ANALISIS PENGARUH PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN Analisis Pengaruh Holding Time dan Arus Pengelasan Terhadap Sifat Mekanik Sambungan Las Titik Pada Stainless Steel.
NASKAH PUBLIKASI
ANALISIS
IS PENGARUH HOLDING TIME DA
AN ARUS
PENGELASAN
AN TERHADAP SIFAT MEKANIK SA
SAMBUNGAN
LA
AS TITIK PADA STAINLESS STEE
EEL
Disusun oleh :
SIGIT ARIYANTO WIBOWO
D 200090031
JURUSA
SAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
TE
UNIVER
RSITAS MUHAMMADIYAH SURAK
AKARTA
2015
ANALISIS PENGARUH HOLDING TIME DAN ARUS
PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN
LAS TITIK PADA STAINLESS STEEL
Sigit Ariyanto Wibowo, Muh Alfatih Hendrawan, Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
email : [email protected]
ABSTRAKSI
Spot Welding merupakan salah satu metode pengelasan resistensi
listrik yang paling banyak digunakan pada dunia otomotif dan manufaktur.
Las jenis ini memiliki beberapa keunggulan diantara prosesnya cepat, rapi
dan sederhana. Arus dan holding time merupakan parameter yang penting
untuk menentukan kualitas hasil las titik. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh variasi parameter holding time dan variasi arus listrik
pada hasil pengelasan las titik terhadap kekuatan geser dan distribusi
kekerasannya.
Pada penelitian ini menggunakan material austenite stainless steel
dengan ketebalan konstan 0,8 mm . Dengan variasi parameter holding time
1 dt; 3 dt dan 5 dt. Sedangkan variasi parameter arus 5000 A, 6000 A dan
7000 A. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser (Tensile Shear
Load Bearing Capacity) dan uji kekerasan vickers micro hardness dengan
standar pengujian AWS D8.9-97.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi holding time memiliki
peningkatan terhadap kekuatan sambungan las titik rata-rata sebesar 3,73 %
dan variasi arus memiliki peningkatan rata-rata sebesar 13,44 %. Sedangkan
pada pengujian kekerasan variasi parameter holding time dan arus memiliki
distribusi kekerasan yang sama, daerah weld nugget memiliki kekerasan
tertinggi di ikuti HAZ dan base metal. Dimana kekerasan tertingginya adalah
285,6 HVN0,2 terdapat pada weld nugget dengan arus pengelasan 7000
ampere dan holding time 5 detik.
Kata kunci : Spot Welding, uji geser, uji kekerasan, stainless steel
A. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Spot Welding merupakan salah satu cara pengelasan resistensi listrik
atau Resistance Welding,Las jenis ini memiliki beberapa keunggulan diantara
prosesnya cepat, rapi, sederhana, murah dan tidak membutuhkan filler.
(Ruukki, 2007). Spot Welding telah banyak digunakan pada dunia industri
manufaktur seperti otomotif, dirgantara, perkapalan, sampai industri alat-alat
rumah tangga dan industri karoseri. Chao, Y.J (2003) Mengatakan bahwa
kendaraan modern saat ini memiliki 2000 sampai 5000 sambungan las titik .
Stainless steel merupakan material tahan karat yang paling banyak
digunakan, karena material ini memiliki ketahanan terhadap karat yang baik,
bisa dilakukan perlakuan panas misalnya dengan proses pengelasan serta
memiliki penampilan yang baik. ( Wiryosumarto. H. 1988). Selain itu
penggunaan Stainless steel pada kendaraan modern dapat menghemat
biaya dan dapat mengurangi berat kendaraan sehingga bisa menghemat
bahan bakar (Schuberth, S. dkk. 2008)
Untuk menentukan kualitas hasil pengelasan dalam Spot Welding ada
lima parameter yang harus di kontrol, salah satu parameternya adalah waktu.
Dimana waktu yang menentukan kualitas hasil las terbagi menjadi tiga :
squeeze time, welding time dan holding time . ( Althouse.A.D. 1984)
Oleh karena itu penelitian lebih lanjut tentang pengaruh variasi parameter
pengelasan pada material baja tahan karat masih harus dilakukan dalam
menentukan kualitas hasil las titik .
B. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan pada penelitian ini adalah :
1.
Mendiskripsikan secara grafis pengaruh holding time dan variasi arus
terhadap kekuatan sambungan las titik.
2. Membandingkan data analisa grafis dan statistik pengaruh holding time
dan variasi arus terhadap kekuatan sambungan las titik.
3. Mendiskripsikan secara grafis pengaruh holding time dan variasi arus
terhadap distribusi kekerasan mikro vickers.
C. BATASAN MASALAH
Untuk mendapatkan hasil pengujian yang tidak melebar, maka perlu
adanya pembatasan masalah. Adapun batasan-batasan penelitian tersebut
antara lain :
1. Suhu ruangan pada proses pengelasan di anggap selalu konstan (25°C).
2. Kekasaran permukaan semua spesimen las dianggap sama.
3. Gaya yang diberikan pada pedal las titik saat proses pengelasan di anggap
selalu sama.
4. Besarnya output pada mesin las titik dianggap sesuai dengan parameter
yang di input operator.
5. Besarnya diameter elektroda las titik di anggap selalu sama.
6. Pada pengujian kekerasan, pemotongan spesimen sudah berada tepat di
tengah logam las serta pengujian sudah tepat di daerah Weld nugget, HAZ
dan Base metal.
7. Perhitungan lama Holding time dengan stop watch sudah sesuai yang
diharapkan yaitu 1 dt; 3dt dan 5 dt.
8. Parameter weld time adalah konstan 0.3 dt.
D. TINJAUAN PUSTAKA
Nachimani.C. (2013) Melakukan investigasi las titik pada material
Austinitic stainless steel seri 304 dengan tebal 2mm, dengan melakukan
pengujian kekerasan dan kekuatan tarik dengan parameter arus 7, 8 dan 9
kVA dengan waktu pengelasan 10, 15 dan 20 cycle. Dalam penelitiannya
didapatkan kesimpulan bahwa titik yang memiliki kekerasan paling tinggi
adalah di bagian weld metal, selain itu dengan meningkatnya arus dan waktu
pengelasan maka diamater nugget juga mengalami peningkatan. Dari uji tarik
di dapat kekutan tarik tertinggi pada arus 9 kVA dengan waktu pengelasan
20 cycle.
Gambar 1. Distribusi kekerasan austenitic stainless steel 304 (Nachimani,
C.2013)
Chuko, W.L (2002) Dalam penelitiannya tentang tranformasi
kekerasan material High strength steel (HSS) pada las titik dengan parameter
las sebagai berikut : arus 7,4 kA dan 8,4 kA, holding time 30 cycle, welding
time 10 cycle dan quench time 10 cycle . Didapatkan hasil bahwa kekerasan
tertinggi terdapat pada weld metal dengan nilai kekerasan 450 VHN
kemudian di ikuti HAZ dan kemudian base metal yang memiliki kekerasan
terendah.
Junaidi (2005) Melakukan penelitian tentang sifat mekanik sambungan
las titik baja SPCE dengan variasi parameter arus 450 A;500 A; 600A; 700A
dan 800A serta variasi waktu tekan 2 dt; 3 dt; 4dt dan 5 dt. Dalam
penelitiannya disimpulkan bahwa peningkatan arus dan waktu tekan
meningkatkan kekuatan gesernya.
E. DASAR TEORI
1. Las titik (Resistance Spot Welding).
Spot Welding merupakan salah satu cara pengelasan resistensi listrik
atau Resistance Welding, Dimana dua lembaran plat logam atau lebih di jepit
diantara dua elektroda, Kemudian elektroda tersebut di aliri arus listrik yang
kuat. Karena di antara logam plat yang akan di sambung terjadi hambatan
listrik maka terjadi panas dan melelehkan sebagian kecil logam, sehingga
kedua plat atau lebih akan menyatu atau tersambung (Ruuki,2007)
Gambar 2. Efek hambatan listrik terhadap panas yang dihasilkan
(Ruuki, 2007)
Panas yang terjadi pada las titik dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q=I2.R.T.......1
Dimana :
Q= panas (joule)
I = Arus (Ampere)
R= Hambatan listrik (Ω)
T = Weld time (detik)
Gambar 3. Tahapan proses pengelasan
Tahap 1 kondisi dimana kedua bahan belum dijepit elektroda,
Tahap 2-3 (Squeezing/awal penerapan gaya), Tahap 3-4 (welding/ Arus
dialirkan ke benda kerja dan gaya pengelasan dipertahankan), tahap 4-5
(Holding / arus berhenti dialirkan dan gaya pengelasan dipertahankan), 5-6
(Resting).
2. Baja Tahan karat
Stainless steel merupakan baja yang tahan terhadap korosi pada suhu
tinggi atau rendah, baja ini hanya memiliki sedikit kandungan unsur karbon
dan sebagian besar terdiri dari unsur krom untuk tujuan ketahanan terhadap
korosi atau di tambahkan nikel. Dan untuk beberapa jenis di tambahkan
unsur lain seperti posfor,mangan, silicon dan molibden. Secara garis besar
stainless steel terbagi menjadi tiga jenis : Austinitic stainless steel, Martensitic
stainless steel, Ferrinitic stainless steel( Althouse.A.D. 1984)
3. Pengujian Geser
Cara umum untuk mengetahui sifat mekanik dari material adalah
dengan melakukan pengujian tarik maupun geser ,Pada proses pengujian
tarik di berikan gaya statik yang meningkat secara berlahan sampai spesimen
akhirnya putus ( Sofyan, B.T. 2010). Kekuatan dari material pada umumnya
dilihat dari gaya terbesar yang mampu di tahan oleh spesimen persatuan
luas.
τ=
Dimana :
Fm
A0
...........2
τ = Tegangan geser (N/mm2)
Fm= Gaya maksimum (N)
A0 = Luas penampang mula (mm2)
Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan termasuk pengujian terhadap sifat mekanik.
Kekerasan merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi
plastis.( Sofyan, B.T. 2010) .
METODE PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang digunakan adalah austenitic stainless steel dengan
ketebalan 0.8 mm.
Alat :
1. Alat pengelasan: Mesin Las titik merk Dayok DK-25
2. Alat bantu : Jangka sorong, mistar, alat potong, stopwatch, spidol, ragum,
kikir dan tang.
3. Mesin Uji : Mesin Uji Tarik (Universal Testing Machine) Mesin uji
kekerasan merk Highwood HWMMT-X7.
Langkah Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan pengelasan titik dengan
sambungan jenis lap joint (sambungan tumpang), dengan ukuran spesimen
uji sesuai standart AWS D8.9-97.
W= 45 mm
L = 105 mm
O= 35 mm
Gambar 5. Ukuran spesimen standar AWS D8.9-97
Gambar 6. Skema indentasi pengujian kekerasan standart AWS D8.9-97
pengujian vickers microhardness dilakukan pada daerah weld
nugget,HAZ dan base metal dengan jarak antar indentasi 0.4 mm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Geser
Pada sebagian kasus yang terjadi pada saat proses pengujian geser
sambungan las titik menerima kombinasi pembebanan tarik maupun geser
atau sering disebut dengan kapasitas beban dukung tarik geser ( tensile
shear load bearing capacity)(Hasanbasoglu, A. dkk. 2007). Hasil pengujian
geser digambarkan pada gambar 7.
Dari gambar 7 menjelaskan bahwa variasi Holding time dan Arus
memiliki pengaruh terhadap kapasitas beban dukung tarik gesernya , Dimana
dengan adanya peningkatan holding time dan Arus mengakibatkan kekuatan
sambungannya juga meningkat, Pada penelitian ini variasi holding time
memiliki peningkatan kekuatan sambungan rata-rata sebesar 3,73% dan
variasi arus memiliki peningkatan kekuatan sambungan rata-rata sebesar
13,44 %
Gambar 7. Pengaruh holding time dan Arus pengelasan terhadap kekuatan
sambungan las titik.
Analisa Statistika
Analisa statistik menggunakan metode two ways Analysis
of
variance, metode ini digunakan apabila variable kategori independen
jumlahnya dua (Ghozali, M. 2005). Variabel independen terdiri dari arus dan
holding time dan variabel dependen adalah kekuatan gesernya.
Tabel 1. Hasil pengujian statistika
Dari tabel 1 dapat diketahui bahwa holding time dan Arus memiliki
pengaruh nyata terhadap kapasitas beban dukung tarik geser. Keduanya
memiliki nilai signifikan pada tabel kurang dari sama dengan 0.05 , dimana
nilai signifikan tabel untuk holding time = 0.042 dan arus = 0.000 sehingga H1
diterima.
Pengujian Kekerasan Vickers microhardness
Hasil pengujian kekerasan terdapat pada gambar 8 , Dari grafik
tersebut pengaruh holding time dan arus memiliki profil distribusi kekerasan
yang sama, Dimana yang memiliki nilai kekerasan tertinggi berada di weld
nugget (nugget) di ikuti HAZ dan Base metal (BM). Pada penelitian ini nilai
kekerasan tertinggi terdapat pada daerah nugget dengan Arus pengelasan
7000 A dan holding time 5 dt dengan kekerasan 285,6 HVN0,2.
Gambar 8. Profil kekerasan pada arus 5000 A ; 6000 A :7000A.(Dari kiri ke
kanan)
Pembahasan Pengujian Geser
Berdasarkan gambar 7 dapat diketahui bahwa variasi holding time dan
arus berpengaruh terhadap kekuatan sambungan las titik, dimana dari
gambar grafik terlihat seiring peningkatan holding time dan arus
mengakibatkan peningkatan kekuatan sambungan las titik, akan tetapi
pengaruh holding time memiliki peningkatan yang relatif kecil di bandingkan
dengan pengaruh arus. Hasil tersebut sesuai dari rumus panas (Heat input)
pada las titik Q= I2.R.T. Dimana kuadrat arus berbanding lurus terhadap
masukan panas, sehingga semakin besar arus mengakibatkan peningkatan
masukan heat input. Arus yang besar akan mengakibatkan logam yang
mencair dan membentuk nugget lebih lebar dan mengakibatkan kekuatan
sambungan las titik juga meningkat (Agustriyana L, dkk. 2011).
Penelitian ini memiliki kesamaan dengan penelitian sebelumnya, dimana
peningkatan arus pada pengelasan las titik dengan material austenitic
stainless steel 304 mengakibatkan peningkatan diameter nugget dan
mengakibatkan kekuatan sambungannya juga meningkat (Charde N dan
Rajkumar R, 2013). Hasil yang sama terjadi pada penelitiannya Tewari S.P
dan Nitin R (2010) dimana semakin besar arus meningkatkan ukuran
diameter nugget dan meningkatkan kapasitas beban dukung tarik gesernya.
Setelah melakukan pengujian geser maka akan diketahui tipe
kegagalan sambungannya, kegagalan sambungan pada penelitian ini
memiliki tipe kegagalan jenis pull out failure karena salah satu nugget tertarik
keluar dari salah satu plat (Haikal dan triyono, 2013), Pada kegagalan ini
memiliki kemampuan penyerapan energi secara maksimal pada saat uji
geser (Pouranvari, M. 2011).
Gambar 9. Pola Kegagalan Uji Geser pada arus 5000 A (A), 6000 A (B) dan
7000A (C) dan Pandangan Samping (D)
Pembahasan Kekerasan Vickers Microhardness
Profil distribusi kekerasan pada penelitian ini ditunjukkan pada gambar
8, dari gambar tersebut memiliki distribusi kekerasan yang sama dimana
kekerasan tertinggi terletak pada weld nugget (nugget) diikuti HAZ dan base
metal (BM). Nugget memiliki kekerasan tertinggi juga di sebabkan oleh gaya
yang di aplikasikan secara kontinyu saat proses pendinginan, dengan adanya
penekanan sehingga butiran – butiran struktur mikronya akan lebih rapat atau
padat, sehingga kekerasan juga akan meningkat. Shamsul J.B dan Hisyam,
M.M (2007) juga pernah melaporkan bahwa kekerasan pada nugget
tergantung pada tingkat deformasi selama waktu tahan pengelasan dimana
tekanan diaplikasikan secara kontinyu. Menurut Sahota, D.S dkk. (2013)
kekerarasan pada stainless steel juga tergantung dari unsur penyusun logam
tersebut seperti nickel dan krom .Pada penelitian Charde N dan Rajkumar R,
(2013) dengan material Austenite stainless steel tipe 304 juga memiliki
distribusi kekerasan yang sama dimana daerah nugget memiliki kekerasan
tertinggi diikuti HAZ dan base metal. Hal yang sama juga terjadi pada
penelitian Aravintan, A dan Nachimani C (2011), Shamsul,J.B dan Hisyam,
M.M (2007).
Kesimpulan
Dari hasil analisa dan pembahasan yang telah dilakukan sebelumnya
maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Analisa secara grafis peningkatan holding time dan arus mengakibatkan
naiknya kekuatan sambungan las titik.
2. Perubahan holding time memiliki peningkatan yang relatif kecil terhadap
kekuatan sambungan las titik di bandingkan dengan perubahan arus dan
secara statistik berpengaruh nyata terhadap kekuatan sambungan las titik.
3. Profil kekerasan pengaruh holding time dan arus memiliki nilai kekerasan
tertinggi pada daerah Weld nugget (nugget) di ikuti HAZ dan logam induk
(Base metal)
.
DAFTAR PUSTAKA
Agustriyana, L., Irawan, Y. S., Sugiarto. 2011. Pengaruh Kuat Arus dan
Waktu Pengelasan Pada Proses Las Titik ( Spot Welding ) Terhadap
Kekuatan Tarik dan Mikrostruktur Hasil Las Dari Baja Fasa Ganda (
Ferrite-Martensit ). Jurnal Rekayasa Mesin Vol. 2, No. 3: 175-181
Althouse, A., D. 1984. Modern Welding. South Holland: The GoodheartWillcoxs Company.inc
ANSI/AWS/SAE/D8.9-97 An American
National
Standard,
1997.
Recommended Practices for Test Methods for Evaluating the
Resistance Spot Welding Behavior of Automotive Sheet Steel
Materials, American Welding Society, Miami, p. 33-37
Aravinthan, A and Nachimani, C. 2011. Analysis of Spot Weld Growth on Mild
and Stainless steel. Supplement To The Welding Journal , vol.90,
(August 2011). p 143-147.
Chao, Y.,J. 2003. Ultimate Strength and Failure Mechanism of Resistance
Spot Weld Subjected to Tensile, Shear, or Combined Tensile/Shear
Loads. Journal of Engineering Material and Technology, Vol. 125
Chuko, W,.L, and Gould, J.E. 2002. Development of Appropriate Resistance
Spot Welding Practice for Tranformation-Hardened Steels. Supplement
To The Welding Journal (January 2002)
Ghozali, M., M.Com., Akt., 2006, Aplikasi Analisis Multivariate dengan
Program SPSS, Universitas Diponegoro, Semarang.
Haikal dan Triyono. 2013 . Studi Literatur Pengaruh Parameter Pengelasan
Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Pada Las Titik (Resistance Spot
Welding). ROTASI- Vol. 15, No. 2, April 2013 : 44-54
(http://ejournal.undip.ac.id/index.php/rotasi)
Junaidi. 2005. Kuat Arus dan Waktu Tekan Las Titik Terhadap Sifat Mekanis
Baja SPCE. Jurnal Teknik Mesin Vol. 2, No 2, Desember 2005 (ISSN
1829-8958)
Nachimani, C. and Rajkumar, R. 2013. Investigating Spot Weld Growth On
304 Austenitic Stainless Steel (2mm) Sheets. Journal of Engineering
Science and Technology vol.8, No. 1 (2013) 69-76
Pouranvari, M., 2011, Effect of Welding Current on the Mechanical Response
of Resistance Spot Welds of Unequal Thickhness Steel Sheets in
Tensile-Shear Loading Condition, International Journal of
Multidisciplinary Science and Engineering, Vol. 2, pp. 6.
Ruukki. 2007. Resistance Welding Manual. Finland : Rautaruukki Corporation
Sahota, D.S , Singh, R., Sharma, R. 2013. Study of Effect of Parameters on
Resistance Spot Weld of Austenite Stainless Steel 316 Material .
Mechanica Confab, Vol. 2, No. 2, February-March 2013 ( ISSN :
2320-2491)
Scuberth, S., Schedin, E.,Frohlich, Th,Ratte 2008. “Next Generation Vehicle –
Engineering guidelines for stainless steel in automotive applications”,
Proceedings of the 6th Stainless Steel Science and Market
Conference, Helsinki (Finland), 10 – 13 June, 2008
Sofyan, B.T . 2010. Pengantar Material Teknik. Jakarta : Salemba Teknika
Syamsul, J.B., Hisyam, M.M., 2007. Study Of Spot Welding Of Austenitic
Stainless Steel Type 304: Journal of Applied Sciences Research,
3(11): 1494-1499
Tewari, S.P and Nitin, R. 2010. Resistance Spot Weldability of Low Carbon
and HSLA Steels. Thammasat Int. J.sc Tech., Vol. 15, No. 1, January March 2010
Wiryosumarto H., Okumura T. 2000. Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta.
Pradya Paramita
ANALISIS
IS PENGARUH HOLDING TIME DA
AN ARUS
PENGELASAN
AN TERHADAP SIFAT MEKANIK SA
SAMBUNGAN
LA
AS TITIK PADA STAINLESS STEE
EEL
Disusun oleh :
SIGIT ARIYANTO WIBOWO
D 200090031
JURUSA
SAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
TE
UNIVER
RSITAS MUHAMMADIYAH SURAK
AKARTA
2015
ANALISIS PENGARUH HOLDING TIME DAN ARUS
PENGELASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN
LAS TITIK PADA STAINLESS STEEL
Sigit Ariyanto Wibowo, Muh Alfatih Hendrawan, Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
email : [email protected]
ABSTRAKSI
Spot Welding merupakan salah satu metode pengelasan resistensi
listrik yang paling banyak digunakan pada dunia otomotif dan manufaktur.
Las jenis ini memiliki beberapa keunggulan diantara prosesnya cepat, rapi
dan sederhana. Arus dan holding time merupakan parameter yang penting
untuk menentukan kualitas hasil las titik. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh variasi parameter holding time dan variasi arus listrik
pada hasil pengelasan las titik terhadap kekuatan geser dan distribusi
kekerasannya.
Pada penelitian ini menggunakan material austenite stainless steel
dengan ketebalan konstan 0,8 mm . Dengan variasi parameter holding time
1 dt; 3 dt dan 5 dt. Sedangkan variasi parameter arus 5000 A, 6000 A dan
7000 A. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser (Tensile Shear
Load Bearing Capacity) dan uji kekerasan vickers micro hardness dengan
standar pengujian AWS D8.9-97.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi holding time memiliki
peningkatan terhadap kekuatan sambungan las titik rata-rata sebesar 3,73 %
dan variasi arus memiliki peningkatan rata-rata sebesar 13,44 %. Sedangkan
pada pengujian kekerasan variasi parameter holding time dan arus memiliki
distribusi kekerasan yang sama, daerah weld nugget memiliki kekerasan
tertinggi di ikuti HAZ dan base metal. Dimana kekerasan tertingginya adalah
285,6 HVN0,2 terdapat pada weld nugget dengan arus pengelasan 7000
ampere dan holding time 5 detik.
Kata kunci : Spot Welding, uji geser, uji kekerasan, stainless steel
A. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Spot Welding merupakan salah satu cara pengelasan resistensi listrik
atau Resistance Welding,Las jenis ini memiliki beberapa keunggulan diantara
prosesnya cepat, rapi, sederhana, murah dan tidak membutuhkan filler.
(Ruukki, 2007). Spot Welding telah banyak digunakan pada dunia industri
manufaktur seperti otomotif, dirgantara, perkapalan, sampai industri alat-alat
rumah tangga dan industri karoseri. Chao, Y.J (2003) Mengatakan bahwa
kendaraan modern saat ini memiliki 2000 sampai 5000 sambungan las titik .
Stainless steel merupakan material tahan karat yang paling banyak
digunakan, karena material ini memiliki ketahanan terhadap karat yang baik,
bisa dilakukan perlakuan panas misalnya dengan proses pengelasan serta
memiliki penampilan yang baik. ( Wiryosumarto. H. 1988). Selain itu
penggunaan Stainless steel pada kendaraan modern dapat menghemat
biaya dan dapat mengurangi berat kendaraan sehingga bisa menghemat
bahan bakar (Schuberth, S. dkk. 2008)
Untuk menentukan kualitas hasil pengelasan dalam Spot Welding ada
lima parameter yang harus di kontrol, salah satu parameternya adalah waktu.
Dimana waktu yang menentukan kualitas hasil las terbagi menjadi tiga :
squeeze time, welding time dan holding time . ( Althouse.A.D. 1984)
Oleh karena itu penelitian lebih lanjut tentang pengaruh variasi parameter
pengelasan pada material baja tahan karat masih harus dilakukan dalam
menentukan kualitas hasil las titik .
B. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan pada penelitian ini adalah :
1.
Mendiskripsikan secara grafis pengaruh holding time dan variasi arus
terhadap kekuatan sambungan las titik.
2. Membandingkan data analisa grafis dan statistik pengaruh holding time
dan variasi arus terhadap kekuatan sambungan las titik.
3. Mendiskripsikan secara grafis pengaruh holding time dan variasi arus
terhadap distribusi kekerasan mikro vickers.
C. BATASAN MASALAH
Untuk mendapatkan hasil pengujian yang tidak melebar, maka perlu
adanya pembatasan masalah. Adapun batasan-batasan penelitian tersebut
antara lain :
1. Suhu ruangan pada proses pengelasan di anggap selalu konstan (25°C).
2. Kekasaran permukaan semua spesimen las dianggap sama.
3. Gaya yang diberikan pada pedal las titik saat proses pengelasan di anggap
selalu sama.
4. Besarnya output pada mesin las titik dianggap sesuai dengan parameter
yang di input operator.
5. Besarnya diameter elektroda las titik di anggap selalu sama.
6. Pada pengujian kekerasan, pemotongan spesimen sudah berada tepat di
tengah logam las serta pengujian sudah tepat di daerah Weld nugget, HAZ
dan Base metal.
7. Perhitungan lama Holding time dengan stop watch sudah sesuai yang
diharapkan yaitu 1 dt; 3dt dan 5 dt.
8. Parameter weld time adalah konstan 0.3 dt.
D. TINJAUAN PUSTAKA
Nachimani.C. (2013) Melakukan investigasi las titik pada material
Austinitic stainless steel seri 304 dengan tebal 2mm, dengan melakukan
pengujian kekerasan dan kekuatan tarik dengan parameter arus 7, 8 dan 9
kVA dengan waktu pengelasan 10, 15 dan 20 cycle. Dalam penelitiannya
didapatkan kesimpulan bahwa titik yang memiliki kekerasan paling tinggi
adalah di bagian weld metal, selain itu dengan meningkatnya arus dan waktu
pengelasan maka diamater nugget juga mengalami peningkatan. Dari uji tarik
di dapat kekutan tarik tertinggi pada arus 9 kVA dengan waktu pengelasan
20 cycle.
Gambar 1. Distribusi kekerasan austenitic stainless steel 304 (Nachimani,
C.2013)
Chuko, W.L (2002) Dalam penelitiannya tentang tranformasi
kekerasan material High strength steel (HSS) pada las titik dengan parameter
las sebagai berikut : arus 7,4 kA dan 8,4 kA, holding time 30 cycle, welding
time 10 cycle dan quench time 10 cycle . Didapatkan hasil bahwa kekerasan
tertinggi terdapat pada weld metal dengan nilai kekerasan 450 VHN
kemudian di ikuti HAZ dan kemudian base metal yang memiliki kekerasan
terendah.
Junaidi (2005) Melakukan penelitian tentang sifat mekanik sambungan
las titik baja SPCE dengan variasi parameter arus 450 A;500 A; 600A; 700A
dan 800A serta variasi waktu tekan 2 dt; 3 dt; 4dt dan 5 dt. Dalam
penelitiannya disimpulkan bahwa peningkatan arus dan waktu tekan
meningkatkan kekuatan gesernya.
E. DASAR TEORI
1. Las titik (Resistance Spot Welding).
Spot Welding merupakan salah satu cara pengelasan resistensi listrik
atau Resistance Welding, Dimana dua lembaran plat logam atau lebih di jepit
diantara dua elektroda, Kemudian elektroda tersebut di aliri arus listrik yang
kuat. Karena di antara logam plat yang akan di sambung terjadi hambatan
listrik maka terjadi panas dan melelehkan sebagian kecil logam, sehingga
kedua plat atau lebih akan menyatu atau tersambung (Ruuki,2007)
Gambar 2. Efek hambatan listrik terhadap panas yang dihasilkan
(Ruuki, 2007)
Panas yang terjadi pada las titik dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q=I2.R.T.......1
Dimana :
Q= panas (joule)
I = Arus (Ampere)
R= Hambatan listrik (Ω)
T = Weld time (detik)
Gambar 3. Tahapan proses pengelasan
Tahap 1 kondisi dimana kedua bahan belum dijepit elektroda,
Tahap 2-3 (Squeezing/awal penerapan gaya), Tahap 3-4 (welding/ Arus
dialirkan ke benda kerja dan gaya pengelasan dipertahankan), tahap 4-5
(Holding / arus berhenti dialirkan dan gaya pengelasan dipertahankan), 5-6
(Resting).
2. Baja Tahan karat
Stainless steel merupakan baja yang tahan terhadap korosi pada suhu
tinggi atau rendah, baja ini hanya memiliki sedikit kandungan unsur karbon
dan sebagian besar terdiri dari unsur krom untuk tujuan ketahanan terhadap
korosi atau di tambahkan nikel. Dan untuk beberapa jenis di tambahkan
unsur lain seperti posfor,mangan, silicon dan molibden. Secara garis besar
stainless steel terbagi menjadi tiga jenis : Austinitic stainless steel, Martensitic
stainless steel, Ferrinitic stainless steel( Althouse.A.D. 1984)
3. Pengujian Geser
Cara umum untuk mengetahui sifat mekanik dari material adalah
dengan melakukan pengujian tarik maupun geser ,Pada proses pengujian
tarik di berikan gaya statik yang meningkat secara berlahan sampai spesimen
akhirnya putus ( Sofyan, B.T. 2010). Kekuatan dari material pada umumnya
dilihat dari gaya terbesar yang mampu di tahan oleh spesimen persatuan
luas.
τ=
Dimana :
Fm
A0
...........2
τ = Tegangan geser (N/mm2)
Fm= Gaya maksimum (N)
A0 = Luas penampang mula (mm2)
Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan termasuk pengujian terhadap sifat mekanik.
Kekerasan merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi
plastis.( Sofyan, B.T. 2010) .
METODE PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang digunakan adalah austenitic stainless steel dengan
ketebalan 0.8 mm.
Alat :
1. Alat pengelasan: Mesin Las titik merk Dayok DK-25
2. Alat bantu : Jangka sorong, mistar, alat potong, stopwatch, spidol, ragum,
kikir dan tang.
3. Mesin Uji : Mesin Uji Tarik (Universal Testing Machine) Mesin uji
kekerasan merk Highwood HWMMT-X7.
Langkah Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan pengelasan titik dengan
sambungan jenis lap joint (sambungan tumpang), dengan ukuran spesimen
uji sesuai standart AWS D8.9-97.
W= 45 mm
L = 105 mm
O= 35 mm
Gambar 5. Ukuran spesimen standar AWS D8.9-97
Gambar 6. Skema indentasi pengujian kekerasan standart AWS D8.9-97
pengujian vickers microhardness dilakukan pada daerah weld
nugget,HAZ dan base metal dengan jarak antar indentasi 0.4 mm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Geser
Pada sebagian kasus yang terjadi pada saat proses pengujian geser
sambungan las titik menerima kombinasi pembebanan tarik maupun geser
atau sering disebut dengan kapasitas beban dukung tarik geser ( tensile
shear load bearing capacity)(Hasanbasoglu, A. dkk. 2007). Hasil pengujian
geser digambarkan pada gambar 7.
Dari gambar 7 menjelaskan bahwa variasi Holding time dan Arus
memiliki pengaruh terhadap kapasitas beban dukung tarik gesernya , Dimana
dengan adanya peningkatan holding time dan Arus mengakibatkan kekuatan
sambungannya juga meningkat, Pada penelitian ini variasi holding time
memiliki peningkatan kekuatan sambungan rata-rata sebesar 3,73% dan
variasi arus memiliki peningkatan kekuatan sambungan rata-rata sebesar
13,44 %
Gambar 7. Pengaruh holding time dan Arus pengelasan terhadap kekuatan
sambungan las titik.
Analisa Statistika
Analisa statistik menggunakan metode two ways Analysis
of
variance, metode ini digunakan apabila variable kategori independen
jumlahnya dua (Ghozali, M. 2005). Variabel independen terdiri dari arus dan
holding time dan variabel dependen adalah kekuatan gesernya.
Tabel 1. Hasil pengujian statistika
Dari tabel 1 dapat diketahui bahwa holding time dan Arus memiliki
pengaruh nyata terhadap kapasitas beban dukung tarik geser. Keduanya
memiliki nilai signifikan pada tabel kurang dari sama dengan 0.05 , dimana
nilai signifikan tabel untuk holding time = 0.042 dan arus = 0.000 sehingga H1
diterima.
Pengujian Kekerasan Vickers microhardness
Hasil pengujian kekerasan terdapat pada gambar 8 , Dari grafik
tersebut pengaruh holding time dan arus memiliki profil distribusi kekerasan
yang sama, Dimana yang memiliki nilai kekerasan tertinggi berada di weld
nugget (nugget) di ikuti HAZ dan Base metal (BM). Pada penelitian ini nilai
kekerasan tertinggi terdapat pada daerah nugget dengan Arus pengelasan
7000 A dan holding time 5 dt dengan kekerasan 285,6 HVN0,2.
Gambar 8. Profil kekerasan pada arus 5000 A ; 6000 A :7000A.(Dari kiri ke
kanan)
Pembahasan Pengujian Geser
Berdasarkan gambar 7 dapat diketahui bahwa variasi holding time dan
arus berpengaruh terhadap kekuatan sambungan las titik, dimana dari
gambar grafik terlihat seiring peningkatan holding time dan arus
mengakibatkan peningkatan kekuatan sambungan las titik, akan tetapi
pengaruh holding time memiliki peningkatan yang relatif kecil di bandingkan
dengan pengaruh arus. Hasil tersebut sesuai dari rumus panas (Heat input)
pada las titik Q= I2.R.T. Dimana kuadrat arus berbanding lurus terhadap
masukan panas, sehingga semakin besar arus mengakibatkan peningkatan
masukan heat input. Arus yang besar akan mengakibatkan logam yang
mencair dan membentuk nugget lebih lebar dan mengakibatkan kekuatan
sambungan las titik juga meningkat (Agustriyana L, dkk. 2011).
Penelitian ini memiliki kesamaan dengan penelitian sebelumnya, dimana
peningkatan arus pada pengelasan las titik dengan material austenitic
stainless steel 304 mengakibatkan peningkatan diameter nugget dan
mengakibatkan kekuatan sambungannya juga meningkat (Charde N dan
Rajkumar R, 2013). Hasil yang sama terjadi pada penelitiannya Tewari S.P
dan Nitin R (2010) dimana semakin besar arus meningkatkan ukuran
diameter nugget dan meningkatkan kapasitas beban dukung tarik gesernya.
Setelah melakukan pengujian geser maka akan diketahui tipe
kegagalan sambungannya, kegagalan sambungan pada penelitian ini
memiliki tipe kegagalan jenis pull out failure karena salah satu nugget tertarik
keluar dari salah satu plat (Haikal dan triyono, 2013), Pada kegagalan ini
memiliki kemampuan penyerapan energi secara maksimal pada saat uji
geser (Pouranvari, M. 2011).
Gambar 9. Pola Kegagalan Uji Geser pada arus 5000 A (A), 6000 A (B) dan
7000A (C) dan Pandangan Samping (D)
Pembahasan Kekerasan Vickers Microhardness
Profil distribusi kekerasan pada penelitian ini ditunjukkan pada gambar
8, dari gambar tersebut memiliki distribusi kekerasan yang sama dimana
kekerasan tertinggi terletak pada weld nugget (nugget) diikuti HAZ dan base
metal (BM). Nugget memiliki kekerasan tertinggi juga di sebabkan oleh gaya
yang di aplikasikan secara kontinyu saat proses pendinginan, dengan adanya
penekanan sehingga butiran – butiran struktur mikronya akan lebih rapat atau
padat, sehingga kekerasan juga akan meningkat. Shamsul J.B dan Hisyam,
M.M (2007) juga pernah melaporkan bahwa kekerasan pada nugget
tergantung pada tingkat deformasi selama waktu tahan pengelasan dimana
tekanan diaplikasikan secara kontinyu. Menurut Sahota, D.S dkk. (2013)
kekerarasan pada stainless steel juga tergantung dari unsur penyusun logam
tersebut seperti nickel dan krom .Pada penelitian Charde N dan Rajkumar R,
(2013) dengan material Austenite stainless steel tipe 304 juga memiliki
distribusi kekerasan yang sama dimana daerah nugget memiliki kekerasan
tertinggi diikuti HAZ dan base metal. Hal yang sama juga terjadi pada
penelitian Aravintan, A dan Nachimani C (2011), Shamsul,J.B dan Hisyam,
M.M (2007).
Kesimpulan
Dari hasil analisa dan pembahasan yang telah dilakukan sebelumnya
maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Analisa secara grafis peningkatan holding time dan arus mengakibatkan
naiknya kekuatan sambungan las titik.
2. Perubahan holding time memiliki peningkatan yang relatif kecil terhadap
kekuatan sambungan las titik di bandingkan dengan perubahan arus dan
secara statistik berpengaruh nyata terhadap kekuatan sambungan las titik.
3. Profil kekerasan pengaruh holding time dan arus memiliki nilai kekerasan
tertinggi pada daerah Weld nugget (nugget) di ikuti HAZ dan logam induk
(Base metal)
.
DAFTAR PUSTAKA
Agustriyana, L., Irawan, Y. S., Sugiarto. 2011. Pengaruh Kuat Arus dan
Waktu Pengelasan Pada Proses Las Titik ( Spot Welding ) Terhadap
Kekuatan Tarik dan Mikrostruktur Hasil Las Dari Baja Fasa Ganda (
Ferrite-Martensit ). Jurnal Rekayasa Mesin Vol. 2, No. 3: 175-181
Althouse, A., D. 1984. Modern Welding. South Holland: The GoodheartWillcoxs Company.inc
ANSI/AWS/SAE/D8.9-97 An American
National
Standard,
1997.
Recommended Practices for Test Methods for Evaluating the
Resistance Spot Welding Behavior of Automotive Sheet Steel
Materials, American Welding Society, Miami, p. 33-37
Aravinthan, A and Nachimani, C. 2011. Analysis of Spot Weld Growth on Mild
and Stainless steel. Supplement To The Welding Journal , vol.90,
(August 2011). p 143-147.
Chao, Y.,J. 2003. Ultimate Strength and Failure Mechanism of Resistance
Spot Weld Subjected to Tensile, Shear, or Combined Tensile/Shear
Loads. Journal of Engineering Material and Technology, Vol. 125
Chuko, W,.L, and Gould, J.E. 2002. Development of Appropriate Resistance
Spot Welding Practice for Tranformation-Hardened Steels. Supplement
To The Welding Journal (January 2002)
Ghozali, M., M.Com., Akt., 2006, Aplikasi Analisis Multivariate dengan
Program SPSS, Universitas Diponegoro, Semarang.
Haikal dan Triyono. 2013 . Studi Literatur Pengaruh Parameter Pengelasan
Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Pada Las Titik (Resistance Spot
Welding). ROTASI- Vol. 15, No. 2, April 2013 : 44-54
(http://ejournal.undip.ac.id/index.php/rotasi)
Junaidi. 2005. Kuat Arus dan Waktu Tekan Las Titik Terhadap Sifat Mekanis
Baja SPCE. Jurnal Teknik Mesin Vol. 2, No 2, Desember 2005 (ISSN
1829-8958)
Nachimani, C. and Rajkumar, R. 2013. Investigating Spot Weld Growth On
304 Austenitic Stainless Steel (2mm) Sheets. Journal of Engineering
Science and Technology vol.8, No. 1 (2013) 69-76
Pouranvari, M., 2011, Effect of Welding Current on the Mechanical Response
of Resistance Spot Welds of Unequal Thickhness Steel Sheets in
Tensile-Shear Loading Condition, International Journal of
Multidisciplinary Science and Engineering, Vol. 2, pp. 6.
Ruukki. 2007. Resistance Welding Manual. Finland : Rautaruukki Corporation
Sahota, D.S , Singh, R., Sharma, R. 2013. Study of Effect of Parameters on
Resistance Spot Weld of Austenite Stainless Steel 316 Material .
Mechanica Confab, Vol. 2, No. 2, February-March 2013 ( ISSN :
2320-2491)
Scuberth, S., Schedin, E.,Frohlich, Th,Ratte 2008. “Next Generation Vehicle –
Engineering guidelines for stainless steel in automotive applications”,
Proceedings of the 6th Stainless Steel Science and Market
Conference, Helsinki (Finland), 10 – 13 June, 2008
Sofyan, B.T . 2010. Pengantar Material Teknik. Jakarta : Salemba Teknika
Syamsul, J.B., Hisyam, M.M., 2007. Study Of Spot Welding Of Austenitic
Stainless Steel Type 304: Journal of Applied Sciences Research,
3(11): 1494-1499
Tewari, S.P and Nitin, R. 2010. Resistance Spot Weldability of Low Carbon
and HSLA Steels. Thammasat Int. J.sc Tech., Vol. 15, No. 1, January March 2010
Wiryosumarto H., Okumura T. 2000. Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta.
Pradya Paramita