HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Pengaruh Filler Serbuk Zinc Terhadap Sifat Mekanik Sambungan Beda Material Pada Las Titik Antara Baja Tahan Karat Dan Aluminium.
45 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian mengenai sifat mekanik pengaruh arus pengelasan, waktu pengelasan dan pengaruh penambahan filler serbuk pada sambungan las titik dengan material feritik Stainless Steel mm dan Aluminium seri 6019 pada penelitian ini didapat hasil dari pengujian yang meliputi uji geser, dan uji kekerasan micro Vickers. Dari pengujian ini dilakukan analisis dan pembahasan guna mendapat kesimpulan yang sesuai dengan tujuan penelitiaan
4.1 Pengujian Beban Tarik-Geser (Tensile Shear Load) A. Analisis Grafis
Cara umum untuk mengetehui sifat mekanik pada suatu material yaitu dengan cara melakukan pengujian beban tarik-geser. Pada pengujian beban tarik-geser ini diberikan beban gaya statik yang meningkat secara perlahan sehingga membuat material terputus. Dilihat dari hasil rata-rata beban tarik-geser yang terdiri dari 2 sempel setiap variasinya dengan mengunakan standar pengujian ASME IX didapat hasil kekuatan las sebagai berikut
(2)
46 0
200 400 600 800 1000
0,2 0,3 0,4
Ten
si
le
sh
e
ar
l
o
ad
b
e
ar
in
g
cap
ac
ity (N
)
welding time(Secon)
ARUS 6000 ARUS 7000 ARUS 8000 ARUS 6000 ARUS 7000 ARUS 8000
Grafik 4.1 Pengaruh welding time terhahap kekuatan sambungan las titik pada material yang mengunakan filler serbuk. (garis kontinyu menunjukkan spesimen dengan filler; garis putus-putus menunjukkan spesimen tanpa filler).
Dari grafik diatas menunjukan bahwa pengaruh welding time terhadap sambungan las menunjukan semakin besar welding time dan arus akan menyebabkan panas yang sangat besar, dan panas yang ditimbulkan terlalu besar membuat filler serbuk tersebut menguap. Ketika
filler serbuk Zn menguap bukanya menjadi perantara melaikan menjadi
foit yang mengakibatkan kekuatan sambungan las tersebut menurun. Dari grafik diatas menjelaskan bahwa pada arus 6000A dengan waktu 0,2; 0,3; 0,4 detik memiliki kemampuan daya beban dukung sebesar 810,495N; 692,835N; 524,835N. Arus 7000A waktu 0,2; 0,3; 0,4 detik memiliki kemampuan daya beban dukung sebesar 730,16N; 620,93N; 547,55N. Sedangkan arus 8000A sebesar 757,63N; 573,53N; 349,77N. Pada grafik diatas menunjukan bahwa adanya penurunan yang sangat signifikan.
(3)
47 0
200 400 600 800 1000
6000 7000 8000
Ten
si
le
sh
e
ar
l
o
ad
b
e
ar
in
g
cap
ac
ity (N
)
Ampere (A)
WT 0,2 WT 0,3 WT 0,4 WT 0,2 WT 0,3 WT 0,4
Dari grafik hasil pengujian tarik geser sambungan las tanpa menggunakan filler diatas dapat diketahui bahwa pada arus 6000A bahwa pada welding time 0,2;0,3;0,4 detik memiliki kekuatan sebesar 346,34N; 485,385N; 651,38N. Arus 7000A pada welding time 0,2;0,3;0,4 memliki kekuatan sebesar 422,16N; 735,055N; 815,12N.dan pada arus 8000A memiliki kekuatan sebesar 541,81N; 430,80N; 869,265N.
Grafik 4.2 Pengaruh besar arus terhahap kekuatan sambungan las titik pada material tanpa mengunakan filler. (garis kontinyu menunjukkan spesimen dengan filler; garis putus-putus menunjukkan spesimen tanpa filler).
Berbanding lurus dengan welding time semakin besar arus dan waktu yang digunakan maka pada material yang menggunakan filler serbuk mengalami penurunan. Berbeda dengan material yang tanpa filler semakin besar arus dan waktu maka kekuatnya semakin meningkat. Dari grafik diatas dapat dilihat penambahan kekuatan yang sangat jelas.
Dari proses pengujian geser yang telah dilakukan,didapati satu jenis kegagalan sambungan las pada setiap variasi variasi parameter spesimen uji yaitu button pul out failur mode. Jenis kegagalan ini adalah
(4)
48
jenis kegagalan sambungan pada sambungan las tersebut. Hal ini menunjukan terdapatnya nilai daya beban dukung geser yang sangat tinggi pada sambungan las tersebut.
B. Pembahasan Uji Tarik-Geser dan Mode Kegagalannya.
Pada beberapa kasus yang terjadi pada pengujian beban geser sambungan las menerima pembebanan tarik maupun geser atau biasa disebut juga dengan Beban Tarik-Geser (Tensile Shear Load)Dari grafik 4.1 dan grafik 4.2 memperlihatkan pengaruh variasi welding time dan arus pada material yang ditembahi dengan serbuk filler seng bahwa sanya semakin besar arus dan bertambahnya waktu pengelasan maka berpengaruh pada kekuatan sambungan las yang menurun. Hal ini dikarenakan semakin panas hambatan yang dihasilkan maka serbuk seng akan mencair dan melebar dikarenakan tidak adanya lokator atau pembatas cairan sehingga menjadi lubang yang mengakibatkan kekuatan tarik gesernya menurun.
Gambar 4.1 foto mikro nugget SS dan ZN yang menunjukan Banyak lubang
Berbanding terbalik dengan material yang tanpa menggunakan filler yang dimana ditenggah spesimen tidak ada ganjalan berupa filler yang
(5)
49
mengakibatkan penampang rata, sehingga pada saat pengelasan tidak ada lubang yang muncul yang mengakibatkan kakuatan geser nya meningkat. Hal ini dapat dilihat pada grafik 4.1 dan grafik 4.2 diatas.
Analisa pada grafis material tanpa filler menunjukan bahwa pengaruh arus terhadap kapasitas beban tarik geser dari sambungan las titik, dapat diketahui semakin besar arus yang diberikan maka semakin besar pula kapasitas beban tarik geser yang dihasilkan. Dari rumus heat input (H)
H = I².R.t...(4.1)
Kuadrat arus berbanding lurus terhadap masukan panas (heat input). Sehingga arus yang besar akan mengakibatkan logam mencair dan membentuk nugget yang lebar sehinnga mengakibatkan kekuatan kapasitas beban dukung tarik geser meningkat juga (Agustriyana L,dkk.2011)
Tipe atau pola kegagalan yang terjadi pada uji geser las titik secara umum ada 2 pola kegagalan yaitu interfacial failure (IF) dan Pull out failure (PF). Interfacial failure merupakan kegagalan dalam pengelasan titik dimana terjadi kerusakan atau keretakan pada zona fusi. Sedangkan Pull out failure merupakan kegagalan dimana terjadi kerusakan pada daerah sekitar zona fusi. (Pouranvari, M. 2010)
(6)
50
Gambar 4.2 Pola kegagalan uji geser sambungan tanpa filler (A), Pola kegagalan uji geser sambungan menggunakan filler (B),
Dari gambar 4.2 pola kegagalan yang terjadi dalam penelitian ini memiliki tipe kegagalan interfacial failure. Karena kegagalan sambungan las terjadi pada zona fusi. Pada penggunaan filler, juga terjadi tipe kegagalan interfacial failure
4.2 Pengujian Micro Vicrers
A. Analisis Grafis
Pengelasan titik menyebabkan logam mengalami perubahan sifat mekanik salah satunya nilai kekuatan tekan. Logam mengalami perubahan struktur mikro untuk daerah FZ (Fusion Zone) dan HAZ (Heat Affected Zone) akibat panas yang ditimbulkan oleh aliran listrik. Distribusi kekerasan logam pada daerah FZ (Fusion Zone) memiliki nilai hampir seragam. Semakin besar kuat arus berdampak meningkatnya diameter nugget. Akan tetapi meningkatnya diameter nugget tidak berpengaruh terhadap distribusi kekerasan logam ( Haikal.2014)
(7)
51 0
50 100 150 200 250 300
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
t= 0,2 t= 0,3 t= 0,4 Pada penelitian ini menggunakan standar pengujian AWS D8.9-97 untuk pengujian kekerasan micro hardness (micro Vickres). Dengan gaya penekanan 200gf (1,916 Newton) dan waktu tekan 10 detik dengan jarak indentasi 0,4mm.
Hal yang terjadi pada penelitian adalah bahwa peningkatan arus mengakibatkan peningkatan kekerasan pada daerah nugget. Kekerasan tertinggi pada arus 6000 ampere adalah 274,1HV, pada arus 7000 ampere kekerasanya adalah 302,3HV, sedangkan pada arus 8000 ampere memiliki nilai kekerasan 326,0HV pada spesimen dengan filler serbuk.
Hal ini bisa terjadi karena sebagiian seng melebur dan menyatu dengan stainlees stell, yang mengakibatkan struktur mikro pada daerah lasan berubah sehingga menggakibatkan kekerasan daerah lasan menjadi meningkat pada material yang menggunakan filler.
(8)
52
Grafik 4.4 Nilai kekerasan pada arus 6000 A tanpa filler serbuk Zn
Grafik 4.5 Nilai kekerasan pada arus 7000 A dengan filler serbuk Zn 0
50 100 150 200 250 300 350 400
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
Tw=0,2 sec Tw=0,3 sec Tw=0,4 sec
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
t= 0,2s t= 0,3s t= 0,4s
(9)
53
Grafik 4.6 Nilai kekerasan pada arus 7000 A tanpa filler serbuk Zn
Grafik 4.7 Nilai kekerasan pada arus 8000 A dengan filler serbuk Zn 0
50 100 150 200 250 300 350 400
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
Tw=0,2 sec Tw=0,3 sec Tw=0,4 sec
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
t= 0,2s t =0,3s t= 0,4s
(10)
54
Grafik 4.8 Nilai kekerasan pada arus 8000 A tanpa filler serbuk Zn
Grafik 4.9 Nilai kekerasan pada welding time 0,2 detik dengan filler serbuk Zn
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
Tw=0,2 sec Tw=0,3 sec Tw=0,4 sec
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 8000 A
(11)
55
Grafik 4.10 Nilai kekerasan pada welding time 0,2 detik tanpa filler serbuk Zn
Grafik 4.11 Nilai kekerasan pada welding time 0,3 detik dengan filler serbuk Zn
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 8000 A
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 7000 A
(12)
56
Grafik 4.12 Nilai kekerasan pada welding time 0,3 detik tanpa filler serbuk Zn
Grafik 4.13 Nilai kekerasan pada welding time 0,4 detik dengan filler serbuk Zn
0 50 100 150 200 250 300 350 400
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 8000 A
0 50 100 150 200 250 300 350
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 8000 A
(13)
57
Grafik 4.14 Nilai kekerasan pada welding time 0,4 detik tanpa filler serbuk Zn
Nilai kekerasan spesimen tanpa menggunakan filler maupun menggunakan filler pada semua parameter pengelasan di daerah logam induk relatif sama, hal ini dikarenakan pada logam induk tidak terkena input panas sama sekali sehingga nilai kekerasan dianggap konstan. Sedangkan nilai kekerasan pada daerah HAZ dan logam las (nugget) cenderung berbeda karena input panas yang diterima setiap spesimen berbeda pula. Nilai kekerasan daerah las pada tiap parameter ditunjukkan pada tabel-tabel dibawah ini.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
rs (HV)
6000 A 7000 A 8000 A
(14)
58
Tabel 4.1 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 6000 A
6000 A Nilai Kekerasan (HVN)
Daerah Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 119 138,9 161,2
104,6 182,9 194,4 HAZ
SS 119,2 164 181
160,7 178,9 194,5 Nugget
SS 170,6 241,7 244,5
260,8 264,3 274,1 Nugget
ZN _ _ _
56,6 68,5 104 Nugget
AL 44,7 88,2 104,5
48 57,3 58,5 HAZ
AL 38,7 43,7 45,2
41,2 44,3 45,9 HAZ
AL 38,3 38,9 42,5
46,7 50,4 51,6 BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 BM AL 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2
(15)
59
Tabel 4.2 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 7000 A
7000
A Nilai Kekerasan (HVN)
Daerah Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 123,7 146,4 180,6
167,5 159,4 201,2 HAZ
SS 134,4 168,8 187,8
188,7 201,5 220,9 Nugget
SS 230,4 244,2 253
271,4 287 302,3 Nugget
ZN _ _ _
88,4 143,2 189,1 Nugget
AL 57,8 94,1 156,3
50 51,3 52,6 HAZ
AL 40,6 43,1 45,3
43,8 45,4 50,7 HAZ
AL 39,2 39,6 43,8
47,1 48,9 51,4 BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 BM AL 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2
(16)
60
Tabel 4.3 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 8000 A
8000 A Nilai Kekerasan (HVN) Daerah
Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 151,6 182,9 205,8
255,7 256,5 238,3 HAZ
SS 212,7 211 226,2
201,1 232,4 265,2 Nugget
SS 294,4 305,3 335
301,6 313,4 326 Nugget
ZN _ _ _
174,2 181,6 239,9 Nugget
AL 96,3 173,1 177,8
51,5 53,6 55,4 HAZ
AL 49 50,8 52,1
50,2 48,2 51,8 HAZ
AL 41 49,1 49,5
46,8 51,3 54,9 BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 BM AL 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2
B. Pembahasan pengujian Micro Vicrers
Dari grafik diatas menunjukan tingginya nilai kekerasan pada logam las disebabkan karena pada daerah ini merupakan daerah yang paling besar menerima masukan panas kemudian disusul daerah HAZ dan daerah logam induk yang tidak terkena panas. Diketahui bahwa daerah yang menerima panas tinggi dan pendinginan cepat akan mengalami perubahan fasa dan struktur mikro.
(17)
61
Nilai kekerasan yang tertinggi pada logam las terlihat pada spesimen yang menggunakan filler serbuk. Dikarenakan butiran struktur mikro pada material dengan filler lebih halus dibanding dengan material tanpa filler. Menurut Joko Waluyo ( 2013 ) dengan menggunakan metode hyen semakin kecil butiran pada struktur mikro maka kekerasanya semakin besar bila dibandingkan dengan butiran yang besar.
(B)
(A)
Gambar 4.3 Perbandingan foto mikro pada daerah logam las. (A) dengan filler, (B) tanpa filler
Hasanbasoglu,A. Dkk (2006) mengatakan bahwa keuletan merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kualitas sambungan las titik. Sedangkan keuletan pada hasil pengelasan tahanan listrik ditentukan berdasarkan komposisi kimia logam induk material, pengaruh panas yang tinggi, dan kecepatan pendinginan pada komposisi material tersebut. Diagram Schaffler umumnya digunakan untuk memperkirakan struktur mikro logam las.
(18)
62
Gambar 4.4 Diagram Schaffler
Diagram Schaffler (gambar 4.4) dapat digunakan untuk memperkirakan perubahan fase yang terjadi berdasarkan komposisi kimia. Diagram Schaffler menggunakan perhitungan khrom (Cr) ekuivalen dan Nikel (Ni) ekuivalen dalam menentukan titik awal fase dari logam induk masing-masing material. Dalam penelitian ini unsur khrom yang terkandung dalam baja tahan karat sebesar 16, 65755 %. dari diagram
Schaffler (gambar 4.4) dapat dikatakan logam las baja tahan karat
mendekati fasa ferrite.
Amaya, S. (2013). Pernah melakukan penelitian yang berfokus pada alumunium seri 6000 Dalam penelitiannya tentang kekerasan berbagai seri paduan Aluminium, hasilnya dapat dilihat bahwa nilai kekerasan paling tinggi Aluminium seri 6082 terdapat pada daerah fusion
zone (nugget) kemudian disusul daerah HAZ dan Base Metal (logam
(1)
57
Grafik 4.14 Nilai kekerasan pada welding time 0,4 detik tanpa filler serbuk Zn
Nilai kekerasan spesimen tanpa menggunakan filler maupun menggunakan filler pada semua parameter pengelasan di daerah logam induk relatif sama, hal ini dikarenakan pada logam induk tidak terkena input panas sama sekali sehingga nilai kekerasan dianggap konstan. Sedangkan nilai kekerasan pada daerah HAZ dan logam las (nugget) cenderung berbeda karena input panas yang diterima setiap spesimen berbeda pula. Nilai kekerasan daerah las pada tiap parameter ditunjukkan pada tabel-tabel dibawah ini.
0 50 100 150 200 250 300
H
ar
d
n
e
ss Vi
cke
6000 A 7000 A 8000 A
(2)
58
Tabel 4.1 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 6000 A 6000 A Nilai Kekerasan (HVN)
Daerah Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 119 138,9 161,2
104,6 182,9 194,4 HAZ
SS 119,2 164 181
160,7 178,9 194,5 Nugget
SS 170,6 241,7 244,5
260,8 264,3 274,1 Nugget
ZN _ _ _
56,6 68,5 104
Nugget
AL 44,7 88,2 104,5
48 57,3 58,5
HAZ
AL 38,7 43,7 45,2
41,2 44,3 45,9 HAZ
AL 38,3 38,9 42,5
46,7 50,4 51,6
BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4
(3)
59 A
Daerah Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec
Tw=0,2 sec
Tw=0,3 sec
Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 123,7 146,4 180,6
167,5 159,4 201,2 HAZ
SS 134,4 168,8 187,8
188,7 201,5 220,9 Nugget
SS 230,4 244,2 253
271,4 287 302,3
Nugget
ZN _ _ _
88,4 143,2 189,1 Nugget
AL 57,8 94,1 156,3
50 51,3 52,6
HAZ
AL 40,6 43,1 45,3
43,8 45,4 50,7 HAZ
AL 39,2 39,6 43,8
47,1 48,9 51,4
BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4
(4)
60
Tabel 4.3 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 8000 A 8000 A Nilai Kekerasan (HVN)
Daerah Las
Non Filler Filler
Tw=0,2 sec Tw=0,3 sec Tw=0,4 sec Tw=0,2 sec Tw=0,3 sec Tw=0,4 sec BM SS 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 160,4 BM SS 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 166,6 HAZ
SS 151,6 182,9 205,8
255,7 256,5 238,3 HAZ
SS 212,7 211 226,2
201,1 232,4 265,2 Nugget
SS 294,4 305,3 335
301,6 313,4 326 Nugget
ZN _ _ _
174,2 181,6 239,9 Nugget
AL 96,3 173,1 177,8
51,5 53,6 55,4 HAZ
AL 49 50,8 52,1
50,2 48,2 51,8 HAZ
AL 41 49,1 49,5
46,8 51,3 54,9
BM AL 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4 43,4
BM AL 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2 42,2
B. Pembahasan pengujian Micro Vicrers
Dari grafik diatas menunjukan tingginya nilai kekerasan pada logam las disebabkan karena pada daerah ini merupakan daerah yang paling besar menerima masukan panas kemudian disusul daerah HAZ dan daerah logam induk yang tidak terkena panas. Diketahui bahwa daerah yang menerima panas tinggi dan pendinginan cepat akan mengalami perubahan fasa dan struktur mikro.
(5)
61
mikro pada material dengan filler lebih halus dibanding dengan material tanpa filler. Menurut Joko Waluyo ( 2013 ) dengan menggunakan metode hyen semakin kecil butiran pada struktur mikro maka kekerasanya semakin besar bila dibandingkan dengan butiran yang besar.
(B)
(A)
Gambar 4.3 Perbandingan foto mikro pada daerah logam las. (A) dengan filler, (B) tanpa filler
Hasanbasoglu,A. Dkk (2006) mengatakan bahwa keuletan merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kualitas sambungan las titik. Sedangkan keuletan pada hasil pengelasan tahanan listrik ditentukan berdasarkan komposisi kimia logam induk material, pengaruh panas yang tinggi, dan kecepatan pendinginan pada komposisi material tersebut. Diagram Schaffler umumnya digunakan untuk memperkirakan struktur mikro logam las.
(6)
62
Gambar 4.4 Diagram Schaffler
Diagram Schaffler (gambar 4.4) dapat digunakan untuk memperkirakan perubahan fase yang terjadi berdasarkan komposisi kimia. Diagram Schaffler menggunakan perhitungan khrom (Cr) ekuivalen dan Nikel (Ni) ekuivalen dalam menentukan titik awal fase dari logam induk masing-masing material. Dalam penelitian ini unsur khrom yang terkandung dalam baja tahan karat sebesar 16, 65755 %. dari diagram Schaffler (gambar 4.4) dapat dikatakan logam las baja tahan karat mendekati fasa ferrite.
Amaya, S. (2013). Pernah melakukan penelitian yang berfokus pada alumunium seri 6000 Dalam penelitiannya tentang kekerasan berbagai seri paduan Aluminium, hasilnya dapat dilihat bahwa nilai kekerasan paling tinggi Aluminium seri 6082 terdapat pada daerah fusion zone (nugget) kemudian disusul daerah HAZ dan Base Metal (logam induk).