Pengaruh pre-strain terhadap distorsi dan perambatan retak fatik sambungan las mig pada pengelasan baja ss400 AWAL
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun Sebagai Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-2
Program Studi Teknik Mesin
Dosen Pembimbing I:
Dr. Triyono, ST., MT
Dosen Pembimbing II:
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo ST., MT
Disusun Oleh:
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO
NIM. S951302003
MAGISTER TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
SURAKARTA
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2015
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun oleh:
Ignatius Henry Adi Nagoro
NIM. S951302003
Komisi
Pembimbing
Pembimbing I
Nama
Tanda Tangan
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
Pembimbing II
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT
NIP. 197101031997021001
Telah dinyatakan memenuhi syarat
pada tanggal
2015
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Program Pascasarjana UNS
commit to user
Tanggal
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun oleh:
Ignatius Henry Adi Nagoro
NIM. S951302003
Tim Penguji
Jabatan
Nama
Tanda Tangan
Ketua
Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si
NIP. 196908261999031001
Sekretaris
Dr. Nurul Muhayat, ST., MT
NIP. 197003231998021001
Anggota Penguji
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT
NIP. 197101031997021001
Telah dipertahankan di depan penguji
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
pada tanggal
Direktur Program Pascasarjana UNS
2015
Ketua Program Studi
Magister Teknik Mesin
commit to user
Tanggal
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Prof. Dr.Mohammad Furqon Hidayatullah M.Pd.
NIP 196007271987021001
Dr. Triyono, ST., MT
NIP 197406251999031002
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan :
1.
Tesis
yang
berjudul :
“PENGARUH
PRE-STRAIN
TERHADAP
DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK SAMBUNGAN LAS
MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400” ini adalah karya penelitian
saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah
diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh gelar akademik serta tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang
lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan
disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian
hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia
menerima
sanksi
sesuai
ketentuan
peraturan
perundang-undangan
(Permendiknas No 17, tahun 2010).
2.
Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah
lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs
UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu
semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi
dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin
UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh
Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran
dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
akademik yang berlaku.
commit to user
Surakarta,
April 2015 .
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Mahasiswa
,
Ignatius Henry Adi Nagoro
S951302003
commit to user
.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Pengaruh PreStrain Terhadap Distorsi Dan Perambatan Retak Fatik Sambungan Las Mig
Pada Pengelasan Baja SS400. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T., M.T.
Pembimbing II: Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Tesis Program Studi Magister
Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta
Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi distorsi pada proses pengelasan
dengan metode pre-strain, dan mendapatkan informasi tentang pengaruh prestrain terhadap karakteristik mekanis hasil pengelasan, juga untuk mengetahui
pengaruh pre-strain terhadap laju perambatan retak fatik. Pengukuran distorsi
hasil pengelasan spesimen yang di pre-strain menunjukkan bahwa pre-strain
dapat mengurangi distorsi pengelasan sebesar 50% hingga 74%. Hasil Foto Makro
mengindikasikan bahwa peningkatan ukuran penetrasi daerah las dan HAZ terjadi
karena peningkatan derajat sensitivitas logam induk SS400.
Hasil Foto Mikro pada logam induk yang di pre-strain menunjukkan
adanya rekristalisasi statis sehingga menghasilkan twin boundaries yang membuat
ukuran butiran nengecil dan merubah garis sumbu butir ferrite dan pearlite. Hasil
Foto Mikro di daerah las menunjukkan bahwa pre-strain mengakibatkan
terjadinya strain hardening dikarenakan adanya dislokasi atom ferrite dan pearlite
sehingga ukuran butiran pada logam induk menjadi lebih kecil. Sementara itu,
pre-strain juga mengakibatkan pertumbuhan retak pada celah batas butir yang
sangat berpengaruh pada pembentukan fasa saat dilakukan pengelasan. Pada
daerah lasan, proses strain hardening mengakibatkan peningkatan fasa
widmanstaten ferrite (WF) sehingga dapat meningkatkan kekuatan lasan.
Pengujian fatik spesimen CT tanpa pre-strain dan yang dipre-strain 1%,
3%, dan 5% yang dilakukan pada suhu ruangan dengan rasio pembebanan 0,1
mereduksi siklus fatik seiring dengan peningkatan tingkat pre-strain. Penurunan
jumlah siklus fatik terjadi karena pengaruh peningkatan dislokasi densitas
sehingga menghasilkan tatanan struktur butiran baru dengan tingkat dislokai
densitas berbeda. Kemudian, medan gaya yang dihasilkan dari dislokasi struktur
menurunkan slip plane dan homogenitas deformasi plastis.
Kata Kunci : metode pre-strain, SS400, distorsi pengelasan, regangan sisa,
perambatan retak fatik, fraktografi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Effect Of PreStrain On Distortion And Fatigue Crack Propagation In Welded Joint Of
Steel SS400. Supervisor I: Dr. Triyono, S.T., M.T. Supervisor II: Prof. Dr.
Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Thesis Master on Mechanical Engineering. Graduate
School. Sebelas Maret University, Surakarta.
This study aims to reduce distortion in welding process with pre-strain
method, and to get information about the influence of pre-strain on mechanical
characteristics of welded joint, also to determine influence of the pre-strain on
fatigue crack propagation. Measurement result in the pre-strained specimens
showed that pre-strain could be used to reduce 50% to 74% of welding distortion.
Macroscophic photos show that pre-strain generate to increase degree of sensitivity of
the base metal SS400 and it increases the size of welding penetration in weld area
and HAZ.
Microscophic photo on pre-strained base metal showed a static
recrystallization so it produced twin boundaries that could reduce the grain size
and changed the line axis of ferrite and pearlite grain. Microscophic photo result
in welding area indicated a strain hardening due to dislocation of atom ferrite and
pearlite. Meanwhile, pre-strain also generate the crack growth on the cleave
boundaries which was very influential to formation of the welding phase. In the
weld area, the strain hardening process influenced the increase of widmanstaten
ferrite phase (WF) so the strength of the weld increase.
Fatigue test of CT specimen without pre-strain and pre-strained specimen
with pre-strain level 1%, 3%, and 5% which were performed at room temperature
with ratio of 0,1 could reduced fatigue cycle due to an increase in the level of prestrain. The decrease of fatigue cycle number occured due to the increase of
dislocation density so it obtained a new grain structure with different densities
level. Then, stress filels which was obtained from dislocation structure decrease
the slip plane and homogeneity of plastic deformation.
Keywords : pre-strain method, SS400, welding distortion, residual strain, fatigue
crack growth, fractography
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis yang
berjudul “Pengaruh Pre-strain Terhadap Distorsi dan Rambatan Retak Fatik
Sambungan Las MIG pada Pengelasan Baja SS400”
Tesis ini terselesaikan atas bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya antara lain
kepada:
1.
Orang tua saya Bapak Darsono, S.T., dan Ibu Sumarni yang telah
memberikan dorongan dan Doa.
2.
Dr. Triyono, S.T., M.T. Ketua program studi magister teknik mesin program
pascasarjana UNS.
3.
Dr. Triyono, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Utama dan Kepala
Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.
4.
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. sebagai Pembimbing Kedua.
5.
Bapak Rifai Muslih, Instruktur lab. DN1 Batan, serpong, Jakarta.
6.
Bapak Sunhaji dan Bapak Sriyanto, Laboran lab. Bahan Teknik Jurusan
Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik UGM
7.
Bapak dan Ibu Dosen serta staf administrasi Jurusan Teknik Mesin UNS.
8.
Rekan-rekan mahasiswa S2 Jurusan Teknik Mesin
Penulis berharap tesis ini bermanfaat walaupun masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif.
Surakarta, 20 Februari 2015
commit to user
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... II
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS .............................. IV
Abstrak
................................................................................................................ V
Abstract
............................................................................................................... VI
KATA PENGANTAR ................................................................................................ VII
DAFTAR ISI ............................................................................................................ VIII
DAFTAR TABEL.......................................................................................................... X
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... XI
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 3
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................... 3
1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................................. 3
1.5. Batasan Masalah .................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... 4
2.1. Kajian Pustaka ....................................................................................................... 4
2.2. Dasar Teori ............................................................................................................ 6
2.2.1.
Las Metal Inert Gas (MIG) ..................................................................... 6
2.2.2.
Baja Karbon............................................................................................. 7
2.2.3.
Distorsi .................................................................................................... 7
2.2.4.
Pre-Strain ................................................................................................. 8
2.2.5.
Mekanisme patahan ................................................................................. 9
2.2.6.
Rambatan Retak .................................................................................... 11
commit to user
Hipotesis ................................................................................................
14
2.2.7.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................... 15
3.1. Bahan dan Peralatan Penelitian ........................................................................... 15
3.1.1.
Bahan Penelitian .................................................................................... 15
3.1.2.
Peralatan Penunjang .............................................................................. 15
3.2. Diagram Alir Penelitian....................................................................................... 16
3.3. Metode Penelitian ................................................................................................ 17
3.4. Analisis Data ....................................................................................................... 19
3.4.1.
Pengukuran Distorsi .............................................................................. 19
3.4.2.
Struktur Mikro ....................................................................................... 22
3.4.3.
Uji Kekerasan ........................................................................................ 23
3.4.4.
Uji Tarik ................................................................................................ 24
3.4.5.Pengukuran Distribusi Tegangan Sisa Menggunakan Teknik
Difraksi Neutron .................................................................................................. 25
3.4.6.
Perambatan Retak Fatik ........................................................................ 27
3.5. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 28
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ............................................................................... 29
4.1. Pengukuran Distorsi ............................................................................................ 29
4.2. Pengamatan Struktur Mikro ................................................................................ 31
4.2.1.
Struktur mikro di daerah logam induk .................................................. 33
4.2.2.
Struktur mikro di daerah las .................................................................. 34
4.2.3.
Struktur mikro di daerah heat-affected zone (HAZ) ............................. 36
4.3. Hasil Pengujian Kekerasan .................................................................................. 38
4.4. Hasil PengujianTarik ........................................................................................... 39
4.5. Hasil Pengukuran Regangan Sisa ........................................................................ 40
4.6. Hasil Pengujian Perambatan Retak Fatik ............................................................ 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 51
5.1. Kesimpulan .......................................................................................................... 51
5.2. Saran
............................................................................................................... 52
Daftar Pustaka ............................................................................................................... 53
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Komposisi kimia SS400 ....................................................................... 15
Tabel 3.2
Komposisi kimia ER 70S-1 .................................................................. 15
Tabel 3.3
Parameter metode pengelasan pre-strain ............................................. 18
Tabel 3.4
Urutan pengerjaan proses pembuatan simulasi .................................... 20
Tabel 4.1
Konstanta persamaan paris ................................................................... 43
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pengaruh pre-strain terhadap keuletan stainless steel
pada suhu 7500C ..................................................................................... 5
Gambar 2.2
Pengelasan MIG ..................................................................................... 7
Gambar 2.3
Distorsi pada pengelasan ........................................................................ 8
Gambar 2.4
Skematika kurva S-N (wohlers diagram) ............................................. 10
Gambar 2.5
Proses terjadinya fatik .......................................................................... 10
Gambar 2.6
Amplitudo konstan data perambatan retak ........................................... 11
Gambar 2.7
Kisaran pengaturan tegangan ............................................................... 12
Gambar 2.8
Tiga bentuk analisis kurva perambatan retak ....................................... 12
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian ......................................................................... 16
Gambar 3.2
Proses pemotongan baja SS400............................................................. 17
Gambar 3.3
Proses pembuatan spesimen uji tarik pada logam dasar ...................... 17
Gambar 3.4
Alat pre-strain ...................................................................................... 18
Gambar 3.5
Proses pengelasan spesimen ................................................................. 18
Gambar 3.6
Jarak pengukuran distorsi hasil pengelasan ......................................... 19
Gambar 3.7
Foto proses pengukuran distorsi pengelasan ........................................ 19
Gambar 3.8
Bagian penampang hasil pengelasan yang diamati .............................. 23
commit to user
Arah pengukuran micro hardness vickers ............................................ 23
Gambar 3.9
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 3.10 Bentuk dan ukuran spesimen dog bone ................................................ 24
Gambar 3.11 Setting spesimen pada pengukuran regangan sisa ................................ 26
Gambar 3.12 Prinsip teknik difraksi neutron menunjukkan lattice
spacing dari bidang kristal d ................................................................ 26
Gambar 3.13 Penampang pengukuran regangan sisa ................................................. 26
Gambar 3.14 Grafik kalibrasi 2Ɵ ............................................................................... 27
Gambar 3.15 Spesimen uji perambatan retak fatik ..................................................... 28
Gambar 4.1
Distorsi longitudinal pengelasan tanpa pre-strain dengan
pengelasan yang di pre-strain .............................................................. 30
Gambar 4.2
Distribusi distorsi spesimen tanpa pre-strain ........................................ 30
Gambar 4.3
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 1% .............................. 30
Gambar 4.4
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 3% .............................. 31
Gambar 4.5
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 5% .............................. 31
Gambar 4.6
Foto makro spesimen ........................................................................... 32
Gambar 4.7
Bentuk struktur mikro logam induk ..................................................... 34
Gambar 4.8
Struktur mikro daerah las ..................................................................... 35
Gambar 4.9
Bentuk HAZ pada pengelasan spesimen tanpa pre-strain ................... 36
Gambar 4.10 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 1% dan
3% ......................................................................................................... 37
Gambar 4.11 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 5%........................... 37
Gambar 4.12 Grafik kekerasan micro hardness vickers ............................................ 39
Gambar 4.13 Diagram tegangan tarik hasil pengujian tarik pada daerah
las ......................................................................................................... 40
Gambar 4.14 Diagram elongasi hasil pengujian tarik pada daerah
las ......................................................................................................... 40
Gambar 4.15 Grafik tegangan-regangan pengujian tarik pada daerah
las .......................................................................................................... 40
Gambar 4.16 Grafik distribusi regangan sisa pada arah longitudinal ......................... 42
Gambar 4.17 Hubungan
antara
panjang
retak
(a)
dengan
jumlah siklus (b) .................................................................................... 42
commit
to user
Gambar 4.18 Plot (da/dN) vs ∆K pada
spesimen
tanpa pre-strain ............................. 43
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.19 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 1%.................... 44
Gambar 4.20 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 3%.................... 44
Gambar 4.21 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 5%.................... 44
Gambar 4.22 Trendline Plot (da/dN) vs ∆K ................................................................ 45
Gambar 4.23 Bentuk spesimen uji perambatan retak fatik ......................................... 46
Gambar 4.24 Bentuk daerah patahan fatik .................................................................. 46
Gambar 4.25 Bentuk pola patahan stage I .................................................................. 47
Gambar 4.26 Permukaan patahan spesimen yang di pre-strain 5%.
Tanda anak panah menunjukkan streasi fatik. Gambar
perbesaran streasi fatik ditunjukkan oleh gambar (a)............................ 48
Gambar 4.27 Mekanisme perambatan retak fatik karena pergeseran
bidang diujung retakan .......................................................................... 48
Gambar 4.28 Bentuk elongated dimple pada patahan spesimen fatik ........................ 49
Gambar 4.29 Flutes dan cleavage yang dihasilkan dari mekanisme
pembebanan berlebih pada spesimen dengan tingkat prestrain 1% ............................................................................................... 50
Gambar 4.30 Microvoid yang timbul pada spesimen dengan tingkat
pre-strain 5%......................................................................................... 50
commit to user
digilib.uns.ac.id
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun Sebagai Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-2
Program Studi Teknik Mesin
Dosen Pembimbing I:
Dr. Triyono, ST., MT
Dosen Pembimbing II:
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo ST., MT
Disusun Oleh:
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO
NIM. S951302003
MAGISTER TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
SURAKARTA
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2015
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun oleh:
Ignatius Henry Adi Nagoro
NIM. S951302003
Komisi
Pembimbing
Pembimbing I
Nama
Tanda Tangan
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
Pembimbing II
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT
NIP. 197101031997021001
Telah dinyatakan memenuhi syarat
pada tanggal
2015
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Program Pascasarjana UNS
commit to user
Tanggal
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
PENGARUH PRE-STRAIN
TERHADAP DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK
SAMBUNGAN LAS MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400
TESIS
Disusun oleh:
Ignatius Henry Adi Nagoro
NIM. S951302003
Tim Penguji
Jabatan
Nama
Tanda Tangan
Ketua
Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si
NIP. 196908261999031001
Sekretaris
Dr. Nurul Muhayat, ST., MT
NIP. 197003231998021001
Anggota Penguji
Dr. Triyono, ST., MT
NIP. 197406251999031002
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT
NIP. 197101031997021001
Telah dipertahankan di depan penguji
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
pada tanggal
Direktur Program Pascasarjana UNS
2015
Ketua Program Studi
Magister Teknik Mesin
commit to user
Tanggal
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Prof. Dr.Mohammad Furqon Hidayatullah M.Pd.
NIP 196007271987021001
Dr. Triyono, ST., MT
NIP 197406251999031002
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan :
1.
Tesis
yang
berjudul :
“PENGARUH
PRE-STRAIN
TERHADAP
DISTORSI DAN PERAMBATAN RETAK FATIK SAMBUNGAN LAS
MIG PADA PENGELASAN BAJA SS400” ini adalah karya penelitian
saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah
diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh gelar akademik serta tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang
lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan
disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian
hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia
menerima
sanksi
sesuai
ketentuan
peraturan
perundang-undangan
(Permendiknas No 17, tahun 2010).
2.
Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah
lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs
UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu
semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi
dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin
UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh
Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran
dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
akademik yang berlaku.
commit to user
Surakarta,
April 2015 .
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Mahasiswa
,
Ignatius Henry Adi Nagoro
S951302003
commit to user
.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Pengaruh PreStrain Terhadap Distorsi Dan Perambatan Retak Fatik Sambungan Las Mig
Pada Pengelasan Baja SS400. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T., M.T.
Pembimbing II: Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Tesis Program Studi Magister
Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta
Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi distorsi pada proses pengelasan
dengan metode pre-strain, dan mendapatkan informasi tentang pengaruh prestrain terhadap karakteristik mekanis hasil pengelasan, juga untuk mengetahui
pengaruh pre-strain terhadap laju perambatan retak fatik. Pengukuran distorsi
hasil pengelasan spesimen yang di pre-strain menunjukkan bahwa pre-strain
dapat mengurangi distorsi pengelasan sebesar 50% hingga 74%. Hasil Foto Makro
mengindikasikan bahwa peningkatan ukuran penetrasi daerah las dan HAZ terjadi
karena peningkatan derajat sensitivitas logam induk SS400.
Hasil Foto Mikro pada logam induk yang di pre-strain menunjukkan
adanya rekristalisasi statis sehingga menghasilkan twin boundaries yang membuat
ukuran butiran nengecil dan merubah garis sumbu butir ferrite dan pearlite. Hasil
Foto Mikro di daerah las menunjukkan bahwa pre-strain mengakibatkan
terjadinya strain hardening dikarenakan adanya dislokasi atom ferrite dan pearlite
sehingga ukuran butiran pada logam induk menjadi lebih kecil. Sementara itu,
pre-strain juga mengakibatkan pertumbuhan retak pada celah batas butir yang
sangat berpengaruh pada pembentukan fasa saat dilakukan pengelasan. Pada
daerah lasan, proses strain hardening mengakibatkan peningkatan fasa
widmanstaten ferrite (WF) sehingga dapat meningkatkan kekuatan lasan.
Pengujian fatik spesimen CT tanpa pre-strain dan yang dipre-strain 1%,
3%, dan 5% yang dilakukan pada suhu ruangan dengan rasio pembebanan 0,1
mereduksi siklus fatik seiring dengan peningkatan tingkat pre-strain. Penurunan
jumlah siklus fatik terjadi karena pengaruh peningkatan dislokasi densitas
sehingga menghasilkan tatanan struktur butiran baru dengan tingkat dislokai
densitas berbeda. Kemudian, medan gaya yang dihasilkan dari dislokasi struktur
menurunkan slip plane dan homogenitas deformasi plastis.
Kata Kunci : metode pre-strain, SS400, distorsi pengelasan, regangan sisa,
perambatan retak fatik, fraktografi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
IGNATIUS HENRY ADI NAGORO. NIM: S951302003, 2015. Effect Of PreStrain On Distortion And Fatigue Crack Propagation In Welded Joint Of
Steel SS400. Supervisor I: Dr. Triyono, S.T., M.T. Supervisor II: Prof. Dr.
Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. Thesis Master on Mechanical Engineering. Graduate
School. Sebelas Maret University, Surakarta.
This study aims to reduce distortion in welding process with pre-strain
method, and to get information about the influence of pre-strain on mechanical
characteristics of welded joint, also to determine influence of the pre-strain on
fatigue crack propagation. Measurement result in the pre-strained specimens
showed that pre-strain could be used to reduce 50% to 74% of welding distortion.
Macroscophic photos show that pre-strain generate to increase degree of sensitivity of
the base metal SS400 and it increases the size of welding penetration in weld area
and HAZ.
Microscophic photo on pre-strained base metal showed a static
recrystallization so it produced twin boundaries that could reduce the grain size
and changed the line axis of ferrite and pearlite grain. Microscophic photo result
in welding area indicated a strain hardening due to dislocation of atom ferrite and
pearlite. Meanwhile, pre-strain also generate the crack growth on the cleave
boundaries which was very influential to formation of the welding phase. In the
weld area, the strain hardening process influenced the increase of widmanstaten
ferrite phase (WF) so the strength of the weld increase.
Fatigue test of CT specimen without pre-strain and pre-strained specimen
with pre-strain level 1%, 3%, and 5% which were performed at room temperature
with ratio of 0,1 could reduced fatigue cycle due to an increase in the level of prestrain. The decrease of fatigue cycle number occured due to the increase of
dislocation density so it obtained a new grain structure with different densities
level. Then, stress filels which was obtained from dislocation structure decrease
the slip plane and homogeneity of plastic deformation.
Keywords : pre-strain method, SS400, welding distortion, residual strain, fatigue
crack growth, fractography
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis yang
berjudul “Pengaruh Pre-strain Terhadap Distorsi dan Rambatan Retak Fatik
Sambungan Las MIG pada Pengelasan Baja SS400”
Tesis ini terselesaikan atas bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya antara lain
kepada:
1.
Orang tua saya Bapak Darsono, S.T., dan Ibu Sumarni yang telah
memberikan dorongan dan Doa.
2.
Dr. Triyono, S.T., M.T. Ketua program studi magister teknik mesin program
pascasarjana UNS.
3.
Dr. Triyono, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Utama dan Kepala
Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.
4.
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. sebagai Pembimbing Kedua.
5.
Bapak Rifai Muslih, Instruktur lab. DN1 Batan, serpong, Jakarta.
6.
Bapak Sunhaji dan Bapak Sriyanto, Laboran lab. Bahan Teknik Jurusan
Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik UGM
7.
Bapak dan Ibu Dosen serta staf administrasi Jurusan Teknik Mesin UNS.
8.
Rekan-rekan mahasiswa S2 Jurusan Teknik Mesin
Penulis berharap tesis ini bermanfaat walaupun masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif.
Surakarta, 20 Februari 2015
commit to user
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... II
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS .............................. IV
Abstrak
................................................................................................................ V
Abstract
............................................................................................................... VI
KATA PENGANTAR ................................................................................................ VII
DAFTAR ISI ............................................................................................................ VIII
DAFTAR TABEL.......................................................................................................... X
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... XI
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................................. 3
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................... 3
1.4. Manfaat Penelitian ................................................................................................. 3
1.5. Batasan Masalah .................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... 4
2.1. Kajian Pustaka ....................................................................................................... 4
2.2. Dasar Teori ............................................................................................................ 6
2.2.1.
Las Metal Inert Gas (MIG) ..................................................................... 6
2.2.2.
Baja Karbon............................................................................................. 7
2.2.3.
Distorsi .................................................................................................... 7
2.2.4.
Pre-Strain ................................................................................................. 8
2.2.5.
Mekanisme patahan ................................................................................. 9
2.2.6.
Rambatan Retak .................................................................................... 11
commit to user
Hipotesis ................................................................................................
14
2.2.7.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................... 15
3.1. Bahan dan Peralatan Penelitian ........................................................................... 15
3.1.1.
Bahan Penelitian .................................................................................... 15
3.1.2.
Peralatan Penunjang .............................................................................. 15
3.2. Diagram Alir Penelitian....................................................................................... 16
3.3. Metode Penelitian ................................................................................................ 17
3.4. Analisis Data ....................................................................................................... 19
3.4.1.
Pengukuran Distorsi .............................................................................. 19
3.4.2.
Struktur Mikro ....................................................................................... 22
3.4.3.
Uji Kekerasan ........................................................................................ 23
3.4.4.
Uji Tarik ................................................................................................ 24
3.4.5.Pengukuran Distribusi Tegangan Sisa Menggunakan Teknik
Difraksi Neutron .................................................................................................. 25
3.4.6.
Perambatan Retak Fatik ........................................................................ 27
3.5. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 28
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ............................................................................... 29
4.1. Pengukuran Distorsi ............................................................................................ 29
4.2. Pengamatan Struktur Mikro ................................................................................ 31
4.2.1.
Struktur mikro di daerah logam induk .................................................. 33
4.2.2.
Struktur mikro di daerah las .................................................................. 34
4.2.3.
Struktur mikro di daerah heat-affected zone (HAZ) ............................. 36
4.3. Hasil Pengujian Kekerasan .................................................................................. 38
4.4. Hasil PengujianTarik ........................................................................................... 39
4.5. Hasil Pengukuran Regangan Sisa ........................................................................ 40
4.6. Hasil Pengujian Perambatan Retak Fatik ............................................................ 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 51
5.1. Kesimpulan .......................................................................................................... 51
5.2. Saran
............................................................................................................... 52
Daftar Pustaka ............................................................................................................... 53
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Komposisi kimia SS400 ....................................................................... 15
Tabel 3.2
Komposisi kimia ER 70S-1 .................................................................. 15
Tabel 3.3
Parameter metode pengelasan pre-strain ............................................. 18
Tabel 3.4
Urutan pengerjaan proses pembuatan simulasi .................................... 20
Tabel 4.1
Konstanta persamaan paris ................................................................... 43
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pengaruh pre-strain terhadap keuletan stainless steel
pada suhu 7500C ..................................................................................... 5
Gambar 2.2
Pengelasan MIG ..................................................................................... 7
Gambar 2.3
Distorsi pada pengelasan ........................................................................ 8
Gambar 2.4
Skematika kurva S-N (wohlers diagram) ............................................. 10
Gambar 2.5
Proses terjadinya fatik .......................................................................... 10
Gambar 2.6
Amplitudo konstan data perambatan retak ........................................... 11
Gambar 2.7
Kisaran pengaturan tegangan ............................................................... 12
Gambar 2.8
Tiga bentuk analisis kurva perambatan retak ....................................... 12
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian ......................................................................... 16
Gambar 3.2
Proses pemotongan baja SS400............................................................. 17
Gambar 3.3
Proses pembuatan spesimen uji tarik pada logam dasar ...................... 17
Gambar 3.4
Alat pre-strain ...................................................................................... 18
Gambar 3.5
Proses pengelasan spesimen ................................................................. 18
Gambar 3.6
Jarak pengukuran distorsi hasil pengelasan ......................................... 19
Gambar 3.7
Foto proses pengukuran distorsi pengelasan ........................................ 19
Gambar 3.8
Bagian penampang hasil pengelasan yang diamati .............................. 23
commit to user
Arah pengukuran micro hardness vickers ............................................ 23
Gambar 3.9
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 3.10 Bentuk dan ukuran spesimen dog bone ................................................ 24
Gambar 3.11 Setting spesimen pada pengukuran regangan sisa ................................ 26
Gambar 3.12 Prinsip teknik difraksi neutron menunjukkan lattice
spacing dari bidang kristal d ................................................................ 26
Gambar 3.13 Penampang pengukuran regangan sisa ................................................. 26
Gambar 3.14 Grafik kalibrasi 2Ɵ ............................................................................... 27
Gambar 3.15 Spesimen uji perambatan retak fatik ..................................................... 28
Gambar 4.1
Distorsi longitudinal pengelasan tanpa pre-strain dengan
pengelasan yang di pre-strain .............................................................. 30
Gambar 4.2
Distribusi distorsi spesimen tanpa pre-strain ........................................ 30
Gambar 4.3
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 1% .............................. 30
Gambar 4.4
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 3% .............................. 31
Gambar 4.5
Distribusi distorsi spesimen yang di pre-strain 5% .............................. 31
Gambar 4.6
Foto makro spesimen ........................................................................... 32
Gambar 4.7
Bentuk struktur mikro logam induk ..................................................... 34
Gambar 4.8
Struktur mikro daerah las ..................................................................... 35
Gambar 4.9
Bentuk HAZ pada pengelasan spesimen tanpa pre-strain ................... 36
Gambar 4.10 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 1% dan
3% ......................................................................................................... 37
Gambar 4.11 Bentuk HAZ pada pengelasan yang di pre-strain 5%........................... 37
Gambar 4.12 Grafik kekerasan micro hardness vickers ............................................ 39
Gambar 4.13 Diagram tegangan tarik hasil pengujian tarik pada daerah
las ......................................................................................................... 40
Gambar 4.14 Diagram elongasi hasil pengujian tarik pada daerah
las ......................................................................................................... 40
Gambar 4.15 Grafik tegangan-regangan pengujian tarik pada daerah
las .......................................................................................................... 40
Gambar 4.16 Grafik distribusi regangan sisa pada arah longitudinal ......................... 42
Gambar 4.17 Hubungan
antara
panjang
retak
(a)
dengan
jumlah siklus (b) .................................................................................... 42
commit
to user
Gambar 4.18 Plot (da/dN) vs ∆K pada
spesimen
tanpa pre-strain ............................. 43
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.19 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 1%.................... 44
Gambar 4.20 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 3%.................... 44
Gambar 4.21 Plot (da/dN) vs ∆K pada spesimen yang di pre-strain 5%.................... 44
Gambar 4.22 Trendline Plot (da/dN) vs ∆K ................................................................ 45
Gambar 4.23 Bentuk spesimen uji perambatan retak fatik ......................................... 46
Gambar 4.24 Bentuk daerah patahan fatik .................................................................. 46
Gambar 4.25 Bentuk pola patahan stage I .................................................................. 47
Gambar 4.26 Permukaan patahan spesimen yang di pre-strain 5%.
Tanda anak panah menunjukkan streasi fatik. Gambar
perbesaran streasi fatik ditunjukkan oleh gambar (a)............................ 48
Gambar 4.27 Mekanisme perambatan retak fatik karena pergeseran
bidang diujung retakan .......................................................................... 48
Gambar 4.28 Bentuk elongated dimple pada patahan spesimen fatik ........................ 49
Gambar 4.29 Flutes dan cleavage yang dihasilkan dari mekanisme
pembebanan berlebih pada spesimen dengan tingkat prestrain 1% ............................................................................................... 50
Gambar 4.30 Microvoid yang timbul pada spesimen dengan tingkat
pre-strain 5%......................................................................................... 50
commit to user