Upload
fajar-andi-saputra
View
214
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
sm
Citation preview
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.
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
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)
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 - 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
Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... . I lyas Jamal, Haryadi Adma S.
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012
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
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 - 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
Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... . I lyas Jamal, Haryadi Adma S.
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012
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
Gambar 8. Grafik nilai kekuatan material
untuk kampuh V
Gambar 7. Grafik nilai kekuatan material yang
dilas lalu dikuens
Gambar 10. Grafik nilai kekuatan material
yang dilas untuk kampuh V dan X
Gambar 9. Grafik nilai kekuatan material
untuk kampuh X
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 - 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.
Analisa Pengaruh Perlakuan Panas... . I lyas Jamal, Haryadi Adma S.
Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil
ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012
TM3 - 8