Las SMAW Shielded Metal Arc Welding Pengujian Ketangguhan

2.3 Las SMAW Shielded Metal Arc Welding 


Logam induk dalam pengelasan ini mengalami pencairan akibat pem- anasan dari busur listrik yang timbul antara ujung elektroda dan permukaan benda kerja. Busur listrik dibangkitkan dari suatu mesin las. Elektroda yang digunakan berupa kawat yang dibungkus pelindung berupa fluks. Elektroda ini selama penge- lasan akan mengalami pencairan bersama dengan logam induk dan membeku bersama menjadi bagian kampuh las. Proses pemindahan logam elektroda terjadi pada saat ujung elektroda mencair dan membentuk butir-butir yang terbawa arus busur listrik yang terjadi. Bila digunakan arus listrik besar maka butiran logam cair yang terbawa menjadi halus dan sebaliknya bila arus kecil maka butirannya menjadi besar. Pola pe- mindahan logam cair sangat mempengaruhi sifat mampu las dari logam. Logam mempunyai sifat mampu las yang tinggi bila pemindahan terjadi dengan butiran yang halus. Pola pemindahan cairan dipengaruhi oleh besar kecilnya arus dan komposisi dari bahan fluks yang digunakan. Bahan fluks yang digunakan untuk membungkus elektroda selama pengelasan mencair dan membentuk terak yang menutupi logam cair yang terkumpul di tempat sambungan dan bekerja sebagai penghalang oksidasi. Gambar 2.4 Las SMAW Wiryosumarto, 2000 12 Universitas Sumatera Utara

2.4 Elektroda

Pengelasan dengan menggunakan las busur listrik memerlukan kawat las elektroda yang terdiri dari satu inti terbuat dari logam yang dilapisi lapisan dari campuran kimia. Fungsi dari elektroda sebagai pembangkit dan sebagai bahan tambah.Elektroda terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang berselaput fluks dan tidak berselaput yang merupakan pangkal untuk menjepitkan tang las. Fungsi dari fluks adalah untuk melindungi logam cair dari lingkungan udara, menghasilkan gas pelindung, menstabilkan busur.

2.4.1 Elektroda Berselaput

Elektroda berselaput yang dipakai pada Ias busur listrik mempunyai perbedaan komposisi selaput maupun kawat Inti. Pelapisan fluksi pada kawat inti dapat dengah cara destrusi, semprot atau celup. Ukuran standar diameter kawat inti dari 1,5 mm sampai 7 mm dengan panjang antara 350 sampai 450 mm. Jenis- jenis selaput fluksi pada elektroda misalnya selulosa, kalsium karbonat Ca C03, titanium dioksida rutil, kaolin, kalium oksida mangan, oksida besi, serbuk besi, besi silikon, besi mangan dan sebagainya dengan persentase yang berbeda-beda, untuk tiap jenis elektroda. Tebal selaput elektroda berkisar antara 70 sampai 50 dari diameter elektroda tergantung dari jenis selaput. Pada waktu pengelasan, selaput elektroda ini akan turut mencair dan menghasilkan gas CO2 yang melindungi cairan las, busur listrik dan sebagian benda kerja terhadap udara luar. Udara luar yang men- gandung O2 dan N akan dapat mempengaruhi sifat mekanik dari logam Ias. Cairan selaput yang disebut terak akan terapung dan membeku melapisi per- mukaan las yang masih panas. 13 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.5 Bagian-bagian elektroda sumber: www.conectingwillys.blogspot.com

2.4.2 Klasifikasi Elektroda

Elektroda baja lunak dan baja paduan rendah untuk las busur listrik manu- rut klasifikasi AWS American Welding Society dinyatakan dengan tanda E XXXX yang artinya sebagai berikut: • E : menyatakan elaktroda busur listrik • XX dua angka : sesudah E menyatakan kekuatan tarik deposit las dalam ribuan Ibin 2 . • X angka ketiga : menyatakan posisi pangelasan. • angka 1 untuk pengelasan segala posisi. angka 2 untuk pengelasan posisi datar di bawah tangan • X angka keempat menyatakan jenis selaput dan jenis arus yang cocok dipakai untuk pengelasan. Contoh : E 6013 Artinya: • Kekuatan tarik minimum den deposit las adalah 60.000 Ibin2 atau 42 kg mm2 • Dapat dipakai untuk pengelasan segala posisi • Jenis selaput elektroda Rutil-Kalium dan pengelasan dengan arus AC atau DC + atau DC - 14 Universitas Sumatera Utara

2.4.3 Elektroda Baja Lunak

Dan bermacam-macam jenis elektroda baja lunak perbedaannya hanyalah pada jenis selaputnya. Sedang kan kawat intinya sama: 1. E 6010 dan E 6011 Elektroda ini adalah jenis elektroda selaput selulosa yang dapat dipakai untuk pengelesan dengan penembusan yang dalam. Pengelasan dapat pada segala posisi dan terak yang tipis dapat dengan mudah dibersihkan. Deposit las biasanya mempunyai sifat sifat mekanik yang baik dan dapat dipakai untuk pekerjaan den- gan pengujian Radiografi. Selaput selulosa dengan kebasahan 5 pada waktu pengelasan akan menghasilkan gas pelindung. E 6011 mengandung Kalium untuk mambantu menstabilkan busur listrik bila dipakai arus AC. 2. E 6012 dan E 6013 Kedua elektroda ini termasuk jenis selaput rutil yang dapat manghasilkan penembusan sedang. Keduanya dapat dipakai untuk pengelasan segala posisi, tetapi kebanyakan jenis E 6013 sangat baik untuk posisi pengelesan tegak arah ke bawah. Jenis E 6012 umumnya dapat dipakai pada ampere yang relatif lebih ting- gi dari E 6013. E 6013 yang mengandung lebih benyak Kalium memudahkan pe- makaian pada voltage mesin yang rendah. Elektroda dengan diameter kecil ke- banyakan dipakai untuk pangelasan pelat tipis. 3. E 6020 Elektroda jenis ini dapat menghasilkan penembusan las sedang dan ter- aknya mudah dilepas dari lapisan las. Selaput elektroda terutama mengandung oksida besi dan mangan. Cairan terak yang terlalu cair dan mudah mengalir menyulitkan pada pengelasan dengan posisi lain dari pada bawah tangan atau datar pada las sudut. 4. Elektroda dengan Selaput Serbuk Besi Selaput elektroda jenis E 6027, E 7014. E 7018. E 7024 dan E 7028 men- gandung serbuk besi untuk meningkatkan efisiensi pengelasan. Umumnya selaput elektroda akan lebih tebal dengan bertambahnya persentase serbuk besi. Dengan adanya serbuk besi dan bertambah tebalnya selaput akan memerlukan ampere yang lebih tinggi. 5. Elektroda Hidrogen Rendah Selaput elektroda jenis ini mengandung hydrogen yang rendah kurang dari 0,5 , sehingga deposit las juga dapat bebas dari porositas. Elektroda ini 15 Universitas Sumatera Utara dipakai untuk pengelasan yang memerlukan mutu tinggi, bebas porositas, misal- nye untuk pengelasan bejana dan pipa yang akan mengalami tekanan. Jenis-jenis elektroda hidrogen rendah misalnya E 7015, E 7016 dan E 7018. 6. Elektroda Untuk Besi Tuang Elektroda yang dipakai untuk mengelas besi tuang adalah sebagai berikut: a. Elektroda nikel Elektroda jenis ini dipakai untuk mengelas besi tuang, bila hasil las masih dikerjakan lagi dengan mesin. Elektroda nikel dapat dipakai dalam sagala posisi pengelasan. Rigi-rigi las yang dihasilkan elektroda ini pada besi tuang adalah rata dan halus bila dipakai pada pesawat las DC kutub terbalik. b. Elektroda baja Elektroda jenis ini bila dipakai untuk mengelas besi tuang akan menghasilkan deposit las yang kuat sehingga tidak dapat dikerjakan den- gan mesin. Dengan demikian elektroda ini dipakai bila hasil las tidak dik- erjakan lagi. Untuk mengelas besi tuang dengan elektroda baja dapat di- pakai pesawat las AC atau DC kutub terbalik. c. Elektroda perunggu Hasil las dengan memakai elektroda ini tahan terhadap retak, se- hingga panjang las dapat ditambah. Kawat inti dari elektroda dibuat dari perunggu fosfor dan diberi selaput yang menghasilkan busur stabil. d.Elektroda dengan Hydrogen rendah Elektroda jenis ini pada dasarnya dipakai untuk baja yang mengan- dung karbon kurang dari 1,5. Tetapi dapat juga dipakai pada pengelasan besi tuang dengan hasil yang baik. Hasil lasnya tidak dapat dikerjakan dengan mesin. 7. Elektroda untuk Aluminium. Aluminium dapat dilas listrik dengan elektroda yang dibuat dari logam yang sama. Pemilihan elektroda aluminium yang sesuai dengan pekerjaan di- dasarkan pada tabel keterangan dari pabrik yang membuatnya. Elektroda alumini- um AWS-ASTM AI-43 untuk las busur listrik adalah dengan pasawat las DC ku- tub terbalik. 8. Elektroda untuk pelapis keras Tujuan pelapis keras dari segi kondisi pemakaian yaitu agar alat atau ba- han tahan terhadap kikisan, pukulan dan tahan aus. Untuk tujuan itu maka Elek- 16 Universitas Sumatera Utara troda untuk pelapis keras dapat diklasifikasikan dalam tiga macam, antara lain se- bagai berikut: a. Elektroda tehan kikisan. Elektroda jenis ini dibuat dari tabung chrom karbida yang diisi dengan serbuk-serbuk karbida. Elektroda dengan diameter 3,25 mm - 6,5 mm dipakai peda pesawat las AC atau DC kutub terbalik. Elektroda ini dapat dipakai untuk pelapis keras permukaan pada sisi potong yang tipis, peluas lubang dan beberapa type pisau. b. Elektroda tahan pukulan. Elektroda ini dapat dipakai pada pesawat las AC atau DC kutub terbalik. Dipakai untuk pelapis keras bagian pemecah dan palu. c. Elektroda tahan keausan. Elektroda ini dibuat dari paduan-paduan non ferro yang mengan- dung Cobalt, Wolfram dan Chrom. Biasanya dipakai untuk pelapis keras permukaan katup buang dan dudukan katup dimana temperatur dan keau- san sangat tinggi.

2.4.4 Memilih Besar Arus Listrik Pengelasan

Besarnya arus listrik untuk pengelasan tergantung pada ukuran diameter dan macam elektroda las. Pada prakteknya dipilih ampere pertengahan. Sebagai contoh; untuk elektroda E 6010 ampere minimum dan maximum adalah 80 amp. sampai 120 amp. Sehingga dalam hal ini ampere pertengahan 100 amp.

2.4.4.1. Cara-cara Menyalakan Busur

Untuk mamperoleh busur yang baik di perlukan pangaturan arur ampere yang tepat sesuai dengan tipe dan ukuran elektroda, Menyalahkan busur dapat di- lakukan dengan dua cara: a. Bila pesawat Ias yang dipakai pesawat Ias AC, menyalakan busur di- lakukan dengan menggoreskan elektroda pada benda kerja. b. Untuk menyalakan busur pada pesawat Ias DC, elektroda disentuhkan. 17 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.6 Cara menyalakan busur dengan cara digoreskan dan disentuhkan. sumber : www.http-tl.ppns.ac.id

2.4.4.2 Pengaruh Panjang Busur Pada Hasil Las.

Panjang busur L Yang normal adalah kurang lebih sama dengan diameter D kawat inti elektroda: 1. Bila panjang busur tepat L = D, maka cairan elektroda akan mengalir dan mengendap dengan baik. Hasilnya rigi-rigi las yang halus dan baik, tembusan las yang baik, perpaduan dengan bahan dasar baik, percikan teraknya halus. 2. Bila busur terlalu panjang L D, maka timbul bagian-bagian yang berbentuk bola dari cairan elektroda. Hasilnya rigi-rigi las kasar, tem- busan las dangkal, percikan teraknya kasar dan keluar dari jalur las. 3. Bila busur terlalu pendek, akan sukar memeliharanya, bisa terjadi pembekuan ujung elektroda pada pengelasan. Hasilnya rigi las tidak merata, tembusan las tidak baik, percikan teraknya kasar dan berben- tuk bola.

2.4.4.3. Pengaruh Besar Arus Pengelasan

Besar arus pada pengelasan mempengaruhi hasil las. Bila arus terlalu ren- dah akan menyebabkan sukarnya penyalaan busur listrik dan busur listrik yang terjadi tidak stabil. Panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan bahan dasar sehingga hasilnya merupakan rigi-rigi las yang kecil dan tidak rata serta penembusan yang kurang dalam. Sebaliknya bila arus terlalu besar maka elektroda akan mencair terlalu cepat dan menghasilkan permukaan las yang lebih lebar dan penembusan yang dalam. Besar arus untuk pengelasan tergantung pada jenis kawat las yang dipakai, posisi pengelasan serta tebal bahan dasar. 18 Universitas Sumatera Utara

2.5 Struktur Mikro Daerah Las 


Daerah las-lasan terdiri dari tiga bagian yaitu: daerah logam las, daerah pengaruh panas atau heat affected zone, biasa disingkat menjadi HAZ dan logam induk yang tak terpengaruhi panas. 2.5.1 Daerah Logam Las Daerah logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan mencair dan kemudian membeku. Komposisi logam las terdiri dari komponen logam induk dan bahan tambah dari elektroda. Karena logam las dalam proses pengelasan ini mencair kemudian membeku, maka kemungkinan besar terjadi pemisahan komponen yang menyebabkan terjadinya struktur yang tidak homogen, ketidakhomogennya struktur akan menimbulkan struktur ferit kasar dan bainit atas yang menurunkan ketangguhan logam las. Pada daerah ini struktur mikro yang terjadi adalah struktur cor. Struktur mikro di logam las dicirikan dengan adanya struktur berbutir panjang columnar grains. Struktur ini berawal dari logam in- duk dan tumbuh ke arah tengah daerah logam las Sonawan, 2004. Gambar 2.7 Arah pembekuan dari logam las Wiryosumarto, 2000 Proses pertumbuhan dari kristal-kristal logam las yang pilar ditunjukkan secara skematik pada gambar 2.7 di atas. Titik A pada gambar adalah titik mula dari struktur pilar yang terletak dari logam induk. Titik ini tumbuh menjadi garis lebur dengan arah sama dengan sumber panas. Pada garis lebur ini sebagian dari logam dasar ikut mencair selama proses pembekuan logam las tumbuh pada butir- butir logam induk dengan sumbu kristal yang sama. Penambahan unsur paduan pada logam las menyebabkan struktur mikro cenderung berbentuk bainit dengan sedikit ferit batas butir, kedua macam struktur mikro tersebut juga dapat terben- 19 Universitas Sumatera Utara tuk, jika ukuran butir austenitnya besar. Waktu pendinginan yang lama akan meningkatkan ukuran batas butir ferit, selain itu waktu pendinginan yang lama akan menyebabkan terbentuk ferit Widmanstatten. Struktur mikro logam las bi- asanya merupakan kombinasi dari struktur mikro dibawah ini: b. Batas butir ferit, terbentuk pertama kali pada transformasi austenit-ferit bi- asanya terbentuk sepanjang batas austenit pada suhu 1000-650ºC. Gambar 2.8 Struktur mikro batas butir ferit Sonawan, 2004 c. Ferrite Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase, struktur mikro ini terbentuk pada suhu 750-650ºC di sepanjang batas butir austenit, ukuran- nya besar dan pertumbuhannya cepat sehingga memenuhi permukaan bu- tirnya. Gambar 2.9 Ferrite Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase http:www.twi-global.com d. Ferit acicular, berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil dan mem- punyai orientasi arah yang acak. Biasanya ferit acicular ini terbentuk sekitar 20 Universitas Sumatera Utara suhu 650ºC dan mempunyai ketangguhan paling tinggi dibandingkan struktur mikro yang lain. Gambar 2.10 Struktur mikro ferit acicular http:www.twi-global.com e. Bainit, merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenit dan terbentuk pada suhu 400-500ºC. Bainit mempunyai kekerasan yang lebih tinggi diband- ingkan ferit, tetapi lebih rendah dibanding martensit. Gambar 2.11 Struktur mikro bainit ASM, 1989 21 Universitas Sumatera Utara f. Martensit akan terbentuk, jika proses pengelasan dengan pendinginan sangat cepat, struktur ini mempunyai sifat sangat keras dan getas sehingga ketang- guhannya rendah. Gambar 2.12 Struktur mikro martensit Sonawan, 2004

2.5.2 Heat Affected Zone HAZ


 Daerah pengaruh panas atau heat affected zone HAZ adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis dari sambungan las. Secara visual daerah yang dekat dengan garis lebur las maka susunan struktur logamnya semakin kasar. Pada daerah HAZ terdapat tiga titik yang berbeda, titik pertama dan kedua menunjukkan temperatur pemanasan mencapai daerah berfasa austenit dan ini disebut dengan transformasi menyeluruh yang artinya struktur mikro baja mula- mula ferit+perlit kemudian bertransformasi menjadi austenit 100. Sedangkan titik ketiga menunjukkan temperatur pemanasan, daerah itu mencapai daerah berfasa ferit dan austenit dan ini yang disebut transformasi sebagian yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit berubah menjadi ferit dan austenit. 22 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.13 Transformasi fasa pada logam hasil pengelasan. Sonawan, 2004

2.5.2.1 Pengaruh Kecepatan Las Dan Besar Arus Las Terhadap Daerah HAZ

Kecepatan dan besar arus las yang dipakai sangatlah berpengaruh terhadap daerah Heat Affected Zone HAZ. Untuk kecepatan pengelasan tetap dan arus pengelasan semakin besar, maka daerah pengaruh panas HAZ semakin lebar, butir pada HAZ bertambah besar, kekerasan pada HAZ turun. Kekuatan tarik sambungan las minimum dan maksimum tergantung dari jenis elektroda las dan jenis spesimen baja yang akan dilakukan pengelasan. Untuk besar arus pengelasan tetap dan kecepatan pengelasan semakin tinggi, maka daerah pengaruh panas HAZ semakin menyempit, butir pada HAZ semakin halus, kekerasan pada HAZ turun. Kekuatan tarik sambungan las maksi- mum pada kecepatan pengelasan 200 mm per menit.

2.5.2.2 Struktur Mikro Daerah HAZ

Struktur mikro dari spesimen yang telah dilas, yang terbentuk di daerah pengaruh panas, atau HAZ ditentukan oleh komposisi kimia logam induk, atau base metal dan pola atau kecepatan pendinginan dari daerah las. Kombinasi kom- 23 Universitas Sumatera Utara posisi dan laju pendiningan dapat membentuk fasa-fasa yang sensitif terhadap timbulnya retak. Untuk logam baja, retak dingin di daerah pengaruh panas, HAZ biasanya terjadi pada daerah yang berfasa martensite. Beberapa unsur yang ditambahkan sebagai paduan akan mempertinggi sifat mampu keras baja dan dapat juga mem- pertinggi sensitifitas retak dingin. Artinya beberapa unsur yang ditambahkan akan menyebabkan logam yang dilas menjadi lebih mudah retak. Untuk itu, harus diusahakan kandungan unsure paduan tersebut dibuat serendah mungkin.

2.5.3 Logam Induk

Logam induk adalah bagian logam dasar di mana panas dan suhu penge- lasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat. Dis- amping ketiga pembagian utama tersebut masih ada satu daerah pengaruh panas, yang disebut batas las Wiryosumarto, 2000. Gambar 2.14 Perubahan sifat fisis pada sambungan las cair Malau, 2003

2.5.4 Heat Input

Pencairan logam induk dan logam pengisi memerlukan energi yang cukup. Energi yang dihasilkan dalam operasi pengelasan dihasilkan dari bermacam- macam sumber tergantung pada proses pengelasannya. Pada pengelasan busur listrik, sumber energi berasal dari listrik yang diubah menjadi energi panas. Energi panas ini sebenarnya hasil kolaborasi dari arus las, tegangan las dan kecepatan 24 Universitas Sumatera Utara pengelasan. Parameter ketiga yaitu kecepatan pengelasan ikut mempengaruhi en- ergi pengelasan karena proses pemanasannya tidak diam akan tetapi bergerak dengan kecepatan tertentu. Kualitas hasil pengelasan dipengaruhi oleh energi panas yang berarti dipengaruhi tiga parameter yaitu arus las, tegangan las dan kecepatan pengelasan. Hubungan antara ketiga parameter itu menghasilkan energi pengelasan yang ser- ing disebut heat input. Persamaan dari heat input hasil dari penggabungan ketiga parameter dapat dituliskan sebagai berikut: 2-1 Dari persamaan itu dapat dijelaskan beberapa pengertian antara lain, jika kita menginginkan masukan panas yang tinggi maka parameter yang dapat diukur yaitu arus las dapat diperbesar atau kecepatan las diperlambat. Besar kecilnya arus las dapat diukur langsung pada mesin las. Tegangan las umumnya tidak dapat diatur secara langsung pada mesin las, tetapi pengaruhnya terhadap masukan panas tetap ada. Untuk memperoleh masukan panas yang sebenarnya dari suatu proses pengelasan, persamaan satu dikalikan dengan efisiensi proses pengelasan η se- hingga persamaannya menjadi: 2-2 Untuk efisiensi masing-masing proses pengelasan dapat dilihat dari tabel 2-1 di berikut ini : Tabel 2-1. Efisiensi proses pengelasan Malau, 2003 Proses Pengelasan Efisiensi SAW Submerged Arc Welding 95 GMAW Gas Metal Arc Welding 90 FCAW Flux Cored Arc Welding 90 SMAW Shielded Metal Arc Welding 90 GTAW Gas Tungsten Arc Welding 70 25 Universitas Sumatera Utara

2.6 Pengujian Ketangguhan

Ketangguhan adalah tahanan bahan terhadap beban tumbukan atau kejutan takikan yang tajam secara drastis menurunkan ketangguhan. Tujuan utama dari pengujian impak adalah untuk mengukur kegetasan atau keuletan bahan terhadap beban tiba-tiba dengan cara mengukur energi potensial sebuah palu godam yang dijatuhkan pada ketinggian tertentu. Pengujian impak adalah pengujian dengan menggunakan beban sentakan tiba-tiba. Metode yang sering digunakan adalah metode Charpy dengan menggunakan benda uji standar. Gambar 2.15 Pengujian ketangguhan Charpy sumber : www. twi-global.com Pada pengujian pukul takik impact test digunakan batang uji yang bertakik notch. Pada metode Charpy, batang uji diletakkan mendatar dan ujung- ujungnya ditahan kearah mendatar oleh penahan yang berjarak 40 mm. Bandul akan berayun memukul batang uji tepat dibelakang takikan. Untuk pengujian ini akan digunakan sebuah mesin dimana sebuah batang dapat berayun dengan bebas. Pada ujung batang dipasang pemukul yang diberi pemberat. Batang uji diletakkan di bagian bawah mesin dan takikan tepat pada bidang lintasan pemukul. Kerja yang dilakukan untuk mematahkan benda kerja adalah: 26 Universitas Sumatera Utara W= G . L cos β - cos α ………………………………………………………2-3 dimana: W = kerja patah Joule G = beban yang digunakan kg L = panjang lengan ayun dalam m β = sudut jatuh derajat α = sudut awal derajat Dapat disimpulkan perolehan nilai ketangguhan batang uji dihitung seba- gai berikut: 2-4

2.7 Kampuh V