TUGAS AKHIR Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro Carbon (Fe-C) Dengan Proses SMAW.
TUGAS AKHIR
PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN
FERRO CARBON (Fe-C) DENGAN PROSES
SMAW
Disusun :
ANWAR SULISTYO
NIM : D200 050 067
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro Carbon (Fe–C) Dengan
Proses SMAW
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1
pada
Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau dublikat dari sekripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 05 Januari 2012
Yang menyatakan,
ANWAR SULISTYO
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro Carbon
(Fe-C) Dengan Proses SMAW ” , telah disetujui oleh pembibing dan
diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat S1
pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: ANWAR SULISTYO
NIM
: D200 050 067
Disetujui Pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembibing Utama
Pembibing Pendamping
Agus Hariyanto, Ir, MT.
Agus Yulianto, ST, MT.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “ Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro
Carbon (Fe-C) Dengan Proses SMAW ” telah dipertahankan di hadapan
Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat
memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: ANWAR SULISTYO
NIM
: D200 050 067
Disahkan pada :
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji :
Ketua
: Agus Hariyanto, Ir, MT.
........................
Anggota 1 : Agus Yulianto, ST, MT.
........................
Anggota 2 : Masyrukan, Ir, MT.
........................
Dekan Fakultas Teknik
Ketua Jurusan
(Agus Riyanto, Ir, MT.)
(Sartono Putro, Ir, MT.)
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
Berdasarkan surat Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Nomor 01841 / A..3-II/FT/TM/TA/ IV / 2010. Tanggal 17 April 2010
Dengan ini :
Nama
: Agus Hariyanto, Ir, MT.
Pangkat/Jabatan
: Asisten Ahli
Kedudukan
: Pembibing Utama
Memberikan Soal Tugas Akhir kepada mahasiswa :
Nama
: ANWAR SULISTYO
Nomor Induk
: D200 050 067
NIRM
:
Jurusan/Semester
: Teknik Mesin / Akhir
Judul/Topik
: PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN FERRO
CARBON (Fe-C) DENGAN PROSES SMAW
Rincian Soal/Tugas
:
- UJI FISIS
: 1. KOMPOSISI KIMIA. 2.STRUKTUR MIKRO
- UJI MEKANIK : 1. TARIK
3. BENDING
2. IMPAK
4. KEKERASAN
Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 17 April 2010
v
LEMBAR MOTTO
1. “Allah akan meninggikan orang - orang yang
beriman di antara
kamu dan orang - orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa
derajat”
(QS. Al Mujaadilah: 11)
2. “Dengan ilmu kehidupan menjadi
kehidupan menjadi terarah”
mudah, dan dengan Agama
(Dr. KH. A. Mukti Ali)
3. “Bersabarlah terhadap kekerasan seorang guru, karena kegagalan
dalam mencari ilmu terletak pada ketidaksanggupan menghadapi
hal itu”
(Imam Syafi”i)
4. “Seseorang yang mencari ilmu maka dimudahkannya jalan ke
surga”
(Al – Hadist)
5. “Carilah Ilmu sampai ke negri cina”
(Al-hadist)
6. “Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi dan pergantian
malam dan siang terdapat tanda – tanda (kebesaran Allah) bagi
orang yang berakal”
(QS. Ali-Imran : 33)
7. “Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka
apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan
sungguh-sungguh (urut) yang lain dan hanya kepada Tuhanlah
hendaknya kamu berharap”
(QS. Alam-Nasyrah : 6 - 8)
vi
PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN FERRO CARBON
(Fe-C) DENGAN PROSES SMAW
Anwar Sulistyo, Agus Hariyanto, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk Mengetahui unsur kandungan bahan
ferro carbon (Fe–C) dengan uji komposisi kimia, mengetahui struktur
mikro yang ada pada spesimen hasil las proses SMAW, mengetahui nilai
kekerasan pada bahan ferro carbon (Fe–C) dan untuk mengetahui
apakah kekuatan las bahan ferro carbon (Fe–C) proses SMAW
mempunyai nilai yang sama, lebih rendah atau lebih tinggi dari kekuatan
raw material dengan uji sifat mekanis yang dilakukan dengan uji tarik, uji
impak dan uji bending.
Dalam penelitian ini untuk mengetahui kandungan unsur kimia
berbahan ferro carbon (Fe–C) dilakukan uji komposisi kimia dengan alat
spectrometer machine, untuk mengetahui struktur mikro berbahan ferro
carbon (Fe–C) hasil las proses SMAW dengan alat Olympus Metallurgical
Microscope, untuk mengetahui kekerasan spesimen berbahan ferro
carbon (Fe–C) hasil las proses SMAW dengan alat Micro Vickers
Hardness, untuk mengetahui tegangan tarik dengan mesin uji tarik, untuk
mengetahui harga impak dengan alat Impact Charpy Machine, untuk
mengetahui tegangan bending dengan mesin uji bending. Bahan
penelitian berupa bahan ferro carbon (Fe–C), Elektroda E NiFe–C1, nitrit
acid (HNO 3 ), ampelas, autosol.
Hasil dari uji komposisi kimia diketahui bahwa kandungan unsurunsur kimia yang terdapat dalam bahan ferro carbon (Fe–C) adalah unsurunsur kimia dari klasifikasi bahan besi cor kelabu. Hasil dari Pengujian
struktur mikro spesimen material las didapatkan hasil struktur mikro yang
ada adalah grafit, ferit, perlit, dan sementit. Hasil uji kekerasan didapatkan
nilai kekerasan rata–rata daerah logam induk sebesar 224.23 VHN, logam
las 246.93 VHN, dan daerah HAZ sebesar 306.06 VHN. Hasil dari uji tarik
harga tegangan rata–rata raw material sebesar 27.6 Kg/mm 2 sedangkan
spesimen material las sebesar 23.86 Kg/mm 2 . Hasil dari uji impak harga
impak rata–rata spesimen raw material sebesar 0.0127 J/mm 2 ,
sedangkan spesimen hasil las sebesar 0.0337 J/mm 2 . Hasil dari uji
bending harga rata–rata tegangan bending raw material sebesar 29.83
Kg/mm², sedangkan spesimen hasil las sebesar 28.66 Kg/mm².
Kata kunci : ferro carbon (Fe-C), bahan, alat, uji komposisi kimia, uji
struktur mikro, uji kekerasan, uji tarik, uji impak, uji
bending.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat–Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro
Carbon (Fe-C) Dengan Proses SMAW ”, dapat terselesaikan atas
dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa
terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Agus Riyanto, Ir, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Sartono Putro, Ir, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Agus Hariyanto, Ir, MT., selaku dosen pembibing utama terima
kasih banyak telah memberikan banyak waktu, ilmu, saran,
pengarahan
dan
dorongan
serta
bimbingannya
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Agus Yulianto, ST, MT., selaku dosen pembibing pendamping
terima
kasih
yang
telah
meluangkan
waktu,
pengarahan,
bimbingan, dan pendampingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
viii
5. Seluruh Dosen yang telah banyak memberikan bekal ilmu kepada
penulis.
6. Mas Topo dan Mas Dayat, seluruh Staf Tata Usaha Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta yang telah membantu dalam administrasi.
7. Ibunda Sugiyem dan Ayahanda Cipto Suwarno tercinta yang
senantiasa dengan kebesaran hatinya memberikan dukungan dan
dorongan baik moril, materiil maupun spiritual. Terima kasih untuk
semuanya semoga kalian sehat selalu, panjang umur, banyak
rejeki, dikuatkan iman Islamya dan bisa melihat anakmu sukses
dan tidak akan kulupakan pengorbananmu yang begitu besarnya
pada anakmu ini, amin.
8. Teman – teman Teknik Mesin serta sahabatku: Agus Suprapto,
Anton, Galih, Dani, Iwan, Wahyu, Wawan, terima kasih atas
kebersamaannya selama ini.
9. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah membalas
kebaikanmu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca
akan penulis terima dengan senang hati.
Wasalammu’alaikum. Wr. Wb.
Surakarta, 11 April 2011
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Hal
Halaman Judul ......................................................................................... i
Pernyataan Keaslian Skripsi .................................................................... ii
Halaman Persetujuan .............................................................................. iii
Halaman Pengesahan ............................................................................. iv
Lembar Soal Tugas Akhir ........................................................................ v
Lembar Motto ........................................................................................... vi
Abstraksi .................................................................................................. vii
Kata Pengantar ........................................................................................ viii
Daftar Isi .................................................................................................. x
Daftar Gambar ......................................................................................... xiii
Daftar Tabel ............................................................................................. xv
Daftar Simbol ........................................................................................... xvi
Daftar Lampiran ....................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................................. 2
1.3. Manfaat Penelitian ............................................................................ 2
1.4. Rumusan Masalah ............................................................................ 3
1.5. Batasan Masalah .............................................................................. 3
1.6. Sistematika Penulisan ....................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1. Kajian Pustaka .................................................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................................. 6
2.2.1. Ferro carbon (Fe-C) .................................................................... 6
2.2.1.1. Pengaruh unsur-unsur dalam besi cor .................................. 7
2.2.1.2. Diagram Fasa Besi – Karbon ............................................... 8
2.2.2. SMAW (Shielded Metal Arc Welding) ......................................... 11
x
2.2.2.1. Bahan Fluks ......................................................................... 13
2.2.2.2. Busur Listrik dan Mesin Las .................................................. 14
2.2.3. Filler Metal ................................................................................... 16
2.2.4. Sifat Fisis dan Mekanis Material ................................................. 17
2.2.4.1. Sifat Fisis .............................................................................. 17
2.2.4.2. Sifat Mekanis ........................................................................ 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 27
3.2. Bahan Penelitian ............................................................................... 28
3.2.1. Ferro Carbon (Fe-C) ................................................................... 28
3.2.2. Elektroda Las ............................................................................... 28
3.2.3. Bahan lainnya ............................................................................. 29
3.3. Alat Pengujian ................................................................................... 29
3.3.1. Alat Uji Komposisi Kimia ............................................................. 29
3.3.2. Alat Uji Struktur Mikro ................................................................. 30
3.3.3. Alat Uji Micro Vickers Hardness .................................................. 31
3.3.4. Alat Uji Tarik ................................................................................ 32
3.3.5. Alat Uji Impak .............................................................................. 32
3.3.6. Alat Uji Bending .......................................................................... 33
3.3.7. Mesin Las SMAW ....................................................................... 33
3.3.8. Alat Uji COD ................................................................................ 34
3.3.9. Alat Bantu lainnya ....................................................................... 34
.3.4. Instalasi Penelitian ........................................................................... 35
3.4.1. Pembuatan spesimen las ............................................................ 35
3.4.2. Pembuatan spesimen untuk pengujian ....................................... 36
3.4.3. Sampel yang digunakan .............................................................. 41
3.4.4. Waktu dan Lokasi Penelitian ....................................................... 42
3.5. Prosedur Penelitian ........................................................................... 42
3.5.1. Langkah Pengujian Komposisi Kimia .......................................... 42
3.5.2. Langkah Pengujian Struktur Mikro .............................................. 43
3.5.3. Langkah Pengujian Kekerasan ................................................... 44
xi
3.5.4. Langkah Pengujian Tarik ............................................................ 44
3.5.5. Langkah Pengujian Impak ........................................................... 45
3.5.6. Langkah Pengujian Bending ....................................................... 46
3.5. Capain Hasil Pengujian ..................................................................... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Komposisi Kimia ............................................................... 48
4.1.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia ................................................ 48
4.1.2. Pembahasan Hasil Uji Komposisi Kimia ..................................... 48
4.2. Pengujian Struktur Mikro ................................................................... 49
4.2.1. Hasil PengujianStruktur Mikro ...................................................... 49
4.2.2. Pembahasan Hasil Pengujian Struktur Mikro .............................. 51
4.3. Pengujian Kekerasan ........................................................................ 52
4.3.1. Hasil Pengujian Kekerasan ......................................................... 52
4.3.2. Pembahasan Pengujian Kekerasan ............................................ 53
4.4. Pengujian Tarik ................................................................................. 54
4.4.1. Hasil Pengujian Tarik .................................................................. 54
4.4.2. Pembahasan Hasil Pengujian Tarik ............................................ 55
4.5. Pengujian Impak ............................................................................... 56
4.5.1. Hasil Pengujian Impak ................................................................ 56
4.5.2. Pembahasan Pengujian Impak ................................................... 57
4.6. Pengujian Bending ............................................................................ 57
4.6.1. Hasil Pengujian Bending ............................................................. 57
4.6.2. Pembahasan Pengujian Bending ................................................ 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 59
5.2. Saran ................................................................................................ 60
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN – LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Diagram Keseimbangan besi – karbon .............................. 9
Gambar 2.2. Las busur dengan elektroda terbungkus ............................ 12
Gambar 2.3. Pengaruh Arus Listrik terhadap Butiran Logam Cair .......... 12
Gambar 2.4. Mesin las SMAW ................................................................ 14
Gambar 2.5. Daerah Lokasi Pengamatan Struktur Mikro ....................... 18
Gambar 2.6. Vickers hardness test ......................................................... 20
Gambar 2.7. Three – Point Bend Test .................................................... 24
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ....................................................... 27
Gambar 3.2. Material ferro carbon (Fe-C) ............................................... 28
Gambar 3.3. Kawat las AWS: E NiFe-C1 ................................................ 29
Gambar 3.4. spectrometer Machine ........................................................ 30
Gambar 3.5. Olympus Metallurgical Microscope ..................................... 31
Gambar 3.6. Alat uji Micro Vickers Hardness .......................................... 31
Gambar 3.7. Mesin Uji Tarik ................................................................... 32
Gambar 3.8. Impact Charpy Machine ..................................................... 32
Gambar 3.9. Mesin Uji Bending .............................................................. 33
Gambar 3.10. Mesin las SMAW .............................................................. 33
Gambar 3.11. Alat Uji COD ..................................................................... 34
Gambar 3.12. Pembuatan Kampuh ........................................................ 35
Gambar 3.13. Proses Pengelasan .......................................................... 36
Gambar 3.14. Dimensi spesimen raw material uji tarik JIS Z 2201 ........ 39
Gambar 3.15. Dimensi spesimen hasil las uji tarik AWS B4.0 ................ 39
Gambar 3.16. Dimensi spesimen raw material uji impak JIS Z 2202 ....... 40
Gambar 3.17. Dimensi spesimen hasil las uji Impak AWS B4.0 ............. 40
Gambar 3.18. Dimensi spesimen raw material uji bending JIS 2204 ....... 41
Gambar 3.19. Dimensi spesimen hasil las uji bending AWS B4.0 ........... 41
Gambar 4.1. Foto Struktur Mikro Hasil Las daerah Logam Induk ........... 50
Gambar 4.2. Foto Struktur Mikro Hasil Las pada daerah HAZ ................ 50
Gambar 4.3. Foto Struktur Mikro Hasil Las pada daerah Logam Las ..... 51
xiii
Gambar 4.4. Histogram Perbandingan Harga Kekerasan ........................ 53
Gambar 4.5. Histogram Perbandingan Tegangan Tarik rata-rata ............ 54
Gambar 4.6. Histogram Perbandingan Regangan Tarik rata-rata............ 55
Gambar 4.7. Histogram Perbandingan Harga Impak rata-rata ................ 56
Gambar 4.8. Histogram Tegangan bending rata-rata .............................. 58
xiv
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1. Parameter Pengelasan yang digunakan ................................ 16
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia Ferro Carbon (Fe-C) ......... 48
Tabel 4.2. Data Hasil Uji Kekerasan Micro Vickers ................................. 52
Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Tarik ..................................................... 54
Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Impak ................................................... 56
Tabel 4.5. Data Hasil Pengujian Bending ............................................... 57
xv
DAFTAR SIMBOL
Simbol
P
= Beban yang diterapkan
d
= Diagonal rata – rata bekas indikator
max
= Kekuatan tarik maksimal
F
= Beban yang diberikan
A0
= Luas rata – rata dari penampang batang uji
= Regangan
[Kg]
[mm]
[Kg/mm²]
[Kg]
[mm 2 ]
[%]
Δδ
= Perpanjangan atau deformasi
[mm]
Lo
= Panjang mula – mula
[mm]
L1
= Panjang setelah patah
[mm]
E
= Modulus Elastisitas
α
= Sudut Alpha
[ ⁰]
β
= Sudut Beta
[ ⁰]
E
= Energi yang diserap
[Joule]
A
= Luas penampang di bawah takik
[mm 2 ]
[Kg/mm²]
b
= Tegangan Bending
[Kg/mm²]
Eb
= Elastisitas Bending
[Kg/mm²]
L
= Jarak tumpuan material
M
= Momen Bending
[mm]
[Kg.mm]
= Defleksi batang ketika mendapatkan beban
xvi
[mm]
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Tabel komposisi kimia ferro carbon (Fe-C) .............................................. 1
Foto spesimen hasil pengujian tarik ......................................................... 2
Foto spesimen hasil pengujian impak ..................................................... 3
Foto spesimen hasil pengujian bending .................................................. 4
Tabel hasil pengujian kekerasan ............................................................ 5
Tabel hasil pengujian tarik ..................................................................... 6
Grafik tegangan regangan hasil pengujian tarik ...................................... 7
Tabel hasil pengujian impak ................................................................... 8
Tabel hasil pengujian bending ............................................................... 9
Grafik pengujian bending ........................................................................ 10
Standart ASTM E351 .............................................................................. 11
Standart ASTM E3 .................................................................................. 12
Standart ASTM E92 ................................................................................ 13
Standart JIS Z 2201 ................................................................................. 14
Standart JIS Z 2202 ................................................................................ 15
Standart JIS Z 2204 ................................................................................ 16
Standart AWS B4.0 ................................................................................. 17
Standart AWS A2.4-98 ............................................................................ 18
Elektroda las E NiFe-C1 ......................................................................... 19
Konversi Satuan ...................................................................................... 20
xvii
PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN
FERRO CARBON (Fe-C) DENGAN PROSES
SMAW
Disusun :
ANWAR SULISTYO
NIM : D200 050 067
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro Carbon (Fe–C) Dengan
Proses SMAW
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1
pada
Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau dublikat dari sekripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 05 Januari 2012
Yang menyatakan,
ANWAR SULISTYO
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro Carbon
(Fe-C) Dengan Proses SMAW ” , telah disetujui oleh pembibing dan
diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat S1
pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: ANWAR SULISTYO
NIM
: D200 050 067
Disetujui Pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembibing Utama
Pembibing Pendamping
Agus Hariyanto, Ir, MT.
Agus Yulianto, ST, MT.
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “ Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro
Carbon (Fe-C) Dengan Proses SMAW ” telah dipertahankan di hadapan
Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat
memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
: ANWAR SULISTYO
NIM
: D200 050 067
Disahkan pada :
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji :
Ketua
: Agus Hariyanto, Ir, MT.
........................
Anggota 1 : Agus Yulianto, ST, MT.
........................
Anggota 2 : Masyrukan, Ir, MT.
........................
Dekan Fakultas Teknik
Ketua Jurusan
(Agus Riyanto, Ir, MT.)
(Sartono Putro, Ir, MT.)
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
Berdasarkan surat Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Nomor 01841 / A..3-II/FT/TM/TA/ IV / 2010. Tanggal 17 April 2010
Dengan ini :
Nama
: Agus Hariyanto, Ir, MT.
Pangkat/Jabatan
: Asisten Ahli
Kedudukan
: Pembibing Utama
Memberikan Soal Tugas Akhir kepada mahasiswa :
Nama
: ANWAR SULISTYO
Nomor Induk
: D200 050 067
NIRM
:
Jurusan/Semester
: Teknik Mesin / Akhir
Judul/Topik
: PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN FERRO
CARBON (Fe-C) DENGAN PROSES SMAW
Rincian Soal/Tugas
:
- UJI FISIS
: 1. KOMPOSISI KIMIA. 2.STRUKTUR MIKRO
- UJI MEKANIK : 1. TARIK
3. BENDING
2. IMPAK
4. KEKERASAN
Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 17 April 2010
v
LEMBAR MOTTO
1. “Allah akan meninggikan orang - orang yang
beriman di antara
kamu dan orang - orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa
derajat”
(QS. Al Mujaadilah: 11)
2. “Dengan ilmu kehidupan menjadi
kehidupan menjadi terarah”
mudah, dan dengan Agama
(Dr. KH. A. Mukti Ali)
3. “Bersabarlah terhadap kekerasan seorang guru, karena kegagalan
dalam mencari ilmu terletak pada ketidaksanggupan menghadapi
hal itu”
(Imam Syafi”i)
4. “Seseorang yang mencari ilmu maka dimudahkannya jalan ke
surga”
(Al – Hadist)
5. “Carilah Ilmu sampai ke negri cina”
(Al-hadist)
6. “Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi dan pergantian
malam dan siang terdapat tanda – tanda (kebesaran Allah) bagi
orang yang berakal”
(QS. Ali-Imran : 33)
7. “Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka
apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan
sungguh-sungguh (urut) yang lain dan hanya kepada Tuhanlah
hendaknya kamu berharap”
(QS. Alam-Nasyrah : 6 - 8)
vi
PENELITIAN KEKUATAN LAS BERBAHAN FERRO CARBON
(Fe-C) DENGAN PROSES SMAW
Anwar Sulistyo, Agus Hariyanto, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk Mengetahui unsur kandungan bahan
ferro carbon (Fe–C) dengan uji komposisi kimia, mengetahui struktur
mikro yang ada pada spesimen hasil las proses SMAW, mengetahui nilai
kekerasan pada bahan ferro carbon (Fe–C) dan untuk mengetahui
apakah kekuatan las bahan ferro carbon (Fe–C) proses SMAW
mempunyai nilai yang sama, lebih rendah atau lebih tinggi dari kekuatan
raw material dengan uji sifat mekanis yang dilakukan dengan uji tarik, uji
impak dan uji bending.
Dalam penelitian ini untuk mengetahui kandungan unsur kimia
berbahan ferro carbon (Fe–C) dilakukan uji komposisi kimia dengan alat
spectrometer machine, untuk mengetahui struktur mikro berbahan ferro
carbon (Fe–C) hasil las proses SMAW dengan alat Olympus Metallurgical
Microscope, untuk mengetahui kekerasan spesimen berbahan ferro
carbon (Fe–C) hasil las proses SMAW dengan alat Micro Vickers
Hardness, untuk mengetahui tegangan tarik dengan mesin uji tarik, untuk
mengetahui harga impak dengan alat Impact Charpy Machine, untuk
mengetahui tegangan bending dengan mesin uji bending. Bahan
penelitian berupa bahan ferro carbon (Fe–C), Elektroda E NiFe–C1, nitrit
acid (HNO 3 ), ampelas, autosol.
Hasil dari uji komposisi kimia diketahui bahwa kandungan unsurunsur kimia yang terdapat dalam bahan ferro carbon (Fe–C) adalah unsurunsur kimia dari klasifikasi bahan besi cor kelabu. Hasil dari Pengujian
struktur mikro spesimen material las didapatkan hasil struktur mikro yang
ada adalah grafit, ferit, perlit, dan sementit. Hasil uji kekerasan didapatkan
nilai kekerasan rata–rata daerah logam induk sebesar 224.23 VHN, logam
las 246.93 VHN, dan daerah HAZ sebesar 306.06 VHN. Hasil dari uji tarik
harga tegangan rata–rata raw material sebesar 27.6 Kg/mm 2 sedangkan
spesimen material las sebesar 23.86 Kg/mm 2 . Hasil dari uji impak harga
impak rata–rata spesimen raw material sebesar 0.0127 J/mm 2 ,
sedangkan spesimen hasil las sebesar 0.0337 J/mm 2 . Hasil dari uji
bending harga rata–rata tegangan bending raw material sebesar 29.83
Kg/mm², sedangkan spesimen hasil las sebesar 28.66 Kg/mm².
Kata kunci : ferro carbon (Fe-C), bahan, alat, uji komposisi kimia, uji
struktur mikro, uji kekerasan, uji tarik, uji impak, uji
bending.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat–Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Penelitian Kekuatan Las Berbahan Ferro
Carbon (Fe-C) Dengan Proses SMAW ”, dapat terselesaikan atas
dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa
terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Agus Riyanto, Ir, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Sartono Putro, Ir, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Agus Hariyanto, Ir, MT., selaku dosen pembibing utama terima
kasih banyak telah memberikan banyak waktu, ilmu, saran,
pengarahan
dan
dorongan
serta
bimbingannya
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Agus Yulianto, ST, MT., selaku dosen pembibing pendamping
terima
kasih
yang
telah
meluangkan
waktu,
pengarahan,
bimbingan, dan pendampingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
viii
5. Seluruh Dosen yang telah banyak memberikan bekal ilmu kepada
penulis.
6. Mas Topo dan Mas Dayat, seluruh Staf Tata Usaha Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta yang telah membantu dalam administrasi.
7. Ibunda Sugiyem dan Ayahanda Cipto Suwarno tercinta yang
senantiasa dengan kebesaran hatinya memberikan dukungan dan
dorongan baik moril, materiil maupun spiritual. Terima kasih untuk
semuanya semoga kalian sehat selalu, panjang umur, banyak
rejeki, dikuatkan iman Islamya dan bisa melihat anakmu sukses
dan tidak akan kulupakan pengorbananmu yang begitu besarnya
pada anakmu ini, amin.
8. Teman – teman Teknik Mesin serta sahabatku: Agus Suprapto,
Anton, Galih, Dani, Iwan, Wahyu, Wawan, terima kasih atas
kebersamaannya selama ini.
9. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah membalas
kebaikanmu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca
akan penulis terima dengan senang hati.
Wasalammu’alaikum. Wr. Wb.
Surakarta, 11 April 2011
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Hal
Halaman Judul ......................................................................................... i
Pernyataan Keaslian Skripsi .................................................................... ii
Halaman Persetujuan .............................................................................. iii
Halaman Pengesahan ............................................................................. iv
Lembar Soal Tugas Akhir ........................................................................ v
Lembar Motto ........................................................................................... vi
Abstraksi .................................................................................................. vii
Kata Pengantar ........................................................................................ viii
Daftar Isi .................................................................................................. x
Daftar Gambar ......................................................................................... xiii
Daftar Tabel ............................................................................................. xv
Daftar Simbol ........................................................................................... xvi
Daftar Lampiran ....................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................................. 2
1.3. Manfaat Penelitian ............................................................................ 2
1.4. Rumusan Masalah ............................................................................ 3
1.5. Batasan Masalah .............................................................................. 3
1.6. Sistematika Penulisan ....................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1. Kajian Pustaka .................................................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................................. 6
2.2.1. Ferro carbon (Fe-C) .................................................................... 6
2.2.1.1. Pengaruh unsur-unsur dalam besi cor .................................. 7
2.2.1.2. Diagram Fasa Besi – Karbon ............................................... 8
2.2.2. SMAW (Shielded Metal Arc Welding) ......................................... 11
x
2.2.2.1. Bahan Fluks ......................................................................... 13
2.2.2.2. Busur Listrik dan Mesin Las .................................................. 14
2.2.3. Filler Metal ................................................................................... 16
2.2.4. Sifat Fisis dan Mekanis Material ................................................. 17
2.2.4.1. Sifat Fisis .............................................................................. 17
2.2.4.2. Sifat Mekanis ........................................................................ 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 27
3.2. Bahan Penelitian ............................................................................... 28
3.2.1. Ferro Carbon (Fe-C) ................................................................... 28
3.2.2. Elektroda Las ............................................................................... 28
3.2.3. Bahan lainnya ............................................................................. 29
3.3. Alat Pengujian ................................................................................... 29
3.3.1. Alat Uji Komposisi Kimia ............................................................. 29
3.3.2. Alat Uji Struktur Mikro ................................................................. 30
3.3.3. Alat Uji Micro Vickers Hardness .................................................. 31
3.3.4. Alat Uji Tarik ................................................................................ 32
3.3.5. Alat Uji Impak .............................................................................. 32
3.3.6. Alat Uji Bending .......................................................................... 33
3.3.7. Mesin Las SMAW ....................................................................... 33
3.3.8. Alat Uji COD ................................................................................ 34
3.3.9. Alat Bantu lainnya ....................................................................... 34
.3.4. Instalasi Penelitian ........................................................................... 35
3.4.1. Pembuatan spesimen las ............................................................ 35
3.4.2. Pembuatan spesimen untuk pengujian ....................................... 36
3.4.3. Sampel yang digunakan .............................................................. 41
3.4.4. Waktu dan Lokasi Penelitian ....................................................... 42
3.5. Prosedur Penelitian ........................................................................... 42
3.5.1. Langkah Pengujian Komposisi Kimia .......................................... 42
3.5.2. Langkah Pengujian Struktur Mikro .............................................. 43
3.5.3. Langkah Pengujian Kekerasan ................................................... 44
xi
3.5.4. Langkah Pengujian Tarik ............................................................ 44
3.5.5. Langkah Pengujian Impak ........................................................... 45
3.5.6. Langkah Pengujian Bending ....................................................... 46
3.5. Capain Hasil Pengujian ..................................................................... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Komposisi Kimia ............................................................... 48
4.1.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia ................................................ 48
4.1.2. Pembahasan Hasil Uji Komposisi Kimia ..................................... 48
4.2. Pengujian Struktur Mikro ................................................................... 49
4.2.1. Hasil PengujianStruktur Mikro ...................................................... 49
4.2.2. Pembahasan Hasil Pengujian Struktur Mikro .............................. 51
4.3. Pengujian Kekerasan ........................................................................ 52
4.3.1. Hasil Pengujian Kekerasan ......................................................... 52
4.3.2. Pembahasan Pengujian Kekerasan ............................................ 53
4.4. Pengujian Tarik ................................................................................. 54
4.4.1. Hasil Pengujian Tarik .................................................................. 54
4.4.2. Pembahasan Hasil Pengujian Tarik ............................................ 55
4.5. Pengujian Impak ............................................................................... 56
4.5.1. Hasil Pengujian Impak ................................................................ 56
4.5.2. Pembahasan Pengujian Impak ................................................... 57
4.6. Pengujian Bending ............................................................................ 57
4.6.1. Hasil Pengujian Bending ............................................................. 57
4.6.2. Pembahasan Pengujian Bending ................................................ 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 59
5.2. Saran ................................................................................................ 60
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN – LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Diagram Keseimbangan besi – karbon .............................. 9
Gambar 2.2. Las busur dengan elektroda terbungkus ............................ 12
Gambar 2.3. Pengaruh Arus Listrik terhadap Butiran Logam Cair .......... 12
Gambar 2.4. Mesin las SMAW ................................................................ 14
Gambar 2.5. Daerah Lokasi Pengamatan Struktur Mikro ....................... 18
Gambar 2.6. Vickers hardness test ......................................................... 20
Gambar 2.7. Three – Point Bend Test .................................................... 24
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ....................................................... 27
Gambar 3.2. Material ferro carbon (Fe-C) ............................................... 28
Gambar 3.3. Kawat las AWS: E NiFe-C1 ................................................ 29
Gambar 3.4. spectrometer Machine ........................................................ 30
Gambar 3.5. Olympus Metallurgical Microscope ..................................... 31
Gambar 3.6. Alat uji Micro Vickers Hardness .......................................... 31
Gambar 3.7. Mesin Uji Tarik ................................................................... 32
Gambar 3.8. Impact Charpy Machine ..................................................... 32
Gambar 3.9. Mesin Uji Bending .............................................................. 33
Gambar 3.10. Mesin las SMAW .............................................................. 33
Gambar 3.11. Alat Uji COD ..................................................................... 34
Gambar 3.12. Pembuatan Kampuh ........................................................ 35
Gambar 3.13. Proses Pengelasan .......................................................... 36
Gambar 3.14. Dimensi spesimen raw material uji tarik JIS Z 2201 ........ 39
Gambar 3.15. Dimensi spesimen hasil las uji tarik AWS B4.0 ................ 39
Gambar 3.16. Dimensi spesimen raw material uji impak JIS Z 2202 ....... 40
Gambar 3.17. Dimensi spesimen hasil las uji Impak AWS B4.0 ............. 40
Gambar 3.18. Dimensi spesimen raw material uji bending JIS 2204 ....... 41
Gambar 3.19. Dimensi spesimen hasil las uji bending AWS B4.0 ........... 41
Gambar 4.1. Foto Struktur Mikro Hasil Las daerah Logam Induk ........... 50
Gambar 4.2. Foto Struktur Mikro Hasil Las pada daerah HAZ ................ 50
Gambar 4.3. Foto Struktur Mikro Hasil Las pada daerah Logam Las ..... 51
xiii
Gambar 4.4. Histogram Perbandingan Harga Kekerasan ........................ 53
Gambar 4.5. Histogram Perbandingan Tegangan Tarik rata-rata ............ 54
Gambar 4.6. Histogram Perbandingan Regangan Tarik rata-rata............ 55
Gambar 4.7. Histogram Perbandingan Harga Impak rata-rata ................ 56
Gambar 4.8. Histogram Tegangan bending rata-rata .............................. 58
xiv
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1. Parameter Pengelasan yang digunakan ................................ 16
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia Ferro Carbon (Fe-C) ......... 48
Tabel 4.2. Data Hasil Uji Kekerasan Micro Vickers ................................. 52
Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Tarik ..................................................... 54
Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Impak ................................................... 56
Tabel 4.5. Data Hasil Pengujian Bending ............................................... 57
xv
DAFTAR SIMBOL
Simbol
P
= Beban yang diterapkan
d
= Diagonal rata – rata bekas indikator
max
= Kekuatan tarik maksimal
F
= Beban yang diberikan
A0
= Luas rata – rata dari penampang batang uji
= Regangan
[Kg]
[mm]
[Kg/mm²]
[Kg]
[mm 2 ]
[%]
Δδ
= Perpanjangan atau deformasi
[mm]
Lo
= Panjang mula – mula
[mm]
L1
= Panjang setelah patah
[mm]
E
= Modulus Elastisitas
α
= Sudut Alpha
[ ⁰]
β
= Sudut Beta
[ ⁰]
E
= Energi yang diserap
[Joule]
A
= Luas penampang di bawah takik
[mm 2 ]
[Kg/mm²]
b
= Tegangan Bending
[Kg/mm²]
Eb
= Elastisitas Bending
[Kg/mm²]
L
= Jarak tumpuan material
M
= Momen Bending
[mm]
[Kg.mm]
= Defleksi batang ketika mendapatkan beban
xvi
[mm]
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Tabel komposisi kimia ferro carbon (Fe-C) .............................................. 1
Foto spesimen hasil pengujian tarik ......................................................... 2
Foto spesimen hasil pengujian impak ..................................................... 3
Foto spesimen hasil pengujian bending .................................................. 4
Tabel hasil pengujian kekerasan ............................................................ 5
Tabel hasil pengujian tarik ..................................................................... 6
Grafik tegangan regangan hasil pengujian tarik ...................................... 7
Tabel hasil pengujian impak ................................................................... 8
Tabel hasil pengujian bending ............................................................... 9
Grafik pengujian bending ........................................................................ 10
Standart ASTM E351 .............................................................................. 11
Standart ASTM E3 .................................................................................. 12
Standart ASTM E92 ................................................................................ 13
Standart JIS Z 2201 ................................................................................. 14
Standart JIS Z 2202 ................................................................................ 15
Standart JIS Z 2204 ................................................................................ 16
Standart AWS B4.0 ................................................................................. 17
Standart AWS A2.4-98 ............................................................................ 18
Elektroda las E NiFe-C1 ......................................................................... 19
Konversi Satuan ...................................................................................... 20
xvii