ANALISIS PENGARUH PEMOTONGAN PLASMA FLAME CUTTING BAJA PLAT JIS G 3101 SS 400 TERHADAP KEKUATAN TARIKNYA
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
ANALISIS PENGARUH PEMOTONGAN PLASMA F LAME CUTTING
BAJA PLAT JIS G 3101 SS 400 TERHADAP KEKUATAN TARIKNYA
Sahlan
Jurusan Teknik Mesin S1 STT-PLN
Email: [email protected]
Abstrak
Pada analisis pengaruh pemotongan plasma flame cutting pada baja lembaran JIS G 3101 SS 400
untuk memenuhi kebutuhan atau persyaratan standar teknik Client Spesification. Metoda uji tarik
yang dipergunakan dalam menganalisis mempergunakan standar
JIS Z 2241, dan untuk
pemotongan flame menggunakan perbandingan gas (LPG) dan oksigen yaitu 0,5 kg/cm2 dan 30
kg/cm2 dan untuk pemotongan dengan plasma menggunkan 80 volt. Dari hasil analisis uji tarik 50
baja plat JIS G 3101 SS 400 kemudian dilakukan pendekatan (approximate) nilai modulus
elastisitasnya, karena harga ini yang umum dipergunakan dalam standar desain rancang bangun
konstruksi baja di industri. Dan hasilnya tentunya merupakan standar teknik Client Specification
yang diharapkan.
Kata Kunci: client specification; JIS G 3101 SS 400; modulus elastisitas; plasma flame cutting
Pendahuluan
Dalam kegiatan rancang bangun konstruksi baja di industri, dalam prosedur pemilihan bahan konstruksi,
pemilihan jenis material sudah ditentukan sebelumnya dalam client specification di bab material.Namun mengingat
ketersediaan bahan dipasar yang sering susah ditemukan, maka pada umumnya dilakukan permintaan dengan
material yang equivalent. Demikian halnya yang sering terjadi pada pemakaian material seperti JIS 3101 SS 400
ini. Hal ini biasanya diperlukan SQ/TQ untuk approval client.
Yang unum diperlukan SQ/TQ untuk approval client untuk material JIS 3101 SS 400 biasanya nilai modulus
elastisitas, E. Untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas dilakukan uji tarik ( tensile tress test), karena nilai E
diperoleh dari hasil perbandingan dari hasil uji tarik regangan ( ) terhadap tegangannya (σ). Metoda uji tarik yang
dipergunakan dalam menganalisis JIS G 3101 SS 400 disini mempergunakan standar JIS Z 2241, yang mana
metoda ini sering dipergunakan di Jepang untuk material JIS G 3101 SS 400.
Dalam standar laik pakai, sebelum suatu material dipakai dan untuk memenuhi client specification maka
terlebih dahulu bahan harus diuji kelaikannya. Uji kelaikan yang baik mengacu pada metoda uji sesuai yang dipakai
oleh pabriknya, sehingga tidak terjadi penyimpangan penafsiran dalam penteraannya. Dan hasil uji kelaikan minimal
harus mendekati standar produk pabriknya yang sudah merupakan jaminan standar mutunya. Maka untuk itu dalam
studi kasus ini dilakukan pengujian tarik untuk melihat pengaruh mekanisnya setelah JIS 3101 SS 400 dilakukan
pemotoingan dengan plasma flame cutting.
Studi Pustaka
JIS G 3101 SS 400
Material JIS G 3101 adalah merupakan standar material: Seri SS 400 adalah originalitas dibuat tidak untuk
pemakaian proses pengelasan (Welding process application ). Ini dibuktikan dengan rentang kadar komposisi kimia
yang lebar. IMHO. Chemical composition yg diatur di JIS terlalu lebar krn tidak tertulis secara rinci namun yang
jelas kadar C, Si, dan Mn tercantum didalamnya.
1. Di jepang sendiri ada grade steel khusus untuk structural work yang menggunakan welding.
2. SS400 tidak mencantumkan heat resistance properties, jadi untuk structural work yang terpapar panas dan
membutuhkan justifikasi engineering untuk menentukan ketahanannya material ini tidak direkomendasikan.
Contoh Boiler Casing, boiler inlet duct dll.
Material JIS 3101 SS 400 merupakan baja produksi Jepang katagori Rolled Steel for general structure dengan
standar JIS (Japanese Industrial Standard), yang mempunyai spesifikasi standar mekanis, Tensile: 400 – 510 Mpa,
Yield: min 235 Mpa dan Elongation: min 21%. Dan bila dibandingkan dengan material ASTM A36, tensile: 400 –
550 Mpa, Yield: min 250 Mpa, elongation: min 20%. Jadi dalam hal kekuatan mekanisnya, material ASTM A36
mempunyai eqivalen standar yang sama dengan JIS 3101 SS 400. American ASTM A36 merupakan – „Carbon
Structural Steel‟. Sehingga pada kondisi tertentu apabila sangat sulit diperoleh material JIS γ101 SS 400 maka
alternatifnya dapat menggunakan material ASTM A36 atau sebaliknya, dalam mendesain suatu project rancang
M-253
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
bangun dan rekayasa konstruksi baja. Material ASTM A36 untuk aplikasi non critical/ tertiary item pada struktural,
dan seorang designer menghitung kekuaan struktural dengan melihat mechanical propertiesnya dan safety factor.
SS 400 tidak disyaratkan dalam komposisi kimia, namun dalam A36 disyaratkan untuk maksimum 0,26% C
"
dan 0,40% Si. Untuk ketebalan plat lebih dari 3 4 sampai dengan 1,η”(β0 sampai dengan 40 mm), kandungannya
maksimum 0,80-1,20% Mn demikian pula untuk A36. Standar Jepan, JIS G 3101 meliputi 4 grades baja yaitu: SS
330, SS 400, SS490 dan SS 540, dimana standar SS untuk baja struktur dan satuan kekuatan tariknya dalam N/mm 2.
Ada tiga jenis utama yang tidak dikatagorikan dalam kandungan kimianya terkecuali untuk SS 540 yaitu maksimum
0,30% C dan 1,60% MN.
Plasma cutting
Metoda plasma cutting adalah sistem pemotongan logam dengan menggunakan preheating (pada sisi kanankiri) daerah pemotongan dan kemudian menggunakan busur listrik sebagai torch plasma untuk pemotongan logam
(Gambar 1). Atau pada sisi potongan ditekan udara tekanan tinggi yang menghasilkan slag jet (Gambar 2). Suhu
plasma cutting sangat panas, berada dalam kisaran dari 15.000 derajat Celcius.
Gambar 1. Torch plasma cutting
Gambar 2. Slag jet flame cutting
M-254
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Hukum hooke
Suatu batang logam berbentuk silindris mendapat beban tarik searah sumbunya maka akan terjadi pemuluran ( ):
panjang batang mm
Dimana:
F Gaya tarik Newton
l
Fxl
mm
AE
(1)
N / mm
2
A Luas penampang batang mm
E Modulus Elastisitas
2
Gambar 3 merupakan diagram uji tarik (tensile test diagram)
Gambar 3. Diagram uji tarik
Metodologi Penelitian
Gambar 4 adalah sample dari Material JIS G 3101 SS 400 dengan ukuran tebal, lebar dan panjang masingmasing 4 cm, 5 cm dan 10 cm. Uji tarik yang dilakukan sesuai dengan standar uji JIS Z 2241, dengan ukuran
spesimen seperti pada Gambar 5.
Gambar 4. Bahan untuk spesimen uji
M-255
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Gambar 5. Spesimen uji tarik
Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian
Dimensi (mm)
No
Lebar
25.16
25.22
25.30
25.14
25.19
25.09
1
2
3
4
5
6
Tebal
5.93
5.94
6.01
5.84
5.99
5.80
Tabel 1. Hasil uji sample tidak diplasma cutting
σy
σu
Ao
Fy
Fm
2
2
2
2
(mm ) (kN) (kN) N/mm
Kgf/mm N/mm
Kgf/mm2
ε
(%)
Kode
149.20
149.81
152.05
146.82
150.89
145.52
40.0
40.0
40.0
42.0
40.0
42.0
1
2
3
I
II
III
55
56
57
52
52
51
69
70
72
70
70
69
369
374
375
354
345
350
37.6
38.1
38.2
36.1
35.1
35.7
462
467
474
477
464
474
47.1
47.6
48.3
48.6
47.3
48.3
Tabel 2. Hasil Uji sample diplasma cutting
No
1
2
3
4
5
6
Dimensi (mm)
Lebar
25.16
25.22
25.30
25.14
25.19
25.09
Tebal
5.93
5.94
6.01
5.84
5.99
5.80
σy
σu
Ao
(mm2)
Fy
(kN)
Fm
(kN)
N/mm
149.20
149.81
152.05
146.82
150.89
145.52
55
56
57
52
52
51
69
70
72
70
70
69
349
367
368
368
356
350
2
Kode
N/mm
ε
(%)
462
460
460
460
464
460
40.0
40.0
40.0
42.0
40.0
42.0
1
2
3
I
II
III
2
Tabel di atas merupakan pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik, standar ukuran spesimen adalah JIS Z
2241, dengan ukuran spesimen sebagai berikut.
Keterangan:
Pelat yang digunakan tebalnya adalah 6mm
Ao
= Luas Penampang
Fy
= Beban luluh
Fm
= Beban Tarik
ε
= Elongasi
σy
= Kuat Luluh
σu
= Kuat Tarik
Dari data diatas dapat dilihat bahwa pengaruh kecepatan potong pada flame cutting terjadi penurunan
kekuatan luluh karena penurunan kecepatan potongnya, untuk pemotongan menggunakan plasma cutting nilai kuat
luluh terkacil terdapat pada pemotongan dengan kecepatan yang sedang, sedang kuat luluh terbesar terjadi pada
pemotongan yang menggunakan kecapatan minimum, untuk rata-rata dari kekuatan luluh flame adalah 372,43
N/mm2 dan untuk rata-rata kekuatan luluh plasma 349,72 N/mm2, terdapat perbadaan 22.71 N/mm2. Dari
perhitungan di atas menunjukkan bahwa pemotongan menggunakan flame memiliki nilai kuat luluh yang lebih
tinggi dibanding dengan menggunakan pemotongan plasma cutting.Demikian pula hasil uji di laboratorium seperti
pada Gambar 5.
M-256
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Kesimpulan
1. Perbadaan kekuatan tarik antara pemotongan menggunkan pemotongan flame dan plasma tidak ada (jika ada
nilai relatif kecil sekitar 3,87 N/mm2)
2. Untuk nilai kuat luluh pemotongan flame lebih tinggin sekitar 22.71 N/mm2, dibanding dengan nilai kuat luluh
pemotongan plasma.
3. Bila dibandingkan dengan pelat asli ( tidak mengalami proses pemotongan dengan flame dan pemotongan
plasma), sesuai dengan nilai pada sertifikat material adanya nilai kenaikan kekuatan tariknya. Jika dilihat dari
cara pendinginannya pemotongan flame cutting sama dengan normalisasi butir kristal dan pemotongan plasma
cutting sama dengan quenching
Daftar Pustaka
Budiman, Anton dan Priambodo, Bambang, Eelemen Mesin Jilid 1 (Terjemahan dari Maschinen-Elemente, G.
Niemann), Penerbit Erlangga, Jakarta, Cetak Ulang 2013
Guy, Albert G, Physical Metallurgi for Engineers, Addison-Wesley Publishing, Company, Inc. London dan Japan
Publications Trading Company, Ltd, Tokyo, 2011
Herlambang, Bambang, Djuhana, dan Nurwasito, Bambang, Pengujian Kekuatan Tarik dan Regangan Paduan As
Cast Al-Mg Dengan Kadar
ISSN 1412-9612
ANALISIS PENGARUH PEMOTONGAN PLASMA F LAME CUTTING
BAJA PLAT JIS G 3101 SS 400 TERHADAP KEKUATAN TARIKNYA
Sahlan
Jurusan Teknik Mesin S1 STT-PLN
Email: [email protected]
Abstrak
Pada analisis pengaruh pemotongan plasma flame cutting pada baja lembaran JIS G 3101 SS 400
untuk memenuhi kebutuhan atau persyaratan standar teknik Client Spesification. Metoda uji tarik
yang dipergunakan dalam menganalisis mempergunakan standar
JIS Z 2241, dan untuk
pemotongan flame menggunakan perbandingan gas (LPG) dan oksigen yaitu 0,5 kg/cm2 dan 30
kg/cm2 dan untuk pemotongan dengan plasma menggunkan 80 volt. Dari hasil analisis uji tarik 50
baja plat JIS G 3101 SS 400 kemudian dilakukan pendekatan (approximate) nilai modulus
elastisitasnya, karena harga ini yang umum dipergunakan dalam standar desain rancang bangun
konstruksi baja di industri. Dan hasilnya tentunya merupakan standar teknik Client Specification
yang diharapkan.
Kata Kunci: client specification; JIS G 3101 SS 400; modulus elastisitas; plasma flame cutting
Pendahuluan
Dalam kegiatan rancang bangun konstruksi baja di industri, dalam prosedur pemilihan bahan konstruksi,
pemilihan jenis material sudah ditentukan sebelumnya dalam client specification di bab material.Namun mengingat
ketersediaan bahan dipasar yang sering susah ditemukan, maka pada umumnya dilakukan permintaan dengan
material yang equivalent. Demikian halnya yang sering terjadi pada pemakaian material seperti JIS 3101 SS 400
ini. Hal ini biasanya diperlukan SQ/TQ untuk approval client.
Yang unum diperlukan SQ/TQ untuk approval client untuk material JIS 3101 SS 400 biasanya nilai modulus
elastisitas, E. Untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas dilakukan uji tarik ( tensile tress test), karena nilai E
diperoleh dari hasil perbandingan dari hasil uji tarik regangan ( ) terhadap tegangannya (σ). Metoda uji tarik yang
dipergunakan dalam menganalisis JIS G 3101 SS 400 disini mempergunakan standar JIS Z 2241, yang mana
metoda ini sering dipergunakan di Jepang untuk material JIS G 3101 SS 400.
Dalam standar laik pakai, sebelum suatu material dipakai dan untuk memenuhi client specification maka
terlebih dahulu bahan harus diuji kelaikannya. Uji kelaikan yang baik mengacu pada metoda uji sesuai yang dipakai
oleh pabriknya, sehingga tidak terjadi penyimpangan penafsiran dalam penteraannya. Dan hasil uji kelaikan minimal
harus mendekati standar produk pabriknya yang sudah merupakan jaminan standar mutunya. Maka untuk itu dalam
studi kasus ini dilakukan pengujian tarik untuk melihat pengaruh mekanisnya setelah JIS 3101 SS 400 dilakukan
pemotoingan dengan plasma flame cutting.
Studi Pustaka
JIS G 3101 SS 400
Material JIS G 3101 adalah merupakan standar material: Seri SS 400 adalah originalitas dibuat tidak untuk
pemakaian proses pengelasan (Welding process application ). Ini dibuktikan dengan rentang kadar komposisi kimia
yang lebar. IMHO. Chemical composition yg diatur di JIS terlalu lebar krn tidak tertulis secara rinci namun yang
jelas kadar C, Si, dan Mn tercantum didalamnya.
1. Di jepang sendiri ada grade steel khusus untuk structural work yang menggunakan welding.
2. SS400 tidak mencantumkan heat resistance properties, jadi untuk structural work yang terpapar panas dan
membutuhkan justifikasi engineering untuk menentukan ketahanannya material ini tidak direkomendasikan.
Contoh Boiler Casing, boiler inlet duct dll.
Material JIS 3101 SS 400 merupakan baja produksi Jepang katagori Rolled Steel for general structure dengan
standar JIS (Japanese Industrial Standard), yang mempunyai spesifikasi standar mekanis, Tensile: 400 – 510 Mpa,
Yield: min 235 Mpa dan Elongation: min 21%. Dan bila dibandingkan dengan material ASTM A36, tensile: 400 –
550 Mpa, Yield: min 250 Mpa, elongation: min 20%. Jadi dalam hal kekuatan mekanisnya, material ASTM A36
mempunyai eqivalen standar yang sama dengan JIS 3101 SS 400. American ASTM A36 merupakan – „Carbon
Structural Steel‟. Sehingga pada kondisi tertentu apabila sangat sulit diperoleh material JIS γ101 SS 400 maka
alternatifnya dapat menggunakan material ASTM A36 atau sebaliknya, dalam mendesain suatu project rancang
M-253
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
bangun dan rekayasa konstruksi baja. Material ASTM A36 untuk aplikasi non critical/ tertiary item pada struktural,
dan seorang designer menghitung kekuaan struktural dengan melihat mechanical propertiesnya dan safety factor.
SS 400 tidak disyaratkan dalam komposisi kimia, namun dalam A36 disyaratkan untuk maksimum 0,26% C
"
dan 0,40% Si. Untuk ketebalan plat lebih dari 3 4 sampai dengan 1,η”(β0 sampai dengan 40 mm), kandungannya
maksimum 0,80-1,20% Mn demikian pula untuk A36. Standar Jepan, JIS G 3101 meliputi 4 grades baja yaitu: SS
330, SS 400, SS490 dan SS 540, dimana standar SS untuk baja struktur dan satuan kekuatan tariknya dalam N/mm 2.
Ada tiga jenis utama yang tidak dikatagorikan dalam kandungan kimianya terkecuali untuk SS 540 yaitu maksimum
0,30% C dan 1,60% MN.
Plasma cutting
Metoda plasma cutting adalah sistem pemotongan logam dengan menggunakan preheating (pada sisi kanankiri) daerah pemotongan dan kemudian menggunakan busur listrik sebagai torch plasma untuk pemotongan logam
(Gambar 1). Atau pada sisi potongan ditekan udara tekanan tinggi yang menghasilkan slag jet (Gambar 2). Suhu
plasma cutting sangat panas, berada dalam kisaran dari 15.000 derajat Celcius.
Gambar 1. Torch plasma cutting
Gambar 2. Slag jet flame cutting
M-254
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Hukum hooke
Suatu batang logam berbentuk silindris mendapat beban tarik searah sumbunya maka akan terjadi pemuluran ( ):
panjang batang mm
Dimana:
F Gaya tarik Newton
l
Fxl
mm
AE
(1)
N / mm
2
A Luas penampang batang mm
E Modulus Elastisitas
2
Gambar 3 merupakan diagram uji tarik (tensile test diagram)
Gambar 3. Diagram uji tarik
Metodologi Penelitian
Gambar 4 adalah sample dari Material JIS G 3101 SS 400 dengan ukuran tebal, lebar dan panjang masingmasing 4 cm, 5 cm dan 10 cm. Uji tarik yang dilakukan sesuai dengan standar uji JIS Z 2241, dengan ukuran
spesimen seperti pada Gambar 5.
Gambar 4. Bahan untuk spesimen uji
M-255
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Gambar 5. Spesimen uji tarik
Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian
Dimensi (mm)
No
Lebar
25.16
25.22
25.30
25.14
25.19
25.09
1
2
3
4
5
6
Tebal
5.93
5.94
6.01
5.84
5.99
5.80
Tabel 1. Hasil uji sample tidak diplasma cutting
σy
σu
Ao
Fy
Fm
2
2
2
2
(mm ) (kN) (kN) N/mm
Kgf/mm N/mm
Kgf/mm2
ε
(%)
Kode
149.20
149.81
152.05
146.82
150.89
145.52
40.0
40.0
40.0
42.0
40.0
42.0
1
2
3
I
II
III
55
56
57
52
52
51
69
70
72
70
70
69
369
374
375
354
345
350
37.6
38.1
38.2
36.1
35.1
35.7
462
467
474
477
464
474
47.1
47.6
48.3
48.6
47.3
48.3
Tabel 2. Hasil Uji sample diplasma cutting
No
1
2
3
4
5
6
Dimensi (mm)
Lebar
25.16
25.22
25.30
25.14
25.19
25.09
Tebal
5.93
5.94
6.01
5.84
5.99
5.80
σy
σu
Ao
(mm2)
Fy
(kN)
Fm
(kN)
N/mm
149.20
149.81
152.05
146.82
150.89
145.52
55
56
57
52
52
51
69
70
72
70
70
69
349
367
368
368
356
350
2
Kode
N/mm
ε
(%)
462
460
460
460
464
460
40.0
40.0
40.0
42.0
40.0
42.0
1
2
3
I
II
III
2
Tabel di atas merupakan pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik, standar ukuran spesimen adalah JIS Z
2241, dengan ukuran spesimen sebagai berikut.
Keterangan:
Pelat yang digunakan tebalnya adalah 6mm
Ao
= Luas Penampang
Fy
= Beban luluh
Fm
= Beban Tarik
ε
= Elongasi
σy
= Kuat Luluh
σu
= Kuat Tarik
Dari data diatas dapat dilihat bahwa pengaruh kecepatan potong pada flame cutting terjadi penurunan
kekuatan luluh karena penurunan kecepatan potongnya, untuk pemotongan menggunakan plasma cutting nilai kuat
luluh terkacil terdapat pada pemotongan dengan kecepatan yang sedang, sedang kuat luluh terbesar terjadi pada
pemotongan yang menggunakan kecapatan minimum, untuk rata-rata dari kekuatan luluh flame adalah 372,43
N/mm2 dan untuk rata-rata kekuatan luluh plasma 349,72 N/mm2, terdapat perbadaan 22.71 N/mm2. Dari
perhitungan di atas menunjukkan bahwa pemotongan menggunakan flame memiliki nilai kuat luluh yang lebih
tinggi dibanding dengan menggunakan pemotongan plasma cutting.Demikian pula hasil uji di laboratorium seperti
pada Gambar 5.
M-256
Simposium Nasional RAPI XIV - 2015 FT UMS
ISSN 1412-9612
Kesimpulan
1. Perbadaan kekuatan tarik antara pemotongan menggunkan pemotongan flame dan plasma tidak ada (jika ada
nilai relatif kecil sekitar 3,87 N/mm2)
2. Untuk nilai kuat luluh pemotongan flame lebih tinggin sekitar 22.71 N/mm2, dibanding dengan nilai kuat luluh
pemotongan plasma.
3. Bila dibandingkan dengan pelat asli ( tidak mengalami proses pemotongan dengan flame dan pemotongan
plasma), sesuai dengan nilai pada sertifikat material adanya nilai kenaikan kekuatan tariknya. Jika dilihat dari
cara pendinginannya pemotongan flame cutting sama dengan normalisasi butir kristal dan pemotongan plasma
cutting sama dengan quenching
Daftar Pustaka
Budiman, Anton dan Priambodo, Bambang, Eelemen Mesin Jilid 1 (Terjemahan dari Maschinen-Elemente, G.
Niemann), Penerbit Erlangga, Jakarta, Cetak Ulang 2013
Guy, Albert G, Physical Metallurgi for Engineers, Addison-Wesley Publishing, Company, Inc. London dan Japan
Publications Trading Company, Ltd, Tokyo, 2011
Herlambang, Bambang, Djuhana, dan Nurwasito, Bambang, Pengujian Kekuatan Tarik dan Regangan Paduan As
Cast Al-Mg Dengan Kadar