BAB II TINJUAN PUSTAKA - digilib.unimus.ac.iddigilib.unimus.ac.id/files/disk1/120/jtptunimus-gdl-sutrisnoc2... · Jenis-jenis pengelasan yang ... Prinsip las busur terendam ini material

5

BAB II

TINJUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

Secara sederhana dapat diartikan bahwa pengelasan merupakan proses

penyambungan dua buah logam sampai titik rekristalisasi logam baik

menggunakan bahan tambah maupun tidak dan menggunakan energi panas

sebagai pencair bahan yang dilas. Sedangkan pengertian pengelasan menurut

Widharto (2003) adalah salah satu cara untuk menyambung benda padat dengan

jalan mencairkannya melalui pemanasan.

Berdasarkan definisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) las adalah

ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan

dalam keadaan lumer atau cair. Wiryosumarto dan Okumura (2004) menyebutkan

bahwa pengelasan adalah penyambungan setempat dari beberapa batang logam

dengan menggunakan energi panas.

Penyambungan dua buah logam menjadi satu dilakukan dengan jalan

pemanasan atau pelumeran, dimana kedua ujung logam yang akan disambung di

buat lumer atau dilelehkan dengan busur nyala atau panas yang didapat dari busur

nyala listrik (gas pembakar) sehingga kedua ujung atau bidang logam merupakan

bidang masa yang kuat dan tidak mudah dipisahkan (Arifin,1997).

Saat ini terdapat sekitar 40 jenis pengelasan. Dari seluruh jenis

pengelasan tersebut hanya dua jenis yang paling populer di Indonesia yaitu

pengelasan dengan menggunakan busur nyala listrik (Shielded metal arc welding/

SMAW) dan las karbit (Oxy acetylene welding/OAW). Pengelasan dapat dilakukan

dengan berbagai cara sebagai berikut:

a. Pemanasan tanpa tekanan

b. Pemanasan dengan tekanan

c. Tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam

material itu sendiri).

d. Tanpa logam pengisi dan dengan logam pengisi

6

Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam,

tetapi juga sering digunakan untuk menyambung plastik tetapi pembahasan ini

akan difokuskan pada penyambungan logam. Pengelasan merupakan proses yang

penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, karena :

a. Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen.

b. Sambungan las dapat lebih kuat dari pada logam induknya, bila digunakan

logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam

induknya.

c. Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi

penggunaan material dan biaya fabrikasi.

d. Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan pekerjaan tambahan

(penggurdian lubang) dan pengencang sambungan (rivet dan baut)

e. Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan.

Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan :

a. Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah

tenaga kerja yang mahal.

b. Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi

yang besar.

c. Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak

dapat dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk

produk yang memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan

atau perawatan).

d. Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit

dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.

2.2. Pengelasan

Pengelasan yang paling popular di Indonesia yaitu pengelasan dengan

busur nyala listrik (SMAW), dibeberapa Industri yang mempergunakan teknologi

canggih, telah menggunakan jenis las TIG, MIG dan las tahan listrik (ERW). serta

las busur terendam (SMAW).

7

Jenis-jenis pengelasan yang umumnya dilakukan adalah:

2.2.1 Proses pengelasan busur logam terbungkus

Pengelasan ini menggunakan batang elektrode yang dibungkus

dengan fluks atau disebut dengan shielded metal arc welding (SMAW)

seperti ditunjukan dalam Gambar 2.1. Untuk panjang batang elektrode

biasanya sekitar 230 sampai 460 mm dan diameter 2,5 sampai 9,5 mm.

Logam pengisi yang digunakan sebagai batang elektrode harus sesuai

dengan logam yang akan dilas, komposisinya biasanya sangat dekat

dengan komposisi yang dimiliki logam dasar.

Lapisan pembungkus terdiri dari serbuk selulosa yang dicampur

dengan oksida, karbonat, dan unsur-unsur yang lain kemudian disatukan

dengan pengikat silikat. Serbuk logam kadang-kadang juga digunakan

sebagai bahan campuran untuk menambah logam pengisi dan menambah

unsur-unsur paduan (alloy).

Gambar 2.1 Proses pengelasan busur logam terbungkus (Aljufri, 2008)

Selama proses pengelasan bahan fluks yang digunakan untuk

membungkus elektrode, akibat panas busur listrik, mencair membentuk

terak yang kemudian menutupi logam cair yang menggenang di tempat

sambungan dan bekerja sebagai penghalang oksidasi.

Pemindahan logam elektrode terjadi pada saat ujung elektrode

mencair membentuk butir-butir yang terbawa oleh arus busur listrik yang

terjadi. Arus listrik yang digunakan sekitar 30 sampai 300 A pada

tegangan 15 sampai 45 V. Pemilihan daya yang digunakan tergantung

8

pada logam yang akan dilas, jenis dan panjang kawat elektroda, serta

dalam penetrasi las-an yang diinginkan.

2.2.2. Proses pengelasan busur terendam (submerged arc welding/SAW)

Ini adalah salah satu pengelasan dimana logam cair ditutup dengan

fluks yang diatur melalui suatu penampang fluks dan elektroda yang

merupakan kawat pejal diumpankan secara terus menerus, dalam

pengelasan ini busur listriknya terendam dalam fluks dapat dilihat pada

Gambar 2.2. Prinsip las busur terendam ini material yang dilas adalah

baja karbon rendah, dengan kadar karbon tidak lebih dari 0, 05 %.

Baja karbon menengah dan baja konstruksi paduan rendah dapat

juga dilas dengan proses SAW, namun harus dengan perlakuan panas

khusus dan elektroda khusus.

Gambar 2.2. Proses pengelasan busur terendam (Widharto, 2003)

2.2.3. Proses pengelasan busur logam gas (Gas metal arc welding)

Pengelasan ini merupakan proses pengelasan busur yang

menggunakan elektrode terumpan dalam bentuk kawat (Gambar 2.3).

Busur api listrik sebagai sumber panas untuk peleburan logam,

perlindungan terhadap logam cair menggunakan gas mulia (inert gas) atau

CO2. Proses Gas metal arc welding (GMAW) dimodifikasikan juga

dengan proses menggunakan fluks yaitu dengan penambahan fluks yang

magnetig (magnetizen - fluks) atau fluks yang diberikan sebagai inti (fluks

cored wire).

9

Pengelasan busur logam gas banyak digunakan dalam pabrik untuk

mengelas berbagai jenis logam ferrous dan nonferrous. Keuntungan

pengelasan busur logam gas dibandingkan pengelasan manual adalah :

− Waktu busur lebih besar

− Pengelasan biasanya dilakukan secara automatis.

− Sampah sisa logam pengisi jauh lebih sedikit.

− Terak yang ditimbulkan lebih sedikit karena tidak memakai fluks.

− Laju pengelasan lebih tinggi.

− Kualitas daerah las-an sangat baik.

Gambar.2.3 Proses pengelasan busur logam gas (Aljufri, 2008)

2.2.4. Proses pengelasan busur berinti fluks (Flux-cored arc

welding/FCAW)

Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan

elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram), sedangkan bahan

penambah terbuat dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang

dilas dan terpisah dari torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas

pelindung yang keluar dari torch biasanya berupa gas argon 99 %.

Pada proses pengelasan ini peleburan logam terjadi karena panas

yang dihasilkan oleh busur listrik antara elektroda dan logam induk. Proses

pengelasan busur tungsten gas dapat dilihat pada Gambar 2.4

10

Gambar 2.4 Proses Pengelasan Busur Tungsten Gas (Wiryosumarto, 2000)

Terdapat dua jenis pengelasan busur inti-fluks, yaitu :

− Pelindung sendiri (self shielded), dan

− Pelindung gas (gas shielded).

Pengelasan busur inti-fluks dengan pelindung sendiri di dalam inti

kawat terdapat fluks dan unsur lain, yang dapat menghasilkan gas untuk

melindungi busur dari pengaruh atmosfir. Pengelasan busur inti fluks

dengan pelindung gas, di dalam inti kawat tidak ditambahkan unsur

penghasil gas. Gas pelindung ditambahkan secara terpisah, sama seperti

pada pengelasan busur logam gas. Keuntungan pengelasan inti fluks antara

lain :

− Elektrode dapat diumpankan secara kontinue

− Kualitas las-an sangat baik, sambungan las-an halus dan seragam.

2.2.5. Proses pengelasan busur tungsten gas (Gas Tungsten Arc Welding)

Pengelasan dengan memakai busur nyala api yang menghasilkan

elektroda tetap yang terbuat dari tungsten (wolfram) sering disebut dengan

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), sedangkan bahan penambah terbuat

dari bahan yang sama atau sejenis dengan bahan yang dilas dan terpisah dari

torch, untuk mencegah oksidasi dipakai gas pelindung yang keluar dari

torch biasanya berupa gas argon 99%. Pada proses pengelasan ini peleburan

11

logam terjadi karena panas yang dihasilkan oleh busur listrik antara

elektroda dan logam induk. Proses pengelasan busur tungsten gas dapat

dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Proses pengelasan busur tungsten gas (Wiryosumarto, 2000)

2.3. Desain Sambungan Las

Desain sambungan las dan bentuk sambungan (welding joint), serta bentuk

dan ukuran alur las dalam konstruksi untuk merancang sambungan las adalah:

a. Persyaratan umum atau spesifikasi mutu (kekuatan) yang di inginkan.

b. Bentuk dan ukuran konstruksi las

c. Tegangan timbul akibat pengelasan (residual stress), maupun tegangan

yang diperhitungkan akan timbul akibat pemakaian (pembebanan)

d. Jenis proses las yang boleh dipakai

Beberapa Standar telah mengatur jenis – jenis sambungan, ada Sembilan

jenis alur sambungan (kampuh) las yang utama seperti pada Gambar 2.6

12

Gambar 2.6 Jenis-jenis alur sambungan las (Harsono, 2000)

2.4. Arus Pengelasan

Besarnya aliran listrik yang keluar dari mesin las disebut dengan arus

pengelasan. Arus las harus disesuaikan dengan jenis bahan dan diameter elektroda

yang di gunakan dalam pengelasan. Untuk elektroda standart American Welding

Society (AWS), dengan contoh AWS E6013 untuk arus pengelasan yang

digunakan sesuai dengan diameter kawat las yang dipakai dapat dilihat pada

Tabel 2.1. Penggunaan arus yang terlalu kecil akan mengakibatkan penembusan

atau penetrasi las yang rendah, sedangkan arus yang terlalu besar akan

13

mengakibatkan terbentuknya manik las yang terlalu lebar dan deformasi dalam

pengelasan seperti ditunjukan pada Gambar 2.7.

Tabel 2.1 Hubungan diameter elektroda dengan arus pengelasan (Howard, 1998)

Diameter Kawat las (mm) Arus las (Amper)

1.6 25 - 45

2.0 50 - 75

2.5 70 - 95

3.25 95 - 130

4.0 135 - 180

5.0 155 - 240

Gambar 2.7 Pengaruh arus listrik dan kecepatan pengelasan terhadap hasil

sambungan las (Wiryosumarto, 2008)

2.5 Daya dan Energi Listrik

2.5.1. Daya Listrik.

Daya adalah banyaknya energi yang digunakan pada selang waktu

tertentu. Daya listrik yang dihasilkan dalam suatu rangkaian yang

melibatkan tahanan listrik merupakan perkalian tegangan dan arus listrik.

Amps normal

Amps Rendah

Amps Tinggi

Volt Rendah

Volt Tinggi

Kecp Tinggi

Kecp Rendah

14

(Gatot, 1999). Untuk mencari daya (P) dapat dihitung dengan persamaan

berikut :

t

WP = (2.1)

Dimana :

W = Besarnya energi (Joule)

t = Jumlah satuan waktu detik (s)

P = Besarnya daya listrik watt (w)

Daya juga bisa dihitung dengan persamaan lain yaitu dengan

diketahui tegangan dan arus, dengan persamaan dibawah ini.

P = V x I (2.2)

Dimana :

V = Besarnya tegangan (Volt)

I = Besarnya arus listrik (Amper)

P = Besarnya daya listrik (Watt)

2.5.2. Energi Listrik

Proses pengelasan menggunakan energi listrik yang diubah menjadi

energi panas untuk melelehkan atau mencairkan logam (Gatot, 1999).

Apabila penggunaan energi ini selama selang waktu t detik, maka energi

dapat dihitung dengan persamaan berikut :

txIxVW ab= (2.3)

txRxIW 2= (2.4)

Dimana :

Vab = Perbedaan potensial (Volt)

I = Besarnya arus (Amper)

t = Satuan waktu (detik)

W = Besarnya energi (Joule)

15

2.6. Kawat elektroda

Kawat Elektroda terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang berselaput

(fluks) dan tidak berselaput yang merupakan pangkal untuk menjepitkan tang las,

yang ditunjukan pada Gambar 2.8. Sedangkan fungsi fluks sendiri adalah untuk

melindungi logam cair dari lingkungan udara, menghasilkan gas pelindung,

menstabilkan busur.

Gambar 2.8. Kawat elektroda (Arifin, 1997)

Kawat elektroda dibedakan menjadi elektroda untuk baja lunak, baja

karbon tinggi, baja paduan, besi tuang, dan logam non ferro. Bahan elektroda

harus mempunyai kesamaan sifat dengan logam (Suharto, 1991). Pemilihan

elektroda pada pengelasan baja karbon sedang dan baja karbon tinggi harus benar-

benar diperhatikan apabila kekuatan las diharuskan sama dengan kekuatan

material.

Klasifikasi kawat elektroda diatur berdasarkan standar American

Welding Society (AWS) dan American Society Testing Material (ASTM). Menurut

standar AWS penomoran kawat elektroda dengan kode EXXYZ adalah sebegai

berikut :

E : Kawat elektroda untuk las busur listrik.

XX : Menyatakan nilai tegangan tarik minimum hasil pengelasan dikalikan

dengan 1000 Psi (60.000 Ib/in2) atau 42 kg/mm2.

Y : Menyatakan posisi pengelasan, 1 berarti dapat digunakan untuk

pengelasan semua posisi

Z : Jenis selaput elektroda Rutil-Kalium dan pengelasan arus AC atau DC

16

Untuk spesifikasi kawat elektroda untuk baja karbon berdasarkan jenis

dari lapisan elektroda yang digunakan pada posisi pengelasan dan polaritas

pengelasan yang terdapat Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Spesifikasi Elektroda Terbungkus dari Baja Lunak (Wiryosumarto,

2000).

Klasifi

kasi JIS

Jenis

fluks

Posisi

pengelasan Jenis listrik

Sifat mekanik logam las

Kekuatan

tarik

(Kg/mm2)

Kekuatan

luluh

(Kg/mm2)

Perpanj

angan

(%)

Kekuatan

tumbuk

(Kg/mm2)

D4301 imenit F.V.OH.H AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 22 ≥ 48 (oC)

D4303 Titania

kapur

F.V.OH.H AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 22 ≥ 28 (oC)

D4311 selulosa

tinggi

F.V.OH.H AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 22 ≥ 28 (oC)

D4313 Oksida

titan

F.V.OH.H AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 17

D4316 Hidrogen

rendah

F.V.OH.H AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 25 ≥ 48 (oC)

D4324 Serbuk besi

titania

F..H.S AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 17

D430126 Serbuk besi

hidrogen

rendah

F..H.S AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 25 ≥48 (oC)

D430127 Serbuk besi

oksida

F..H.S AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 25 ≥ 28 (oC)

D4340 Khusus Semua posisi AC atau DC ≥ 43 ≥ 35 ≥ 22 ≥ 28 (oC)

2.7. Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah adalah baja paduan yang mempunyai kadar karbon

sama dengan baja lunak, tetapi ditambah dengan sedikit unsur-unsur paduan.

Penambahan unsur ini dapat meningkatkan kekuatan baja tanpa mengurangi

keuletannya, untuk spefikasi jenis baja karbon rendah sesuai dengan kadar karbon

ditunjukan pada Tabel 2.3. material ini digunakan untuk kapal, jembatan, roda

kereta api, ketel uap, tangki-tangki dan dalam permesinan.

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon antara 0,1% - 1,7%.

Berdasarkan tingkatan banyaknya kadar karbon, baja digolongkan menjadi tiga

tingkatan :

17

a. Baja karbon rendah yaitu baja yang mengandung karbon kurang dari

0,30%. Baja karbon rendah dalam perdagangan dibuat dalam bentuk pelat,

profil, batangan untuk keperluan tempa, pekerjaan mesin, dan lain-lain.

b. Baja karbon sedang adalah baja yang mengandung karbon antara 0,30% –

0,60 %. Didalam perdagangan biasanya dipakai sebagai alat-alat perkakas,

baut, poros engkol, roda gigi, ragum dan pegas.

c. Baja karbon tinggi ialah baja yang mengandung karbon antara 0,6% –

1,5%. Baja ini biasanya digunakan untuk keperluan alat-alat konstruksi

yang berhubungan dengan panas yang tinggi atau mengalami panas,

misalnya landasan, palu, gergaji, pahat, kikir, bor, bantalan peluru, dan

sebagainya (Amanto,1999).

Pengelasan yang banyak digunakan untuk baja paduan rendah adalah las busur

elektroda terbungkus, las busur rendam dan las MIG (las logam gas mulia).

Tabel 2.3 Spesifikasi baja karbon rendah (Callister, 2007)

2.8. Daerah Pengaruh Panas

Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan

mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur

mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan,

kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang

mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena

18

pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone (HAZ)

yang ditunjukan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Daerah pengaruh panas pada sambungan las (Ahmad, 1994)

Keterangan :

1. Logam Las (Weld Metal) adalah daerah dimana terjadi pencairan logam

dan dengan cepat kemudian membeku.

2. Fusion Line Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami

peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga

dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z.

3. H A Z merupakan daerah yang dipengaruhi panas dan juga logam dasar

yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan

mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat, sehingga

terjadi perubahan struktur akibat pemanasan.

4. Logam Induk (Parent Metal) merupakan logam dasar dimana panas dan

suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan struktur dan

sifat.

Daerah HAZ merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena

selain mengalami perubahan struktur mikro juga mengalami perubahan sifat

mekanik pada daerah itu karena dipengaruhi lamanya pendinginan dan komposisi

kimia logam induk itu sendiri.

19

Pada proses pengelasan terjadi suatu siklus termal las yaitu proses

pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada daerah lasan atau dapat dikatakan

proses perubahan panas yang bersifat lokal, tidak seperti proses perubahan panas

pada umumnya. Untuk melihat fenomena proses tersebut dapat dilihat pada grafik

siklus termal las pada Gambar 2.10 sebagai berikut.

Gambar 2.10 Siklus termal las (Wiryosumarto, 2004)

2.9. Diagram Continuous Cooling Transformation (CCT)

Pada proses pengelasan, transformasi austenit menjadi ferit merupakan

tahap yang paling penting karena akan mempengaruhi struktur logam las, hal ini

disebabkan karena sifat-sifat mekanis material ditentukan pada tahap tersebut

(Aljufri, 2008). Faktor-faktor yang mempengaruhi transformasi austenit menjadi

ferit adalah masukan panas, komposisi kimia las, kecepatan pendinginan dan

bentuk sambungan las.

Struktur mikro dari baja pada umumnya tergantung dari kecepatan

pendinginannya dari suhu daerah austenit sampai suhu kamar. Karena perubahan

struktur ini maka dengan sendirinya sifat-sifat mekanik yang dimiliki baja juga

akan berubah. Hubungan antara kecepatan pendinginan dan struktur mikro yang

terbentuk biasanya digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu,

20

suhu dan transformasi, diagram tersebut dikenal dengan diagram CCT yang bisa

dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2. 11. Diagram CCT untuk baja ASTM 4340 (Aljufri, 2008)

Dari diagram di atas dapat dilihat bahwa bila kecepatan pendinginan naik

berarti waktu pendinginan dari suhu austenit turun, struktur akhir yang terjadi

berubah campuran ferit-perlit ke campuran ferit-perlit-bainit-martensit, ferit-bainit

martensit, kemudian bainit-martensit dan akhirnya pada kecepatan yang tinggi

sekali struktur akhirnya adalah martensit (Wiryosumarto, 2000).

2.10. Struktur mikro Sambungan Las

Daerah sambungan las terdiri dari tiga bagian yaitu: daerah logam las,

daerah HAZ dan logam induk yang tak terpengaruhi panas seperti ditunjukan pada

Gambar 2.12. Daerah logam las adalah bagian dari logam yang pada waktu

pengelasan mencair dan kemudian membeku.

Komposisi kimia logam las terdiri dari komponen logam induk dan bahan

tambah dari elektroda yang menyebabkan terjadinya struktur yang tidak homogen.

Struktur mikro di logam las dicirikan dengan adanya struktur berbutir panjang

(columnar grains). Struktur ini berawal dari logam induk dan tumbuh ke arah

tengah daerah logam las untuk arah pembekuan yang diperlihatkan pada Gambar

2.13 sebagai berikut.

21

Gambar 2.12. Arah pembekuan dari logam las (Wiryosumarto, 2000)

Penambahan unsur paduan pada logam las menyebabkan struktur mikro

cenderung berbentuk bainit dengan sedikit ferit batas butir, kedua macam struktur

mikro tersebut juga dapat terbentuk, jika ukuran butir austenitnya besar. Waktu

pendinginan yang lama akan meningkatkan ukuran batas butir ferit pada struktur

mikro logam las yang merupakan kombinasi dari struktur mikro yang ditunjukkan

pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Struktur makro daerah sambungan las (Sonawan, 2004)

Menurut Abson dan Pargeter (1986), struktur mikro dari las biasanya

kombinasi dari struktur mikro terdiri dari :

a. Ferit Batas Butir

Ferit batas butir terbentuk pertama kali pada transformasi γ - α,

biasanya terbentuk sepanjang bats austenit pada suhu 1000°C – 650°C

b. Ferit Widmanstatten

Jika suhunya lebih rendah maka akan terbentuk ferit Widmanstatten.

Ukurannya besar dan pertumbuhannya cepat sehingga akan memenuhi

Pusat elektroda Logam Induk

Garis Lebur

Manik Las

22

permukaan butirnya (Thewlis,1992). Struktur mikro ini terbentuk pada

suhu 750°C – 650°C disepanjang batas butir austenit. Ferit widmanstatten

mempunyai ukuran besar dengan orientasi arah yang hampir sama

sehingga memudahkan terjadinya perambatan retak.

c. Ferit Acicular

Ferit acicular berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil

dan mempunyai orentasi arah yang acak (Dallam dkk, 1985). Jika terjadi

retak hasil las dengan struktur mikro ferit acicular, maka retak tersebut

tidak akan cepat merambat karena orientasi arahnya acak. Karena hal

tersebut maka bentuk struktur mikro ferit acicular mempunyai

ketangguhan paling tinggi dibanding strutur mikro yang lain. Biasannya

ferit aciculat terbentuk sekitar suhu 650°C

d. Bainit

Bainit merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenit dan

berupa pelat-pelat sejajar dengan Fe3C diantara pelat-pelat tersebut atau

didalam pelat. Bainit mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dibanding

ferit, tetapi lebih rendah dari pada martensit.

e. Martensit

Martensit akan terbentuk pada proses pengelasan dengan

pendinginan sangat cepat, mempunyai sifat sangat keras dan getas

sehingga kekuatan tarik dan ketangguhannya rendah.

Pembentukan fasa-fasa terjadi pada proses pendinginan sesuai dengan temperatur

sebagai urutan berikut :

1. Batas butir ferit, terbentuk pertama kali pada transformasi austenit-ferit

biasanya terbentuk sepanjang batas austenit pada suhu 1000-650oC.

2. Ferit Widmanstatten atau ferrite with aligned second phase yang

diperlihatkan pada Gambar 2.14. Struktur mikro ini terbentuk pada suhu

750-650oC di sepanjang batas butir austenite.

3. Ferit acicular, berbentuk intragranular dengan ukuran yang kecil dan

mempunyai orientasi arah yang acak dan terbentuk sekitar suhu 650oC.

4. Bainit, merupakan ferit yang tumbuh dari batas butir austenit dan

terbentuk pada suhu 400-500oC.

23

5. Martensit akan terbentuk, jika proses pengelasan dengan pendinginan

sangat cepat, struktur ini mempunyai sifat sangat keras dan getas.

a) b)

c) d)

e) f)

Gambar 2.14. Foto mikro daerah las a). 800 A, b). 825 A, c). 850 A, d).

875 A, e). 900 A, f). Struktur dengan pembesaran 500

kali AF : ferit acicular, GF : ferit batas butir, WF : ferit

Widmanstatten (Subeki, 2006)

AF

W

GF

WF

AF

GF

50µm

50µm

50µm

50µm

AF

GF

AF

WF

GF

WF

50µm

20µm

AF

GF

A

GF

WF

24

2.11. Pengujian Komposisi Kimia

Uji komposisi merupakan pengujian yang berfungsi untuk mengetahui

seberapa besar atau seberapa banyak jumlah suatu kandungan yang terdapat pada

suatu logam, baik logam ferro maupun logam non ferro. Uji komposisi biasanya

dilakukan ditempat pabrik-pabrik atau perusahaan logam yang jumlah

produksinya besar, ataupun juga terdapat di Instititut pendidikan yang khusus

mempelajari tentang logam.

Proses pengujian komposisi berlangsung dengan pembakaran bahan

menggunakan elektroda dimana terjadi suhu rekristalisasi, dari suhu rekristalisasi

terjadi penguraian unsur yang masing-masing beda warnanya. Penentuan kadar

berdasar sensor perbedaan warna dan proses pembakaran elektroda ini tidak lebih

dari tiga detik. Pengujian komposisi dapat dilakukan untuk menentukan jenis

bahan yang digunakan dengan melihat persentase unsur yang ada.

Untuk mengetahui komposisi logam cair dilakukan inspeksi logam cair.

Alat uji yang digunakan CE meter atau spektrometer. Seperti yang dijelaskan

sebelumnya setelah di ketahui komposisi logam cair dengan pengujian komposisi

dilakukan proses penyesuaian untuk mencapai komposisi yang sesuai dengan

standar. Pada Gambar 2.15 ada tiga bagian utama yaitu:

1. Furnace berisi logam cair yang dilebur dari beberapa raw material

2. Standar material yang menentukan kandungan komposisi masing-masing

unsur yang ditetapkan

3. Proses pengujian komposisi yang menggunakan CE meter dan

Spectrometer

Gambar 2.15 Ilustrasi proses pengujian komposisi kimia (Hendri,2002)

25

2.12. Pengujian Kekerasan

Distribusi harga kekerasan produk lasan diperoleh dengan menguji titik-

titik sepanjang penampang hasil lasan yang tegak lurus dengan arah pengelasan.

Dari penampang itu terdapat tiga daerah berbeda yang masing-masing memiliki

karaktereristik berbeda. Ketiga daerah yang dimaksud dan di uji keras tersebut

adalah daerah logam las, derah pengaruh panas (HAZ) dan logam induk (Hery,

2003). Semua daerah itu hanya berjarak 1-2 mm untuk diuji kekerasan pada

daerah sambungan las.

Terdapat tiga jenis umum mengenai ukuran kekerasan yang tergantung

pada cara melakukan pengujian. Ketiga jenis tersebut adalah kekerasan goresan,

kerasan lekukan dan kekerasan pantulan (rewbound hardness). Akan tetapi

pengujian yang sering dilakukan adalah pengujian penekanan. Pada pengujian

penekanan terdapat beberapa alat uji yang dapat digunakan, antara lain alat uji

Brinell, Vickers, Rockwell dan microhardness.

a. Uji kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan Brinell merupakan pengujian standard

secara industri, tetapi karena penekannya memakai bola baja yang

diperkeras (hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi

tertentu, sebagaimana penekanan bola baja ditunjukkan oleh Gambar

2.16. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus

dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh

pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh Gambar 2.17. Sedangkan

pengukuran nilai kekerasan suatu material hitung menggunakan rumus

sebagai berikut:

BHN = ��

�������√��� (2.5)

dimana P : Beban (kg)

D : Diameter indentor (mm)

d : Diameter jejak (mm)

26

Gambar 2.16. Ilustrasi indentasi metode Brinell (Akhmad, 2009)

Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk

setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai

kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan ‘HB’ tanpa tambahan

angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan

indentor bola baja 10 mm, beban 3000 kg selama waktu 1—15 detik.

Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka yang

menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan

nilai kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan

indentor 10 mm, pembebanan 500 kg selama 30 detik.

Gambar 2.17. Hasil indentasi Brinellberupa jejak berbentuk lingkaran

dengan ukuran diameter dalam skala mm. (Akhmad,

2009)

b. Metode Rockwell

Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers

dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter atau diagonal jejak

yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan

pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam

27

industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor

yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya.

Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B dengan

referensi ASTM E 18 memakai indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan

beban 100 kg dan Rockwell C memakai indentor intan dengan beban 150

kg. Sedangkan untuk bahan lunak menggunakan penetrator yang

digunakan adalah bola Baja (Ball) yang kemudian dikenal dengan skala B

dan untuk bahan yang keras penetrator yang digunakan adalah kerucut

intan (Cone) dengan sudut pncak 1200, yang bisa dilihat pada Gambar

2.18 kemudian dikenal dengan skala C.

Gambar 2.18. Identer kerucut pada ujung diamon (ASM Vol.8, 2008)

Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai.

Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus

dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan

material diukur dengan skala B. Indentor 1/6 inci dan beban 100 kg.

Berikut ini diberikan Tabel 2.4 yang memperlihatkan perbedaan skala dan

range uji dalam skala Rockwell.

Dalam pengujian kekerasan Rockwell perlu memperhatikan nilai

minimum ketebalan material pengujian. nilai ketebalan minimum material

pengujian mengikuti rasio 1:10 tetapi ini berdasarkan akumulasi data

pengujian untuk berbagai macam ketebalan pada baja karbon rendah,

tinggi dan baja temper.

28

Tabel 2.4. Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell (ASTM, 2009)

Skala Beban Mayor (Kg) Tipe Indentor

Tipe Material Uji

A 60 1/16” bola intan kerucut Sangat keras, tungsten, karbida

B 100 1/16” bola Kekerasan sedang, baja karbon rendah dan sedang, kuningan,

perunggu

C 150 Intan kerucut Baja keras, paduan yang dikeraskan, baja hasil tempering

D 100 1/8” bola Besi cor, paduan alumunium, magnesium yg dianealing

E 100 Intan Kerucut Baja kawakan

F 60 1/16” bola Kuningan yang dianealing dan tembaga

G 150 1/8” bola Tembaga, berilium, fosfor, perunggu

H 60 1/8” bola Pelat alumunium, timah

K 150 ¼” bola Besi cor, paduan alumunium, timah

L 60 ¼” bola Plastik, logam lunak

M 100 ¼” bola Plastik, logam lunak

R 60 ¼” bola Plastik, logam lunak

S 100 ½” bola Plastik, logam lunak

V 150 ½” bola Plastik, logam lunak

Pengujian kekerasan Rockwell memiliki tiga metode yang biasa

digunakan yaitu:

1) Metode dengan Kerucut (HRC)

Pada percobaan dengan metode ini menggunakan identer

kerucut untuk penekanan ke material diperlihatkan pada Gambar

2.19 dengan besar nilai kekerasan HRC. Skala HRC memiliki nilai

kekerasan 0 sampai 100.

29

Gambar 2.19. Ilustrasi uji kekerasan Rockwell (ASTM, 2009)

Namun pengujian untuk material tersebut dapat dilakukan

dengan menggunakan mesin khusus yang memiliki kapasitas beban

1-30 kg. Metode ini hanya cocok untuk bahan-bahan dengan susunan

yang homogen. Gambar 2.20 menunjukan bagan pengujian

Rockwell Cone atau HRC:

Gambar 2.20. Bagan Pengujian HRC

2) Metode dengan Peluru (HRB)

Metode ini pada dasarnya sama dengan metode kerucut.

Hanya saja metode ini menggunakan penetrator sebuah peluru.

Berikut ini adalah bagan pengujian Rockwell Ball atau HRB yang

dilustrasikan pada Gambar 2.21 sebagai berikut:

30

Gambar 2.21. Bagan Pengujian HRB

3) Metode Rockwell Superficial

Perbedaannya dengan Rockwell biasa adalah dalam beban

minor dan beban mayor. Pada Rockwell Superficial, beban minor

adalah 3 kg, sedangkan beban mayor adalah 15, 30 dan 45 kg untuk

mengetahui besarnya beban dan dan jenis identor bisa dilihat pada

Tabel 2.5.

Tabel 2.5. Skala Superficial Rockwell (ASTM, 2009)

Simbol Identor Besar beban (Kg)

15 N Diamond 15 30 N Diamond 30 45 N Diamond 45 15 T 1/16 in ball 15 30 T 1/16 1n ball 30 45 T 1/16 in ball 45 15 W 1/8 in ball 15 30 W 1/8 in ball 30 45 W 1/18 in ball 45

c. Metode Vickers

Banyak masalah metalurgi yang membutuhkan penentuan

kekerasan pada permukaan yang sangat kecil misalnya penentuan

kekerasan pada permukaan terkarburasi, daerah sambungan, daerah difusi

dua material yang berbeda dan penentuan kekerasan pada part jam tangan.

Untuk pengujian spesimen-spesimen sangat kecil ini, mengunakan uji

31

Vickers dan untuk prosedur pengujian menggunakan referensi ASTM E

384

Pada metode ini, digunakan indentor intan berbentuk piramida

dengan sudut 136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.22. Prinsip

pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang

dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur

dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Untuk menghitung nilai

kekerasan suatu material menggunakan rumus sebagai berikut:

VHN = �. �� �

(2.6)

Dimana P = Besar beban (kg)

d = Rata-rata diameter pijakan identer d1 dan d2 (mm)

Gambar 2.22 Indentasi dengan metode Vickers (Akhmad, 2009)

2.13. Pengujian Tarik

Proses pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik benda

uji. Pengujian tarik untuk kekuatan tarik daerah las dimaksudkan untuk

mengetahui apakan kekuatan las mempunyai nilai yang sama, lebih rendah atau

lebih tinggi dari kelompok raw materials. Pengujian tarik untuk kualitas kekuatan

tarik dimaksudkan untuk mengetahui berapa nilai kekuatannya dan dimanakah

letak putusnya suatu sambungan las.

32

Pembebanan tarik adalah pembebanan yang diberikan pada benda dengan

memberikan gaya tarik berlawanan arah pada salah satu ujung benda yang diatur

pada ASTM E8. Untuk dimensi ukur bisa dilihat pada Gambar 2.23 dibawah ini.

Gambar 2.23. Spesimen Uji Tarik standart ASTM E-8

Penarikan gaya terhadap beban akan mengakibatkan terjadinya perubahan

bentuk (deformasi) bahan tersebut. Proses terjadinya deformasi pada bahan uji

adalah proses pergeseran butiran kristal logam yang mengakibatkan melemahnya

gaya elektromagnetik setiap atom logam hingga terlepas ikatan tersebut oleh

penarikan gaya maksimum.

Pada pengujian tarik beban diberikan secara kontinue dan pelan–pelan

bertambah besar, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai

perpanjangan yang dialami benda uji dan dihasilkan kurva tegangan – regangan

yang ditunjukkan pada Gambar 2.24 berikut ini

Gambar 2.24 Kurva tegangan-regangan (Callister, 2007)

33

Pada pengujian tarik beban diberikan secara kontinue dan pelan–pelan

bertambah besar, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai

perpanjangan yang dialami benda uji dan dihasilkan kurva tegangan-regangan.

Tegangan dapat diperoleh dengan membagi beban dengan luas penampang mula

benda uji.

�u = ��

�� (2.7)

Dimana: σu = Tegangan nominal (kg/mm2)

Fu = Beban maksimal (kg)

Ao = Luas penampang mula dari penampang batang (mm2)

Regangan (persentase pertambahan panjang) yang diperoleh dengan membagi

perpanjangan panjang ukur (∆L) dengan panjang ukur mula-mula benda uji.

ε = ∆�

�� x 100% =

����

�� x 100% (2.8)

Dimana: ε = Regangan (%)

L = Panjang akhir (mm)

Lo = Panjang awal (mm)

Pembebanan tarik dilakukan terus-menerus dengan menambahkan beban

sehingga akan mengakibatkan perubahan bentuk pada benda berups pertambahan

panjang dan pengecilan luas permukaan dan akan mengakibatkan kepatahan pada

beban. Persentase pengecilan yang terjadi dapat dinyatakan dengan rumus sebagai

berikut:

q = �����

�� x 100% (2.9)

Dimana: q = Reduksi penampang (%)

Ao = Luas penampang mula (mm2)

A1 = Luas penampang akhir (mm2)

34

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan

diilustrasikan pada Gambar 2.25 sesuai dengan tingkat keuletanya.

Gambar 2.25 Ilustrasi penampang samping bentuk perpatahan benda uji

tarik sesuai dengan tingkat keuletan/kegetasan (Akhmad,

2009)

Perpatahan ulet memberikan karakteristk berserabut (fibrous) dan gelap

(dull), sementara perpatahan getas ditandai dengan permukaan patahan yang

berbutir (granular) dan terang. Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena

bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu

sebelum terjadinya kerusakan, ini juga terjadi pada sambungan las.