6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aluminium 2.1.1 Latar Belakang
Aluminium adalah logam yang memiliki rumus kimia Al dikenal sebagai logam yang ringan dan memiliki ketahanan korosi yang tinggi terhadap udara, air,
oli dan beberapa cairan kimia. Massa jenis nya sekitar ½ dari baja atau tembaga Cu. Masa jenisnya yaitu 2,7grcm3. Karena keistimewaan sifatnya itu, paduan
aluminum banyak digunakan sebagai struktur suatu konstruksi untuk mengurangi beban atau beratnya. Sunawon, 2006
Aluminium dan paduan aluminium termasuk logam ringan yang mempunyai kekuatan tinggi, tahan terhadap karat dan merupkan konduktor listrik
yang baik. Logam ini dipakai secara luas dalam teknik pengelasan busur listrik dengan gas mulia menyebabkan pengelasan aluminium dan paduannya menjadi
sederhana dan dapat dipercaya.karena hal ini maka penggunaan aluminium dan paduannya didalam banyak bidang telah berkembang Wiryosumarto, 2006
Gambar 2.1 Aluminium
2.1.2 Sejarah Aluminium
Tahun 1825, ahli kimia Denmark “Orsted” berhasil memisahkan aluminium murni dengan cara memanaskan aluminium chloride dengan kalium
amalgam dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi. Tahun 1886, mahasiswa Amerika Serikat: Charles Martin–Hall
menemukan dengan cara melarutkan alumina Al
2
O
3
dalam lelehan kliorit
Universitas Sumatera Utara
7
Na
3
AlF
6
pada temperatur 960 °C dalam bentuk kotak yang dilapisi karbon dan kemudian melewatkan arus listrik. Cara inidikenal dengan proses Hall–
Heroult, karena bersama seorangPrancis bernama Paul Heroult. Tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayern menemukan cara
memperoleh alumina dari bauksit “disebut dengan proses Bayer”. Davis, Jr, 1993, dan sampai saat ini masih digunakan untuk memproduksi alumina dari
bauksit. Sunawon, 2006 Aluminium adalah logam yang berwaarna putih perak dan tergolong
ringan yang mempunyai massa jenis 2,7 gr cm
–3
. Sifat-sifat yang dimilki aluminium antara lain :
1. Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan
untuk alat rumah tangga seperti panci, wajan dan lain-lain. 2.
Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus makanan, obat, dan rokok.
3. Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan
sebagai kabel pada tiang listrik. 4.
Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti Duralium campuran Al, Cu, mg untuk pembuatan badan
peswat. 5.
Al sebagai zat reduktor untuk oksida MnO
2
dan Cr
2
O
3
.
Aluminium terdapat melimpah dalam kulit bumi, yaitu sekitar 7,6. Dengan kelimpahan sebesar itu, aluminium merupakan unsur ketiga terbanyak
setelah oksigen dan silikon, serta merupakan unsur logam yang paling melimpah. Namun, aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena
pengolahannya sukar. Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah bauksit yang merupakan satu-satunya sumber aluminium. Kriloit digunakan
pada peleburan aluminium, sedang tanah liat banyak digunakan untuk membuat batu bata, keramik. Di Indonesia, bauksit banyak ditemukan di pulau
Bintan dan di Tayan, Kalimantan Barat. Beberapa penggunaan aluminium antara lain:
Universitas Sumatera Utara
8
1. Sektor industri otomotif, untuk membuat bak truk dan komponen
kendaraan bermotor, badan pesawat terbang. 2.
Sektor pembangunan perumahan;untuk kusen pintu dan jendela. 3.
Sektor industri makanan ,untuk kemasan berbagai jenis produk. 4.
Sektor lain, misal untuk kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barangkerajinan.
2.1.3. Proses Pembuatan Aluminium
Aluminium yang sangat reaktif dengan oksigen Al
2
O
3
. Proses reduksi ini tidak semudah mereduksi besi menggunakan batu bara, karena aluminium
merupakan reduktor yang lebih kuat dari karbon. Produksi aluminium dimulai dari pengambilan bahan tambang bauksit, corrundum, gibbsite,
boehmite,diaspore, dan sebagainya. Diolah dengan proses Bayer dan juga
proses Hall-Heroult. Namun ada pula proses pembuatan aluminium
melalui proses daur ulang. Harsono Wiryosumarto 2000 1.
Proses bayer Bijih bauksit mengandung 50-60 Al
2
O
3
yang bercampur dengan zat-zat pengotor terutama Fe
2
O
3
dan SiO
2
. Untuk memisahkan Al
2
O
3
dari zat-zat yang tidak dikehendaki, kita memanfaatkan sifat amfoter dari Al
2
O
3
.Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam
bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO
2
, Fe
2
O
3
, dan TiO
2
. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida
NaOH,Al
2
O
3
s + 2NaOH aq + 3H
2
Ol --- 2NaAlOH
4
aq. Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-
pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO
2
dan pengenceran.2NaAlOH
4
aq + CO
2
g --- 2AlOH
3
s + Na
2
CO
3
aq + H
2
Ol Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni Al
2
O
3
2AlOH
3
s ---Al
2
O
3
s + 3H
2
Og.
Universitas Sumatera Utara
9
Gambar 2.2 Skema Proses Bayer
2. Proses Hall-Heroult
Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult,
aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit Na
3
AlF
6
dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis
dilakukan pada suhu 950 °C. Sebagai anode digunakan batang grafit.Setelah diperoleh Al
2
O
3
murni, maka proses selanjutnya adalah elektrolisis leburan Al
2
O
3
. Pada elektrolisis ini Al
2
O
3
dicampur dengan CaF
2
dan 2-8 kriolit Na
3
AlF
6
yang berfungsi untuk menurunkan titik lebur Al
2
O
3
titik lebur Al
2
O
3
murni mencapai 2000 °C, campuran tersebut akan melebur pada suhu antara 850-950 °C. Anode dan katodenya terbuat dari grafit. Reaksi yang
terjadi sebagai berikut: Al
2
O
3
l : 2Al
3+
l + 3O
2-
l Anode + : 3O
2-
l + 32 O
2
g + 6
e −
Katode - : 2Al
3+
l + 6
e-
+ 2Al l Reaksi sel : 2Al
3+
l + 3O
2-
l + 2Al l + 32 O
2
g Peleburan alumina menjadi aluminium logam terjadi dalam tong baja
yang disebut pot reduksi atau sel elektrolisis. Bagian bawah pot dilapisi dengan karbon, yang bertindak sebagai suatu elektroda konduktor arus listrik dari
sistem. Secara umum pada proses ini, leburan alumina dielektrolisis, di mana lelehan tersebut dicampur dengan lelehan elektrolit kriolit dan CaF
2
di dalam
Universitas Sumatera Utara
10
pot di mana pada pot tersebut terikat serangkaian batang karbon dibagian atas pot sebagai katoda. Karbon anoda berada dibagian bawah pot sebagai lapisan
pot, dengan aliran arus kuat 5-10 V antara anoda dan katodanya proses elektrolisis terjadi. Tetapi, arus listrik dapat diperbesar sesuai keperluan,
seperti dalam keperluan industri. Alumina mengalami pemutusan ikatan akibat elektrolisis, lelehan aluminium akan menuju kebawah pot, yang secara berkala
akan ditampung menuju cetakan berbentuk silinder atau lempengan. Masing – masing pot dapat menghasilkan 66.000-110.000 ton aluminium per
tahunAnonymous,2009. Secara umum, 4 ton bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton aluminium.
Gambar 2.3 Proses Hall-Heroult
2.1.4 Jenis Aluminium Paduan
1. Jenis Aluminium Murni seri 1000
Jenis ini adalah aluminium dengan kemurnian antara 99,0 - 99,9. Aluminium seri ini bersifat tahan karat, konduksi panas dan konduksi listrik
baik, mampu-las dan mampu-potong. Kekurangannya ialah kekuatan yang rendah
2. Jenis Paduan Al-CU Seri 2000
Jenis paduan Al-Cu adalah jenis yang dapat diperlaku-panaskan. Dengan penyepuhan sifat mekanik paduan ini dapat menyamai sifat dari baja
lunak, tetapi daya tahan korosinya rendah bila disbanding dengan jenis paduan lainnya. Sifat mampu-lasnya juga kurang baik, karena itu paduan jenis ini
Universitas Sumatera Utara
11
biasanya digunakan pada konstruksi pesawat terbang seperti duralumin 2017 dan super duralumin 2014
3. Jenis Paduan Al-Mn Seri 3000
Jenis paduan ini tidak dapat diperlaku-panaskan sehingga penaikan kekuatannya hanya dapat diusahakan melalui pengerjaan dingin dalam proses
pembuatannya. Dalam hal kekuatan, jenis paduan ini lebih unggul dari jenis Al murni.
4. Jenis Paduan Al-Si Seri 4000
Jenis paduan ini tidak dapat diperlaku-panaskan. Jenis ini dalam keadaan cair mempunyai sifat mampu-alir yang baik dan proses
pembekuannya hampir tidak terjadi retak. Karena sifat-sifatnya, maka jenis paduan jenis Al-Si banyak digunakan sebagai bahan atau logam las dalam
pengelasan paduan aluminium baik paduan cor maupun paduan tempa. 5.
Jenis paduan Al-Mg Seri 5000 Jenis paduan ini tidak dapat diperlaku-panaskan, tetapi mempunyai
sifat yang baik dalam daya tahan korosi, terutama korosi air laut, dan dalam sifat mampu-lasnya.Paduan Al-Mg banyak banyak digunakan tidak hanya
dalam konstruksi umum, tetapi juga untuk tangki-tangki penyimpanan gas alam cair dan oksige cair.
6. Jenis Paduan Al-Mg-Si Seri 6000
Jenis paduan ini dapat diperlaku-panaskan dan mempunyai sifat mampu-potong, mampu-las dan daya tahan korosi yang cukup. Sifat yang
kurang baik dari paduan ini adalah terjadinya pelunakan pada daerah las sebagai akibat dari panas pengelasan yang timbul.
7. Jenis Paduan Al-Zn Seri 7000
Jenis paduan ini dapat diperlaku-panaskan. Biasanya dalam paduan ini ditambahkan Mg, Cu, Cr. Kekuatan tarik yang dapat dicapai lebih dari 50
kgmm2, sehingga paduan ini dinamakan juga ultra duralumin. Sifat mampu- las dan daya tahannya, terhadap korosi kurang menguntungkan. Paduan Al-
Zn-Mg banyak digunakan dalam konstruksi las, karena jenis ini mempunyai sifat mampu-las dan daya tahan korosi yang lebih baik dari pada paduan dasar
Al-Zn
Universitas Sumatera Utara
12
2.1.5 Sifat Mampu Las Aluminium
1. Sifat-sifat umum paduan aluminium Dalam hal pengelasan, paduan aluminium mempunyai sifat yang kurang
baik bila dibandingkan dengan baja. Sifat-sifat yang kurtang baik atau merugikan tersebut adalah:
a. karena panas jenis dan daya hantar panasnya yang tinggi maka sulit untuk
memanaskan dan mencairkan di sebagian kecil daerah las b.
Paduan aluminium mudah teroksidasi dan membentuk oksidasi aluminium Al2O3 yang mempumyai titik cair tinggi. Karena sifat ini maka peleburan
antara logam dasar dan logam las menjadi terhalang. c.
Karena mempunyai sifat koefisien muai yang besar, maka mudah sekali terjadi deformasi sehingga paduan-paduan yang mempunyai sifat getas
akan cenderung membentuk retak-panas. d.
Karena perbedaan yang tinggi antara kelarutan hydrogen dalam logam cair dan logam padat, maka dalam proses pembekuan yang terlalu cepat akan
terbentuk rongga halus bekas kantong-kantong hydrogen. e.
Paduan aluminium mempunyai berat jenis rendah, karena itu banyak zat- zat lain yang terbentuk selama pengelasan akan tegelam. Keadaan ini
memudahkan terkandungnya zat-zat yang tidak dikehendaki ke dalamnya. f.
Karena titik cair dan viskositasnya rendah, maka daerah yang kena pemanasan mudah mencair dan jutuh menetes.
Namun akhir-akhir ini sifat yang kurang baik tersebut telas dapat diatasi dengan alat dan teknik las yang lebih maju dan dengan menggunakan gas
mulia sebagai pelindung selama pengelasan. Dengan kemajuan ini maka sifat mampu las dari paduan aluminium menjadi lebih baik. Harsono
Wiryosumarto 2000 2. Retak las pada paduan aluminium
Sebagian retak las yang terjadi pada paduan aluminium adalah retak panas yang termasuk dalam kelompok retak karena pemisahan. Retak las
ini dapat terjadi pada proses pembekuan dan proses pencairan. Retak las yang terjadi pada proses pembekuan disebabkan karena adanya penyusutan logam
yang membeku dan dapat membentuk retak manic membujur, retak manic
Universitas Sumatera Utara
13
melintang dan retak kawah. Sedangkan retak yang terjadi pada proses pencairan disebabkan karena adanya pengendapan dari senyawa bertitik cair
rendah seperti Mg, Si, Cu, Zn dan lain-lainnya. Beberapa hal yang di perkirakan menjadi penyebab terjadinya retak
las adalah penggunaan logam las yang tidak sesuai dengan logam induk, suhu antar lapis las, tegangan penahan dan juru las yang kurang terampil. Sebagai
contoh terbentuknya retak manic membujur yang disebabkan oleh tidak sesuaianya logam las dan loigam induk adalah bila paduan Al-Mg-Si dilas
dengan menggunakan logam las yang sama. Retak melintang terjadi karena adanya tegangan penahan arah memanjang yang besar. Sedangkan retak halus
yang sukar untuk diperiksa walaupun dengan pemeriksaan radiografi biasanya sebebkan oleh terlalu tingginya suhu antar lapis. Harsono Wiryosumarto
2000 3. Lubang-lubang halus pada paduan aluminium
Lubang halus yang terjadi pada proses pengelasan aluminium di sebabkan oleh gas hydrogen yang larut kedalam aluminium cair. Karena batas
kelarutan turun pada waktu pendinginan maka gas hydrogen keluar dari larutan membentuk gelembung halus seperti terlihat pada gambar 2.4 usaha
yang piling baik untuk menhindarinya adalah menghilangkan sumber hydrogen baik yang berbentuk zat-zat organic seperti minyak yang berbentuk
uap air. Harsono Wiryosumarto 2000
Gambar 2.4 Terjadinya lubang halus pada pengelasan aluminum Harsono Wiryosumarto 2000
Universitas Sumatera Utara
14
4. Pengaruh panas pengelasan pada paduan aluminium Panas pengelasan pada paduan aluminium akan menyebabkan terjadinya
pencairan sebagian, rekristalisasi, pelarutan padat atau pengendapan, tergantung pada tingginya suhu pada daerah las. Karena perubahan struktur ini biasanya
terjadi penurunan kekuatan korosi dan kadang-kadang daerah las menjadi getas. Struktur mikro daerah HAZ dari paduan dapat diperlaku-panaskan ditunjukkan
pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Struktur Mikro Daerah Las Dari Aluminium yang Dapat Diperlaku- Panaskan Harsono Wiryosumarto2000
Pada paduan yang dapat dikeras endapkan, akan terjadi butir-butir endapan yang kasar sehingga pada daerah ini terjadi penurunan kekuatan dan ketahan
korosi yang paling besar. Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa makin besar masukan panas makin besar pula sifat-sifat mekanik yang baik. Harsono
Wiryosumarto 2000
2.2 Pengelasan 2.2.1 Ruang Lingkup Dan Defenisi Pengelasan
Kategori