekanis Dan Fisis Sambungan Las Besi Cor”ini adalah karya penelitian saya

sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk

memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang

disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila

ternyata dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka

saya bersedia menerima sangsi, baik tesis beserta gelar magister saya dibatalkan

serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku.

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus

menyertakan tim promoter sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya.

Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya

bersedia mendapat sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, Januari 2017

Mahasiswa

Moch. Chamim

S951408003

PENGARUH JENIS ELEKTRODA DAN ARUS LISTRIK TERHADAP … · library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

Documents

Transcript of PENGARUH JENIS ELEKTRODA DAN ARUS LISTRIK TERHADAP … · library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...