PENGARUH KECEPATAN PENGELASAN DAN JENIS ELEKTRODA TERHADAP KEKUATAN TARIK HASIL PENGELASAN SMAW BAJA ST 60

Rendy Setio P., Tjuk Oerbandono, Purnami,

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang Jl. MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia

Email: setiorendy@gmail.com

ABSTRAK

Teknik pengelasan telah dipergunakan secara luas dalam penyambungan logam struktur pada konstruksi

bangunan baja dan konstruksi mesin. Salah satu jenis pengelsan yang sering digunakan adalah pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Pengelasan SMAW adalah pengelasan dengan busur nyala listrik yang digunakan sebagai sumber panas untuk mencairkan logam (elektroda). Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi kecepatan pengelasan dan jenis elektroda terhadap kekuatan tarik hasil pengelasan SMAW baja ST 60.

Dalam penelitian ini digunakan jenis elektroda yang berbeda yaitu E 6013 dan E 7016. Variasi kecepatan pengelasan yang digunakan adalah 200 mm/min, 250 mm/min dan 300 mm/min. Jenis pengelasan yang digunakan adalah SMAW dengan arus 100 A dan menggunakan kampuh V 60o.

Hasil dari penelitian ini diperoleh harga kekuatan tarik hasil pengelasan dengan elektroda E 7016 lebih besar daripada hasil pengelasan E 6013. Nilai kekuatan tarik terbesar adalah pada pengelasan dengan elektroda E 7016 dengan kecepatan pengelasan 300 mm/min yaitu 632 MPa dan nilai kekuatan tarik terkecil adalah pada pengelasan dengan elektroda E 6013 dengan kecepatan pengelasan 200 mm/min yaitu 376 MPa.

Kata kunci: Pengelasan SMAW, baja ST 60, kecepatan pengelasan, jenis elektroda, kekuatan tarik.

PENDAHULUAN Pengelasan (welding) adalah salah satu teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau tanpa logarn tambahan dan menghasilkan sambungan yang kontinu [2]. Salah satu jenis las yang sering digunakan adalah pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Pada pengelasan SMAW elektroda memiliki peranan penting sebagai bahan penyambung antar dua logam yang akan dilas dan elektroda ini terdiri dari banyak ukuran, jenis dan dijual dalam berbagai macam merk. Agar mendapatkan hasil pengelasan yang baik maka elektroda yang digunakan harus disesuaikan dengan bahan yan akan dilas serta pemilihan parameter – parameter pengelasan yang tepat juga akan meningkatkan kualitas dari hasil pengelasan tersebut. Dalam pengelasan cara ini digunakan kawat elektroda logam yang dibungkus dengan fluks. Busur listrik terbentuk di antara logam induk dan ujung

elektroda, karena panas dari busur ini maka logam induk dan ujung elektroda tersebut mencair dan kemudian membeku bersama [5]. Elektroda adalah logam pengisi yang berperan di dalam proses pengelasan. Elektroda juga ikut menentukan kekuatan dari hasil pengelasan, karena itu jenis elektroda harus dipilih sesuai dengan jenis material logam induk karena elektroda ini akan mencair dan menyatu dengan logam induk [4]. Saat proses pengelasan berlangsung, bahan fluks yang digunakan untuk membungkus elektroda mencair dan membentuk terak yang akan menutupi logam cair berada pada sambungan kedua logam untuk mencegah terjadinya oksidasi. Beberapa bahan fluks tidak dapat terbakar, tetapi berubah menjadi gas yang juga menjadi pelindung dari logam cair terhadap oksidasi dan memantapkan busur[4]. Adapun jenis-jenis bahan penyusun fluks diantaranya : a. Jenis titania kapur : Jenis ini

disamping berisi rutil juga

mengandung kapur. Disamping sifat – sifat yang dimiliki oleh jeenis oksida titan, jenis ini mempunyai keunggulan lain yaitu kemampuannya menghasilkan sifat mekanik yang baik. Walaupun penetrasinya dangkal masih juga dapat menghasilkan manik las yang halus. Jenis ini sesuai hampir semua posisi pengelasan, terutama posisi tegak atau diatas kepala (overhead).

b. Jenis hidrogen rendah (low hydrogen) : Jenis ini terkadang disebut juga sebagai jenis kapur karena bahan utama yang dipergunakan adalah kapur dan fluorat. Jenis ini menghasilkan sambungan dengan kadar hidrogen yang rendah, karena itu kepekaan sambungan terhadap retak sangat rendah, sehingga ketangguhannya sangat memuaskan. Karena fluks jenis ini sangat baik dalam sifat mampu lasnya maka elektroda dengan fluks jenis ini biasanya digunakan untuk konstruksi yang memerlukan tingkat pengamanan yang tinggi seperti konstruksi dengan pelat tebal dan bejana tekan [6]. Selain bahan – bahan penyusun fluks,

elektroda juga mengandung senyawa – senyawa kimia yang menyusun logam las yang menjadi bahan utama untuk menyambung pada proses pengelasan. Bahan – bahan tersebut antara lain : 1. Manganese (Mn) : Mangan

meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik baja, tetapi pada tingkat lebih rendah dari karbon. Untuk tujuan pengelasan, rasio mangan untuk sulfur minimal 10 berbanding 1 [7]. Fungsi dari unsur Mn adalah untuk dapat mengikat karbon (C) membentuk karbida mangan (Mn3C) yang dapat menaikkan kekuatan, ketangguhan baja dan kekerasan [8].

2. Phosphorus (P) : Fosfor meningkatkan kekuatan dan kekerasan, tetapi dengan mengurangi elstisitas dan dampaknya

terhadap ketangguhan, terutama pada baja karbon tinggi yang di quenching dan tempering.

3. Sulphur (S) : Untuk pengelasan, mampu las menurun seiring peningkatan kandungan sulfur. Sulfur merugikan kualitas permukaan karbon rendah dan baja mangan rendah dan meningkatkan hot shortness di las dengan peningkatan sulfur.

4. Silicon (Si) : Silicon meningkatkan kekuatan dan kekerasan, tetapi pada tingkat lebih rendah daripada mangan. Dalam pengelasan, silikon merugikan kualitas permukaan, terutama di karbon rendah. Hal ini dapat memperburuk kecenderungan retak ketika kandungan karbon cukup tinggi. Untuk kondisi pengelasan terbaik, isi silikon tidak boleh melebihi 0,10%. [7]

Daerah pengelasan terdiri dari 3 bagian yaitu logam lasan, Heat Affected Zone (HAZ), dan logam induk yang tak terpengaruhi. Logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair dan kemudian membeku. Daerah pengaruh panas atau HAZ adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat. Logam induk tak terpengaruhi adalah bagian logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat [6].

Tidak hanya jenis elektroda saja yang berpengaruh pada hasil pengelasan suatu material. Namun, parameter-parameter pengelasan juga sangat berpengaruh pada hasil pengelasan seperti tegangan, arus dan kecepatan pada saat pengelasan. Hal ini dapat dilihat pada rumus :

� =�∙�∙�

� [2]

Keterangan : H = heat input (kJ/mm), E = tegangan (volt), I = arus (ampere), V =

travel speed (mm/s) dan η = efisiensi pengelasan sebesar SMAW 0,8.

Dari nilai heat input tersebut dapat diprediksi pula temperatur puncak (peak temperature) pada permukaan benda kerja selama proses pengelasan dengan menggunakan rumus :

� =1

√2 � ∙ � ∙ � ∙ ���

�1

�� � ��

� ��

Keterangan : Tp = Temperatur puncak (K) To = Temperatur awal benda kerja (K) Tm = Temperatur lebur (K) e = 2,718 angka alam logaritma Y = Jarak dari Fusion Line (m) g = Tebal benda kerja (m) �� = Volume Thermal Capacity

(J/m3K) Q = Masukan energi (heat input)

(J/m) Kecepatan pengelasan didefinisikan sebagai laju perjalanan elektroda sepanjang sambungan[4]. Kecepatan pengelasan tergantung pada jenis elektroda, diameter inti elektroda, bahan yang dilas, geometri sambungan, ketelitian sambungan dan lain-lain. Dalam hal hubungannya dengan tegangan dan arus las bahwa kecepatan pengelasan tidak ada hubungannya dengan tegangan las tetapi berbanding lurus dengan arus las. Karena itu pengelasan yang cepat memerlukan arus yang tinggi [7]. Baja karbon menengah terdiri dari ferrit dan perlit seperti baja karbon rendah tetapi perlit yang terdapat lebih banyak sehingga baja ini lebih kuat dan keras serta dapat dikeraskan tetapi getas. Untuk baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,25 – 0,55 % C banyak digunakan untuk alat – alat perkakas, struktur mesin, roda gigi, poros dan sebagainya [4].

Mampu las adalah kemampuan suatu logam atau kombinasi logam yang dilas menjadi suatu konstruksi yang memiliki karakterisitik dan sifat tertentu serta memenuhi persyaratan yang diinginkan [2]. Baja karbon menengah

secara umum mempunyai sifat mampu las (weld ability) yang baik. Pemilihan baja karbon menengah untuk aplikasi lebih didasarkan pada sifatnya yang tahan lama setelah dipakai [4]. Gaya atau beban yang digunakan untuk menarik suatu spesimen hingga putus disebut gaya maksimum. Jika beban maksimum ini dibagi dengan penampang asal, maka akan diperoleh kekuatan tarik material persatuan luas. Kekuatan tarik mempunyai rumus sebagai berikut :

� � �

���

�

�� ! [6]

Keterangan : F = beban maksimum (N) Ao = luas mula penampang batang uji (mm2)

Pada penelitian sebelumnya Udi (2012), meneliti tentang pengaruh arus dan kecepatan pengelasan SMAW terhadap kekuatan tarik dan struktur mikro baja karbon menengah. Variasi arus 80 A, 90 A dan 100 A. Sedangkan variasi kecepatan 90 mm/menit, 120 mm/menit dan 150 mm/menit. Hasil dari penelitian ini diperoleh harga uji tarik terbesar adalah pada perlakuan besar arus pengelasan 100 A dengan kecepatan pengelasan 150 mm/menit dengan nilai rata – rata 354 MPa. METODE PENELITIAN Plat baja yang digunakan dalam penelitian ini adalah plat baja St 60 dengan tebal 10 mm. Skema instalasi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukan oleh gambar 1

Gambar 1. Instalasi penelitian

Keterangan : 1. Pengatur arus 8. Elektroda las 2. Indikator arus 9. Logam induk 3. Pengatur tegangan 10. Meja kerja 4. Tombol saklar 11. Pengatur arah 5. Kabel massa 12. Kecepatan 6. Kabel torch 13. Tombol saklar 7. Torch Prosedur pengambilan data Langkah pertama dilakukan pengelasan pada spesimen logam induk (gambar 2) dengan jenis elektroda E 6013 dan E 7016 dan variasi kecepatan pengelasan 200 mm/min, 250 mm/min dan 300 mm/min.

Gambar 2 Spesimen pengelasan Langkah kedua spesimen yang telah dilas kemudian dibentuk menjadi spesimen uji tarik seperti gambar dibawah ini.

Gambar 3 Spesimen uji tarik Langkah ketiga adalah pengambilan data dengan melakukan uji tarik pada spesimen hasil pengelasan sehingga diperoleh data hasil pengujian tarik. HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 1 Hasil uji tarik variasi travel speed dan jenis elektroda

Dari tabel hasil pengujian tarik diatas dapat dibuat grafik hubungan antara jenis elektroda dan kecepatan pengelasan terhadap kekuatan tarik hasil pengelsan SMAW baja ST 60 seperti dibawah ini:

Gambar 4 Grafik hubungan variasi travel speed dan jenis elektroda terhadap hasil uji tarik baja ST 60

Gambar 2 menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan pengelasan maka nilai kekuatan tarik yang diperoleh akan semakin meningkat dan nilai kekuatan tarik pengelasan dengan elektroda E 7016 lebih besar daripada nilai kekuatan tarik pengelasan dengan elektroda E 6013 . Ultimate Tensile Strength (UTS) minimum terjadi pada variasi elektroda E 6013 dan travel speed sebesar 200 mm/min yaitu sebesar 376 Mpa. Sedangkan Ultimate Tensile Strength (UTS) maksimum terjadi pada variasi elektroda E 7016 dan travel speed 300 mm/min yaitu sebesar 632 Mpa.

Hal ini dapat disebabkan oleh nilai Ultimate Tensile Strength (UTS) pada kode kedua elektroda yang berbeda, dimana untuk elektroda E 6013 dengan kode 60

memiliki Ultimate Tensile Strength (UTS) sebesar 60000 psi sedangkan E 7016 dengan kode 70 memilki Ultimate Tensile Strength (UTS) sebesar 70000 psi. Selain perbedaan Ultimate Tensile Strength (UTS) dari kedua jenis elektroda, komposisi kimia dari kedua jenis elektroda ini juga berbeda seperti yang terlihat pada tabel di bawah ini. Tabel 2 Perbandingan Komposisi Kimia Elektroda E 6013 dan E 7016 [1]

Dari tabel diatas diperoleh data bahwa persentase komposisi Mn (mangan) dan Si (silikon) pada elektroda E 7016 lebih tinggi dibandingkan elektroda E 6013, dimana komposisi Mn dan Si dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan sambungan las. Dengan kadar Mn yang leih banyak pada elektroda E 7016 maka unsur karbida mangan (Mn3C) yang terbentuk akan lebih banyak jika dibandingkan dengan elektroda E 6013. Sedangkan untuk persentase komposisi P (fosfor) dan S (sulfur) pada elektroda E 6013 lebih tinggi dibandingkan E 7016 dimana komposisi P dan S yang tinggi dapat menimbulkan kecenderungan retak lebih tinggi dan menurunkan mampu las. Persentase komposisi C (karbon) pada kedua jenis elektroda sama. Jenis fluks yang digunakan pada elektroda E 6013 berbeda dengan yang digunakan pada E 7016. Elektroda E 6013 menggunakan tipe high cellulose sebagai bahan fluks dengan bahan utama adalah zat organik sedangkan elektroda E 7016 menggunakan tipe low hydrogen sebagai bahan fluks dengan bahan utama adalah kapur dan fluorat. Kedua jenis fluks ini memiliki fungsi utama yang sama yaitu sebagai pelindung selama proses pengelasan agar tidak ada reaksi dengan udara luar seperti hidrogen dan oksigen yang masuk ke dalam proses pengelasan dikarenakan menyebabkan cacat seperti

terjadinya retak (cracking) pada sambungan las. Pengaruh variasi kecepatan pengelasan pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4 dimana semakin besar kecepatan pengelasan maka nilai kekuatan tariknya juga semakin meningkat. Hal ini dikarenakan semakin besar kecepatan pengelasan maka heat input yang diperoleh akan semakin rendah. Tabel 3 Data Heat Input variasi kecepatan pengelasan

Tabel diatas menujukkan nilai heat input minimum terjadi pada kecepatan pengelasan 5 mm/s atau 300 mm/min yaitu sebesar 352 J/mm. Sedangkan nilai heat input maksimum terjadi pada kecepatan pengelasan 3,34 mm/s atau 200 mm/min yaitu sebesar 526 J/mm. . Dari nilai heat input tersebut dapat diprediksi pula temperatur puncak (peak temperature) pada permukaan benda kerja selama proses pengelasan. Tabel 4 Data temperatur puncak dari variasi kecepatan pengelasan

Dari data temperatur puncak di atas diketahui bahwa nilai temperatur puncak minimum terjadi pada nilai heat input 352000 J/m yaitu sebesar 1123,294 K atau 850oC. Sedangkan nilai temperatur puncak maksimum terjadi pada nilai heat input 526000 J/m yaitu sebesar 1767,4 K atau 1494oC. Dari pernyataan tersebut diketahui bahwa nilai temperatur puncak pada saat pengelasan berbanding lurus dengan nilai heat input.

Dengan masukan panas (heat input) yang semakin tinggi maka temperatur puncak yang diperoleh akan semakin tinggi. Struktur logam pada daerah panas berubah dari struktur logam induk ke struktur logam las. Pada daerah HAZ semakin tinggi masukan panas (heat input) maka daerah HAZ akan semakin lebar dan akan tumbuh kristal dengan cepat yang membentuk butir – butir yang besar dikarenakan laju pendinginan yang lambat. Struktur butiran yang besar ini akan mempengaruhi kekuatan hasil pengelasan menjadi lebih rendah.

Gambar 5 Foto Mikro Hasil Pengelasan SMAW Pembesaran 400x KESIMPULAN 1. Dari penelitian yang telah dilakukan

dapat disimpulkan bahwa jenis elektroda dan kecepatan pengelasan (travel speed) berpengaruh pada besar kekuatan tarik yang dihasilkan dari pengelasan SMAW terhadap baja ST 60. Semakin besar kecepatan pengelasan (travel speed) maka nilai kekuatan tarik yang diperoleh akan semakin besar sedangkan nilai kekuatan tarik yang diperoleh dengan elektroda E

7016 lebih besar daripada kekuatan tarik dengan elektroda E 6013.

2. Ultimate Tensile Strength (UTS) minimum terjadi pada variasi elektroda E 6013 dan travel speed sebesar 200 mm/min yaitu sebesar 376 Mpa. Sedangkan Ultimate Tensile Strength (UTS) maksimum terjadi pada variasi elektroda E 7016 dan travel speed 300 mm/min yaitu sebesar 632 Mpa.

DAFTAR PUSTAKA 1. Kobelco Welding Handbook 2. Sonawan H., dan Suratman R.,

Pengantar untuk Memahami Proses Pengelasan Logam, Cetakan kedua, CV Alfabeta, 2006, Bandung.

3. Tewari S. P., 2010, Effect of Welding Parameters On The Weldability Materials, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2(4), 2010, 512-516.

4. Udi, 2012, Pengaruh Besar Arus Pengelasan Busur Listrik SMAW dan Kecepatan Pengelasan terhadap Kekuatan Tarik dan Struktur Mikro pada Material Baja Karbon Menengah, Tesis Pasca Sarjana Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Malang.

5. Widharto S., Petunjuk Kerja Las, Cetakan keenam, PT Pradnya Paramita, 2006, Jakarta.

6. Wiryosumarto H., dan Okumura T., Teknologi pengelasan Logam, Cetakan kedelapan, PT Pradnya Paramita, 2000, Jakarta.

7. Anonim, Effects of Mn, P, S, Si & V on the Mechanical Properties of Steel, http://www.leonghuat.com/articles/elemelem.htm

8. Aisyah, Pengaruh Struktur Mikro dan Sifat Mekanis Pada Pengelasan Drum Baja Karbon Wadah Limbah Radioaktif, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII.