NASKAH PUBLIKASI Pengaruh Variasi Arus terhadap Struktur Mikro, Kekerasan dan Kekuatan Sambungan pada Proses Pengelasan Alumunium dengan Metode SMAW.
NASKAH PUBLIKASI
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO,
KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada
Jurusan Teknik Mesin
Oleh:
NAZAR ARIF DERMAWAN
D 200 080 057
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO,
KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Abstraksi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro, nilai
kekerasan dan uji tarik pada logam yang digunakan pada pengelasan SMAW dan juga untuk
mengetahui pengaruh arus yang digunakan terhadap kualitas hasil pengelasan. Pada penelitian
ini di teliti kekuatan sambungan las pada Alumunium seri 6015 dengan variasi kuat arus listrik
pada proses las Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Spesimen uji tarik yang digunkan
menggunakan standar ASTM E8, uji struktur mikro menggunakan standar ASTM E3 dan uji
kekerasan menggunakan standar ASTM E92. Variasi kuat arus yang dipakai adalah 70 A, 75 A,
80 A, 85 A dan 90 A, dengan tegangan 20-30 V dan kecepatan 14-20 inchi/menit Hasil penelitian
menunjukkan bahwa; kuat arus listrik mempunyai pengaruh yang nyata terhadap struktur mikro,
kekerasan dan kekuatan tarik sambungan las alumunium seri 6015 dengan proses las SMAW.
Kata kunci: SMAW, Kekuatan sambungan las
Abstract
This study aims to determine the chemical composition, microstructure, hardness and
tensile tests on metals used in SMAW welding and also to determine the effect of current used on
the quality of the weld. In this study researched the strength of the weld joint in the 6015 series
aluminum with strong variations in electric current in the welding process Shielded Metal Arc
Welding (SMAW). Tensile test specimens all make use of standard ASTM E8, micro structural test
using ASTM standard E3 and hardness tests using standard ASTM E92. Strong variations of
current used is 70 A, 75 A, 80 A, 85 A and 90 A, with voltage of 20-30 V and a speed of 14-20
inches / min The results showed that; strong electric current has a significant effect on
microstructure, hardness and tensile strength 6015 series aluminum welding connection with
SMAW welding process.
Keywords: SMAW, Strength of welded joints
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Keterbatasan sumber energi bahan bakar minyak (BBM) dewasa ini telah
memacu perkembangan teknologi otomotif yang mengarah pada peningkatan
efisiensi penggunaan BBM. Penggantian bahan pada komponen kendaraan
bermotor baik mesin maupun konstruksinya dengan alumnium atau paduan
aluminium dapat mengurangi berat kendaraan sehingga dapat menurunkan
konsumsi penggunaan BBM. Dengan demikian, perkembangan proses pengelasan
untuk bahan aluminium menjadi sangat penting.
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas maka terdapat beberapa masalah, yaitu:
1. Bagaimana pengaruh arus listrik yang dialirkan mesin las pada struktur mikro,
sifat fisik dan mekanik produk pengelasan alumunium paduan.
2. Bagaimana perbandingan antara hasil pengelasan dengan arus 70 A – 90 A
yang dilakukan dengan teknik SMAW (Shielded Metal Arc Welding).
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini akan di fokuskan pada proses pengelasan dengan bahan
aluminium paduan dengan lima variasi arus yaitu 70 A, 75 A, 80 A, 85 A, 90 A.
Sedang struktur mikro diamati pada daerah weld metal, Heat affected zone (HAZ)
dan logam induk. Sifat fisik yang diteliti yaitu kekerasan pada ketiga daerah
tersebut, sedang sifat mekanik berupa kekuatan tarik yang dilakukan sampai
sambungan mengalami patah.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian tentang sambungan las ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh arus listrik terhadap struktur mikro, kekerasan
dan kekuatan tarik produk las Aluminium paduan.
2. Untuk mengetahui arus listrik yang optimum yang menghasilkan produk yang
terbaik.
2
3. Untuk memperoleh hasil yang terbaik yang dapat menjadi acuan dalam
proses pengajaran pengelasan
LANDASAN TEORI
Las SMAW
Shielded Metal Arc Welding (SMAW). umumnya disebut las listrik adalah
salah satu cara menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik
yang diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang
terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektroda yang
menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat terus
sampai habis. Logam cair dari elektroda dan dari sebagian benda yang akan
disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang akan disambung,
kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam tersebut.
Elektroda
Sesuai dengan jenis logam yang dilas, maka kawat las atau elektroda dapat
dibedakan atas empat golongan, yaitu:
Elektroda baja karbon (mild steel arc welding electrodes).
Elektrode bukan besi (nonferrous arc welding electrodes)
Elektrode baja campuran (alloy steel arc welding electrodes),
Elektrode besi tuang (cast iron arc welding electrodes)
Aluminium dan paduannya
Aluminium dan paduan aluminium termasuk logam ringan yang
mempunyai kekuatan tinggi, tahan terhadap karat dan merupakan konduktor
listrik yang cukup baik. Logam ini dipakai secara luas dalam bidang kimia,
listrik,bangunan, transportasi dan alat-alat penyimpanan.
Uji Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro adalah suatu pengujian untuk mengetahui
susunan struktur logam pada suatu benda uji atau spesimen dengan perbesaran
tertentu. Struktur mikro dan sifat paduannya dapat diamati dengan berbagai cara
tergantung pada sifat yang dibutuhkan. Salah satu cara dalam mengamati struktur
3
suatu bahan yaitu dengan teknik metalographic (pengujian mikroskopik). Proses
terjadinya perbedaan warna, besar butir, bentuk dan ukuran butir yang mendasari
penentuan dari jenis dan sifat fasa pada hasil pengamatan foto mikro adalah
diakibatkan adanya proses pengetsaan. Prinsip dari pengetsaan sebenarnya
merupakan proses pengikisan mikro terkendali yang menghasilkan alur pada
permukaan akibat crystal faceting yaitu orientasi kristal yang berbeda, akan terjadi
reaksi kimia yang berbeda intensitasnya. Standar uji yang digunakan dalam
pengujian ini adalah ASTM E3 (Standard Practice for Preparation of
Metallographic Specimens).
Pengujian Tarik
Pengujian tarik merupakan jenis pengujian dengan merusak bahan uji, yaitu
dengan pemberian beban tarik pada hasil pengelasan yang semakin lama semakin
besar sehingga benda uji patah. Dari pengujian ini akan didapat tegangan tarik,
tegangan patah dan tegangan lelah. Bahan yang diuji, dibentuk sesuai dengan
standar yang digunakan (Wiryosumarto, 1996).
Tegangan :
Regangan :
F max
(N/mm2)
A0
L L0
L0
x 100%
Modulus Elastisitas : E
Mpa
(1)
(2)
(3)
Di mana :
: Besarnya tegangan (N/ mm2)
F max : Beban atau gaya yang di berikan (Newton)
A0
: Luas mula-mula dari penampang batang uji (mm2)
: Regangan (%)
L
: Panjang batang uji yang diberikan pembebanan (mm)
L0
: Panjang batang uji mula-mula atau sebelum pembebanan (mm)
E
: Elastisitas (Mpa)
Untuk dapat mengetahui nilai-nilai yang dapat diukur pada penilitian ini
maka diperlukan suatu standar untuk pembuatan batang uji tarik. Standar yang
4
digunakanselain sebagai acuan pembuatan batang uji tarik digunakan pula untuk
menetapkan cara mengukur keterangan-keterangan yang diperlukan. Standar
pembuatan batang uji tarik untuk penelitian ini adalah ASTM E8.
Kekerasan
Pengujian kekerasan mempunyai tujuan untuk mengetahui tingkat kekerasan
suatu material pada daerah tertentu pada bahan uji. Lebih spesifik lagi, tujun dari
pengujian ini adalah untuk mengetahui tingkat kekerasan logam pada daerah
logam las, logam HAZ, dan logam induk. Apabila ketiga daerah logam uji
tersebut telah diketahui besarnya maka dapat diperkirakan berapa tingkat
penurunan kekuatan bahan tersebut. Beberapa cara pengujian kekerasan
menggunakan indentor atau lekukan yang berbeda bentuk dan beberapa penerapan
pada material saat ini telah dikembangkan. Metode- metode yang digunakan itu
diantaranya adalah pengujian Brinell, Rockwell, Vickers. Penelitian ini
menggunakan pengujian kekerasan Vickers microhardness dengan standar yang
digunakan ASTM E92.
HVN (Hardness Vickers Number ) dapat ditentukan dari persamaan seperti di
bawah ini :
HVN =
1,854 xP
1,845 xP
2
d
d1 d 2
2
(4)
Di mana :
HVN : Hardness Vickers Number
P
: Beban yang diterapkan (gf)
d
: Diagonal rata-rata
5
METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Mulai
Studi Pustaka dan Studi Lapangan
Persiapan Bahan dan Alat Penelitian
Pemotongan Material
ProsesPengelasan SMAW
Arus 70 A
Arus 70 A
Arus 80 A
Arus 85 A
Arus 90 A
Pengerjaan Lanjutan Spesimen
Ujikekerasan E 92
Uji Tarik
ASTM E8
Uji Struktur
Mikro ASTM E 3
Hasil Pengujian
Analisa dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
6
UjiKomposisi
Kimia ASTM
E1257
Alat dan Bahan
Alat
Gambar 1. Mesin Las SMAW
(Lab. Inlastek 2014)
Gambar 2. Alat Uji tarik (Lab. Material UNS, 214)
Gambar 3. Alat Uji Struktur Mikro
(Lab. Material UNS, 214)
7
Gambar 4. Alat uji kekerasan (Vikers Mikrohardness) (Lab. Material UNS, 214)
Bahan
1. Aluminium paduan
Gambar 5. Aluminium paduan
Logam yang digunakan adalah Aluminium seri 6015 dengan
komposisi: Al = 98,79%, Si = 0,166%, Fe = 0,354%, Mg =
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO,
KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada
Jurusan Teknik Mesin
Oleh:
NAZAR ARIF DERMAWAN
D 200 080 057
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO,
KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES
PENGELASAN ALUMUNIUM DENGAN METODE SMAW
Abstraksi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia, struktur mikro, nilai
kekerasan dan uji tarik pada logam yang digunakan pada pengelasan SMAW dan juga untuk
mengetahui pengaruh arus yang digunakan terhadap kualitas hasil pengelasan. Pada penelitian
ini di teliti kekuatan sambungan las pada Alumunium seri 6015 dengan variasi kuat arus listrik
pada proses las Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Spesimen uji tarik yang digunkan
menggunakan standar ASTM E8, uji struktur mikro menggunakan standar ASTM E3 dan uji
kekerasan menggunakan standar ASTM E92. Variasi kuat arus yang dipakai adalah 70 A, 75 A,
80 A, 85 A dan 90 A, dengan tegangan 20-30 V dan kecepatan 14-20 inchi/menit Hasil penelitian
menunjukkan bahwa; kuat arus listrik mempunyai pengaruh yang nyata terhadap struktur mikro,
kekerasan dan kekuatan tarik sambungan las alumunium seri 6015 dengan proses las SMAW.
Kata kunci: SMAW, Kekuatan sambungan las
Abstract
This study aims to determine the chemical composition, microstructure, hardness and
tensile tests on metals used in SMAW welding and also to determine the effect of current used on
the quality of the weld. In this study researched the strength of the weld joint in the 6015 series
aluminum with strong variations in electric current in the welding process Shielded Metal Arc
Welding (SMAW). Tensile test specimens all make use of standard ASTM E8, micro structural test
using ASTM standard E3 and hardness tests using standard ASTM E92. Strong variations of
current used is 70 A, 75 A, 80 A, 85 A and 90 A, with voltage of 20-30 V and a speed of 14-20
inches / min The results showed that; strong electric current has a significant effect on
microstructure, hardness and tensile strength 6015 series aluminum welding connection with
SMAW welding process.
Keywords: SMAW, Strength of welded joints
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Keterbatasan sumber energi bahan bakar minyak (BBM) dewasa ini telah
memacu perkembangan teknologi otomotif yang mengarah pada peningkatan
efisiensi penggunaan BBM. Penggantian bahan pada komponen kendaraan
bermotor baik mesin maupun konstruksinya dengan alumnium atau paduan
aluminium dapat mengurangi berat kendaraan sehingga dapat menurunkan
konsumsi penggunaan BBM. Dengan demikian, perkembangan proses pengelasan
untuk bahan aluminium menjadi sangat penting.
Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas maka terdapat beberapa masalah, yaitu:
1. Bagaimana pengaruh arus listrik yang dialirkan mesin las pada struktur mikro,
sifat fisik dan mekanik produk pengelasan alumunium paduan.
2. Bagaimana perbandingan antara hasil pengelasan dengan arus 70 A – 90 A
yang dilakukan dengan teknik SMAW (Shielded Metal Arc Welding).
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini akan di fokuskan pada proses pengelasan dengan bahan
aluminium paduan dengan lima variasi arus yaitu 70 A, 75 A, 80 A, 85 A, 90 A.
Sedang struktur mikro diamati pada daerah weld metal, Heat affected zone (HAZ)
dan logam induk. Sifat fisik yang diteliti yaitu kekerasan pada ketiga daerah
tersebut, sedang sifat mekanik berupa kekuatan tarik yang dilakukan sampai
sambungan mengalami patah.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian tentang sambungan las ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh arus listrik terhadap struktur mikro, kekerasan
dan kekuatan tarik produk las Aluminium paduan.
2. Untuk mengetahui arus listrik yang optimum yang menghasilkan produk yang
terbaik.
2
3. Untuk memperoleh hasil yang terbaik yang dapat menjadi acuan dalam
proses pengajaran pengelasan
LANDASAN TEORI
Las SMAW
Shielded Metal Arc Welding (SMAW). umumnya disebut las listrik adalah
salah satu cara menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik
yang diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang
terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektroda yang
menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat terus
sampai habis. Logam cair dari elektroda dan dari sebagian benda yang akan
disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang akan disambung,
kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam tersebut.
Elektroda
Sesuai dengan jenis logam yang dilas, maka kawat las atau elektroda dapat
dibedakan atas empat golongan, yaitu:
Elektroda baja karbon (mild steel arc welding electrodes).
Elektrode bukan besi (nonferrous arc welding electrodes)
Elektrode baja campuran (alloy steel arc welding electrodes),
Elektrode besi tuang (cast iron arc welding electrodes)
Aluminium dan paduannya
Aluminium dan paduan aluminium termasuk logam ringan yang
mempunyai kekuatan tinggi, tahan terhadap karat dan merupakan konduktor
listrik yang cukup baik. Logam ini dipakai secara luas dalam bidang kimia,
listrik,bangunan, transportasi dan alat-alat penyimpanan.
Uji Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro adalah suatu pengujian untuk mengetahui
susunan struktur logam pada suatu benda uji atau spesimen dengan perbesaran
tertentu. Struktur mikro dan sifat paduannya dapat diamati dengan berbagai cara
tergantung pada sifat yang dibutuhkan. Salah satu cara dalam mengamati struktur
3
suatu bahan yaitu dengan teknik metalographic (pengujian mikroskopik). Proses
terjadinya perbedaan warna, besar butir, bentuk dan ukuran butir yang mendasari
penentuan dari jenis dan sifat fasa pada hasil pengamatan foto mikro adalah
diakibatkan adanya proses pengetsaan. Prinsip dari pengetsaan sebenarnya
merupakan proses pengikisan mikro terkendali yang menghasilkan alur pada
permukaan akibat crystal faceting yaitu orientasi kristal yang berbeda, akan terjadi
reaksi kimia yang berbeda intensitasnya. Standar uji yang digunakan dalam
pengujian ini adalah ASTM E3 (Standard Practice for Preparation of
Metallographic Specimens).
Pengujian Tarik
Pengujian tarik merupakan jenis pengujian dengan merusak bahan uji, yaitu
dengan pemberian beban tarik pada hasil pengelasan yang semakin lama semakin
besar sehingga benda uji patah. Dari pengujian ini akan didapat tegangan tarik,
tegangan patah dan tegangan lelah. Bahan yang diuji, dibentuk sesuai dengan
standar yang digunakan (Wiryosumarto, 1996).
Tegangan :
Regangan :
F max
(N/mm2)
A0
L L0
L0
x 100%
Modulus Elastisitas : E
Mpa
(1)
(2)
(3)
Di mana :
: Besarnya tegangan (N/ mm2)
F max : Beban atau gaya yang di berikan (Newton)
A0
: Luas mula-mula dari penampang batang uji (mm2)
: Regangan (%)
L
: Panjang batang uji yang diberikan pembebanan (mm)
L0
: Panjang batang uji mula-mula atau sebelum pembebanan (mm)
E
: Elastisitas (Mpa)
Untuk dapat mengetahui nilai-nilai yang dapat diukur pada penilitian ini
maka diperlukan suatu standar untuk pembuatan batang uji tarik. Standar yang
4
digunakanselain sebagai acuan pembuatan batang uji tarik digunakan pula untuk
menetapkan cara mengukur keterangan-keterangan yang diperlukan. Standar
pembuatan batang uji tarik untuk penelitian ini adalah ASTM E8.
Kekerasan
Pengujian kekerasan mempunyai tujuan untuk mengetahui tingkat kekerasan
suatu material pada daerah tertentu pada bahan uji. Lebih spesifik lagi, tujun dari
pengujian ini adalah untuk mengetahui tingkat kekerasan logam pada daerah
logam las, logam HAZ, dan logam induk. Apabila ketiga daerah logam uji
tersebut telah diketahui besarnya maka dapat diperkirakan berapa tingkat
penurunan kekuatan bahan tersebut. Beberapa cara pengujian kekerasan
menggunakan indentor atau lekukan yang berbeda bentuk dan beberapa penerapan
pada material saat ini telah dikembangkan. Metode- metode yang digunakan itu
diantaranya adalah pengujian Brinell, Rockwell, Vickers. Penelitian ini
menggunakan pengujian kekerasan Vickers microhardness dengan standar yang
digunakan ASTM E92.
HVN (Hardness Vickers Number ) dapat ditentukan dari persamaan seperti di
bawah ini :
HVN =
1,854 xP
1,845 xP
2
d
d1 d 2
2
(4)
Di mana :
HVN : Hardness Vickers Number
P
: Beban yang diterapkan (gf)
d
: Diagonal rata-rata
5
METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Mulai
Studi Pustaka dan Studi Lapangan
Persiapan Bahan dan Alat Penelitian
Pemotongan Material
ProsesPengelasan SMAW
Arus 70 A
Arus 70 A
Arus 80 A
Arus 85 A
Arus 90 A
Pengerjaan Lanjutan Spesimen
Ujikekerasan E 92
Uji Tarik
ASTM E8
Uji Struktur
Mikro ASTM E 3
Hasil Pengujian
Analisa dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
6
UjiKomposisi
Kimia ASTM
E1257
Alat dan Bahan
Alat
Gambar 1. Mesin Las SMAW
(Lab. Inlastek 2014)
Gambar 2. Alat Uji tarik (Lab. Material UNS, 214)
Gambar 3. Alat Uji Struktur Mikro
(Lab. Material UNS, 214)
7
Gambar 4. Alat uji kekerasan (Vikers Mikrohardness) (Lab. Material UNS, 214)
Bahan
1. Aluminium paduan
Gambar 5. Aluminium paduan
Logam yang digunakan adalah Aluminium seri 6015 dengan
komposisi: Al = 98,79%, Si = 0,166%, Fe = 0,354%, Mg =