## Pengaruh temperatur pelat landasan selama hot gas welding terhadap karakteristik kekuatan lasan lembaran HDPE
Agus Setiawan 1 , Kris Witono 2 , Riswan E.W. Susanto 3
1,2 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang
3 Jurusan Teknik Mesin, PSDKU Polinema Kediri Malang, 65141, Indonesia E-mail: agussetiawan_72@yahoo.com, k_witono@yahoo.com, risone79@gmail.com

## Abstrak
Kegagalan  material  plastik  seperti  patah  ataupun  retak  dapat  diperbaiki  dengan  cara  penyambungan.  Dalam dunia industri penyambungan dua bagian plastik atau lebih dapat dilakukan dengan teknologi las plastik, salah satu metode pengelasan plastik yaitu hot-gas welding (HGW). HGW adalah salah satu proses pengelasan untuk material  plastik,  namun  telah  diketahui  bahwa  material  plastik  memiliki  konduksivitas  panas  yang  buruk. Tujuan penelitian untuk meningkatkan kualitas sambungan  las  material plastik dalam  hal  ini  lembaran HDPE , dan  mengetahui  pengaruh  dari  temperatur  pelat  landasan  dan  temperatur hot-gas terhadap  kekuatan  tarik  dan pukul,  serta  pengaruh  interaksi  dari  temperatur  pelat  landasan  dan  temperatur hot-gas terhadap  kekuatan  tarik dan  pukul.  Metode  yang  digunakan  dalam  pengambilan  data  adalah  eksperimen  dan  metode  pengolahan  data menggunakan DOE factorial . Variasi temperatur pelat landasan saat proses pengelasan (30°C, 70°C, 110°C dan 150°C),  serta temperatur  aliran  udara  panas  dari hot-gun (250°C, 300°C, dan 350°C). Untuk memperoleh data dilakukan  dengan pengujian tarik  dan  pukul  dengan  menggunakan  standar  spesimen  masing-masing  ASTM  D 638-03  dan  ASTM  D  6110.  Dari  hasil  penelitian  diperoleh  bahwa  temperatur  pelat  landasan  dan  temperatur aliran  udara  panas hot  gun selama  proses hot  gas  welding berpengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  dan  pukul sambungan  las  HDPE.  Optimasi  kekuatan  tarik  dan  pukul  masing-masing  18,78  MPa  dan  0,018567  J/mm 2 (85,65% dan 89,74% dari kekuatan  material HDPE tanpa sambungan), nilai tersebut diperoleh dari kombinasi temperatur pelat landasan 150°C dan aliran udara panas hot gan 250°C.
Kata Kunci: HDPE Sheet , Hot Gas Welding , Karakteristik Kekuatan, Lasan, Pelat Landasan, Temperatur

## Abstract
Plastic material failures such as fractures or can be repaired by joining. In the industrial world, the joining of two or more plastic parts can be done with plastic welding technology, one of the methods of plastic welding is hot-gas welding (HGW). HGW is a welding process for plastic materials, but it is known that plastic materials have poor heat conductivity. The aim of this research is to improve the quality of plastic material joints, in this case HDPE sheets, and effect of the base plate temperature and hot-gas temperature on the strength and impact, as  well  as  the  interaction  effect  of  the  base  plate  temperature  and  hot-gas  temperature  on  tensile  and  hit strength. The method  used in data collection is data  processing  method  using factorial DOE. The temperature variation  of  the  base  plate  during  the  welding  process  (30°  C,  70°  C,  110°  C  and  150°  C),  as  well  as  the temperature  of  the  hot  air  flow  from  the  hot-gun  (250°  C,  300°  C,  and  350°  C).  To  obtain  the  data,  it  was carried out by tensile and hit tests using standard specimens, respectively ASTM D 638-03 and ASTM D 6110. From the research results, it was found that the ground temperature and hot air flow temperature of the hot gun during the hot gas welding process had an effect on the tensile strength and hit HDPE weld joints. Optimization of  tensile  strength  and  hitting  strength,  respectively  18.78  MPa  and  0.018567  J/mm2  (85.65%  and  89.74%  of the  strength  of  HDPE  without  joints),  these  values  are  obtained  from  the  combination  of  an  anvil  plate temperature of 150° C and flow hot air hot gan 250° C.
Keywords: HDPE Sheet, Hot Gas Welding, Strength Pronunciation, Weld, Foundation Plate, Temperature

## 1. Pendahuluan
Penggunaan  material  plastik  abad  21  ini secara  global  mengalami  trend  peningkatan,  hal tersebut  terjadi  karena  material  plastik  memiliki keunggulan  secara  teknik  dan  ekonomis  yaitu  kuat, tidak berkarat, ringan, dapat didaur ulang, dan harga yang  relatif  murah.  Material  plastik  bisa  disebut
juga  dengan  polimer.  Material  plastik  banyak digunakan sebagai pengganti  material kayu ataupun logam.  Material  plastik  sering  dijumpai  dalam kehidupan  sehari-hari  terutama  di  bidang  industri dan  otomotif.    Dalam  bidang  industri  contoh aplikasi  penggunaan  material  plastik  yaitu  pipa  air, tangki  bahan  kimia,  partisi  dan  sebagainya, sedangakan  dalam  bidang  otomotif  material  plastik
dapat  dijumpai  sebagai  bahan  dasar part-part kendaraan  bermotor  seperti bumper , dasbor ,  rumah spion, body dan lain-lain.
Kegagalan  material  plastik  seperti  patah ataupun  retak  dapat  diperbaiki  dengan  cara penyambungan. Penyambungan dua bagian material plastik  atau  lebih  telah  dapat  dilakukan  dengan mengunakan  suatu  teknologi  pengelasan  plastik. Salah satu teknolgi pengelasan material plastik yang telah  dikembangkan  pada  pertengahan  abad  20 adalah Hot Gas Welding (HGW). Hot gas welding merupakan teknik pengelasan  dimana  material  induk  dan  meterial pengisi  ( filler )  dipanaskan  menggunakan  aliran udara  panas  bertekanan  sampai  batas  temperatur pelunakannya.  Penyambungan  terjadi  karena  fusi yang  terjadi  secara  bersamaan  antara  material plastik dan material pengisi ( filler ).[1]
Pengelasan  plastik  bisa  dikatakan  baik apabila  karakteristik  dari  sambungan  las  dan homogenitasnya mendekati karakteristik dari material  plastik  tanpa  sambungan,  akan  tetapi kekuatan  mekanis  hasil  pengelasan  yaitu  pada sambungan  lasnya pada umumnya  mempunyai  nilai yang  masih  lebih  rendah  dari  kekuatan  mekanis material tanpa pengelasan.[2]
Terdapat beberapa metode pengelasan material plastik  yang saat ini telah digunakan  yaitu: Hot  Gas  Welding (HGW), Heated  Tool  Welding (HTW), Induction  Welding ,  dan Friction  Stir Welding (FSW),  dari  metode  pengelasan  material plastik  tersebut  metode Hot  Gas  Welding (HGW) paling  banyak  digunakan.  Metode hot  gas  welding paling  dapat  diandalkan  dan  menguntungkan  secara teknis bila dilihat dari sudut pandang penelitian dan produksi.[3]
Pada  proses  pengelasan  sering  digunakan proses preheating/ pemanasan  awal,  dimana  proses preheating bertujuan  untuk  menstabilkan  suhu spesimen  sebelum  dilakukan  pengelasan  agar  tidak terjadi  cacat/kerusakan  serta  meningkatkan  sifat mekanis  dari  material  yang  akan  dilakukan pengelasan[4].
Pengunaan  pelat  landasan  berpemanas  yang diletakkan  pada  permukaan  bawah  lembaran  HDPE yang  akan  dilas,  dimana  pemanas  tersebut  dapat diatur  nilai  temperaturnya  sebelum  dan  selama proses  pengelasan friction  stir  welding (FSW) ternyata  dapat  meningkatkan  kekuatan  tarik  dan homogenitas sambungan las lembaran HDPE [5].
Dari  latar  belakang  dan  beberapa  penelitian yang  telah  dilakukan  dengan  tujuan  meningkatkan kekuatan  dan  homogenitas  dari  sambungan  las material  plastik  [6][7][8],  maka  pada  penelitian  ini dilakukan  modifikasi  proses hot-gas  welding terhadap material plastik yaitu dengan menambahkan  pelat  landasan  berpemanas  yang diletakkan  di  bawah  material  plastik  yang  akan dilas. Pemanas  yang  terdapat  pada  pelat  landasan tersebut  akan  memberikan  panas  terhadap  material
yang  tepatnya  di  sekitas  daerah  sambungan  las (daerah  HAZ),  dan  panas  dari  pemanas  tersebut dikontrol  stabil  pada  temperatur  tertentu  sebelum dan  selama  proses  pengelasan  hot  gas  welding. Untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur pelat landasan  berpemanas  yang  memberikan  panas  ke material  sebelum dan selama proses pengelasan hot gas  welding  terhadap  karakteristik  kekuatan sambungan las HDPE sheet.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian ini menurut klasifikasi pendekatnnya  merupakan  penelitian  kuantitatif, karena  menghitung  kekuatan  tarik  dan  kekuatan pukul  ( impact )  dari  sambungan  las  HDPE  sheet. Menurut  pengembangan  ilmu  pengetahuan,  maka penelitian  ini  termasuk  penelitian  eksperimental. Pada  gambar  1  merupakan  diagram  alir  proses penelitian.
Gambar 1 . Diagram Alir Penelitian
Proses  pengelasan  yang  dilakukan  dengan meletakkan  lembaran HDPE pada jig selanjutnya mengatur temperatur  pelat  landasan  dan  temperatur hot-gas sesuai  dengan  level  yang  telah  ditetapkan. Proses  pengelasan  dilakukan  seperti  gambar  2 dengan posisi pengelasan 1G.
Gambar 2. Proses Pengelasan Spesimen
Keterangan  untuk  nomor  penunjukkan,  sebagai berikut:
- 1 : Hot-Gun - 2 : Lembaran HDPE - 3 : Jig - 4 : Filler
- 5 : Pelat pemanas
Standar  spesimen,  pengujian  tarik  untuk material  plastik  menggunakanan  standar  ASTM  D 638-03 dengan jenis spesimen tipe II [9]. Gambar 3 adalah  bentuk  dan  dimensi  spesimen  uji  tarik  yang digunakan.
Gambar  3. Standar  Spesimen  Uji  Tarik  ASTM  D 638-03
Keterangan untuk dimensi benda uji, adalah:
Lebar (W) = 13 ± 0,5 mm Panjang (L) = 57 ± 0,5 mm Lebar keseluruhan (Wo) = 19 ± 6,4 mm Panjang keseluruhan (Lo) = 183 (toleransi no max Panjang ukur (G)
= 50 ± 0,25 mm
Jarak antar grip (D) = 115 ± 5 mm Jari-jari fillet (R)
= 76 ± 1 mm
Standar  pengujian  pukul  menggunakan metode  charpy  dari  bahan  plastik  mempunyai standar  Amerika  yaitu ASTM  D6110 [10].  Gambar 4  adalah  bentuk  dan  dimensi  spesimen  uji  pukul yang digunakan.
Gambar 4 . Standar ASTM D6110
Keterangan untuk dimensi benda uji, adalah:
Lebar ( Width ) = 3 – 12,7 mm ± 0,15 Panjang (C) = 124,5 – 127 mm Tebal (E) = 3 – 12,7 mm ± 0,15 Radius Notch /Takik (A) = 0,25 ± 0.05 mm Sudut takik = 45 o ± 0,5 o Kedalaman Takik
= 2,54 mm
Setelah  melakukan  pengujian  tarik  dan pukul,  data  dikumpulkan  dan  dianalisa  dengan software minitab 17. Pengolahan data menggunakan metode  pendekatan Design  of  Experiment  (DOE) Factorial. Metode pengujian menggunakan
pengujian  hipotesis  dua  arah,  dimana  metode  ini menggunakan dua faktor dengan dua level atau lebih dan  diikuti  dengan  replikasi  disetiap  level.  Dua variabel  bebas  dengan  masing-masing  memiliki minimal  3  faktor,  dan  4  kali  replikasi/pengulangan pada setiap variasi kedua variabel bebas.

## 3. Hasil Dan Pembahasan
Pada  tabel  1  merupakan  hasil  uji  tarik spesimen  sambungan  las    HDPE sheet pada masing-masing perlakuan, untuk tabel 2  merupakan hasil uji tarik spesimen sambungan las  HDPE sheet pada masing-masing perlakuan.
Tabel  1. Data  Kekuatan  Tarik  Maksimum  Lasan HDPE Sheet
1 2 3 4 5
Tabel 2 . Data Kekuatan Pukul Lasan HDPE Sheet
Gambar  5. Grafik  Faktorial  Temperatur  Pelat Landasan  dan  Temperatur Hot-Gas terhadap Kekuatan Tarik
Pada  gambar  5  adalah  grafik  faktorial temperatur hot-gas dan  temperatur  pelat  landasan terhadap  kekuatan  tarik.  Dari  grafik  tersebut  dapat diketahui    semakin  tinggi  temperatur hot-gas maka kekuatan  tarik  semakin  menurun  dan  sebaliknya semakin  tinggi  temperatur  pelat  landasan  maka kekuatan tarik semakin meningkat.
Gambar  6. Grafik  Interaksi  Pengaruh  Temperatur Pelat  Landasan  dan  Temperatur Hot  Gas terhadap Kekuatan Tarik
Gambar  6  merupakan  grafik  interaksi  antara temperatur hot  gas dan  temperatur  pelat  landasan yang bertujuan mengetahui pengaruh interaksi antara dua variabel bebas terhadap variabel terikat, dimana dalam  penelitian  ini  menunjukkan  hubungan  antara temperatur hot-gas dan  temperatur  pelat  landasan terhadap kekuatan tarik sambungan las HDPE sheet .
Pada  grafik  tersebut  dapat  diketahui  bahwa  pada garis  biru  dimana  nilai  temperatur  pelat  landasan 30 o C  menunjukkan  semakin  tinggi  temperatur hot- gas maka semakin tinggi  kekuatan tarik sambungan lasannya. Pada garis  merah dimana  nilai temperatur pelat  landasan  70 o C  menunjukkan  semakin  tinggi nilai  temperatur hot-gas maka  semakin  tinggi  pula nilai kekuatan tarik sambungan lasannya tetapi tidak setinggi  nilai  kekuatan  tarik  pada  nilai  temperatur pelat  landasan  30 o C  (pada  variasi hot - gas dengan temperatur 350 o C).
Pada  garis  hijau  dimana  nilai  temperatur pelat landasan 110 o C menunjukkan dengan semakin tinggi  temperatur hot-gas nilai    kekuatan  tarik sambungan  lasannya  menurun.  Dan  pada  garis  ungu dimana  nilai  temperatur  pelat  landasan  150 o C menunjukkan  semakin  tinggi  nilai  temperatur hot- gas nilai  kekuatan  tarik  sambungan  lasannya semakin  menurun,  nilai  kekuatan  tarik  pada  nilai temperatur  hot  gas  350 o C  adalah  yang  terendah. Pada  gambar  6  menunjukkan  nilai  kekuatan  tarik optimum diperoleh pada kombinasi pada temperatur hot-gas 250 o C  dan  nilai  temperatur  pelat  landasan 150 o C.
Gambar  7 .  Grafik  Faktorial  Temperatur  Pelat landasan  dan  Temperatur Hot  Gun terhadap Kekuatan Pukul
Berdasarkan  gambar  7  pada  grafik  variasi temperatur hot gas bepengaruh signifikan pada hasil kekuatan  tarik,  semakin  tinggi  temperatur hot  gas menyebabkan nilai kekuatan pukul semakin rendah. Dan sebaliknya pada grafik variasi temperatur pelat landasan  semakin  tinggi  temperatur  pelat  landasan maka nilai kekuatan pukul semakin tinggi.
Gambar  8 .  Grafik  Interaksi  Temperatur  Pelat landasan  dan  Temperatur Hot  Gun terhadap Kekuatan Pukul
Gambar  8  merupakan  grafik  interaksi  antara temperatur hot  gas dan  temperatur  pelat  landasan yang bertujuan mengetahui pengaruh interaksi antara dua variabel bebas terhadap variabel terikat, dimana dalam  penelitian  ini  menunjukkan  hubungan  antara temperatur hot-gas dan  temperatur  pelat  landasan terhadap  kekuatan  pukul  sambungan  las  HDPE. Pada  grafik  tersebut  dapat  diketahui  bahwa  pada garis  biru  dimana  nilai  temperatur  pelat  landasan 30 o C  menunjukkan  semakin  tinggi  temperatur hot- gas maka semakin tinggi kekuatan pukul sambungan lasannya. Pada garis merah dimana nilai
temperatur  pelat  landasan  70 o C  menunjukkan semakin  tinggi  nilai  temperatur hot-gas maka semakin tinggi pula nilai kekuatan pukul sambungan lasannya  tetapi  tidak  setinggi  nilai  kekuatan  pukul pada  nilai  temperatur  pelat  landasan  30 o C  (pada variasi hot - gas dengan temperatur 350 o C).
Pada  garis  hijau  dimana  nilai  temperatur pelat landasan 110 o C menunjukkan dengan semakin tinggi  temperatur hot-gas nilai    kekuatan  pukul sambungan  lasannya  menurun.  Dan  pada  garis  ungu dimana  nilai  temperatur  pelat  landasan  150 o C menunjukkan  semakin  tinggi  nilai  temperatur hot- gas nilai  kekuatan  pukul  sambungan  lasannya semakin  menurun,  nilai  kekuatan  pukul  pada  nilai temperatur  hot  gas  350 o C  adalah  yang  terendah.
Pada  gambar  8  menunjukkan  nilai  kekuatan  pukul optimum diperoleh pada kombinasi pada temperatur hot-gas 250 o C  dan  nilai  temperatur  pelat  landasan 150 o C.
Gambar  9 .  Grafik  Trendline  Hubungan  antara Kekuatan  Tarik  dan  Kekuatan  Pukul  Lasan  HDPE Sheet.
Dari  gambar  9  menunjukkan  bahwa  dengan naiknya  nilai  kekuatan  tarik  sambungan  las lembaran  HDPE  nilai  kekuatan  pukul  sambungan las  HDPE  juga  mengalami  kenaikkan.  Hubungan antara kekuatan tarik dan kekuatan pukul sambungan  las  lembaran  HDPE  dinyatakan  dalam grafik trendline  linier dengan  persamaan  y  = 0,0009x + 0,0031.

## 4. Kesimpulan
Simpulan yang dapat diperoleh dari penelitian  yang  telah  dilakukan  adalah  variasi temperatur  pelat  landasan  selama  proses hot  gas welding (HGW)  berpengaruh  terhadap  karakteristik kekuatan  sambungan  las  HDPE  sheet.  Karakteristik kekuatan  sambungan  las  yang  meliputi  kekekuatan tarik  dan  kekuatan  pukul  menunjukkan  dengan
semakin tinggi temperatur pelat landasan maka nilai kekuatan  tarik  dan  kekuatan  pukul  sambungan  las akan semakin tinggi. Variasi temperatur aliran udara panas hot  gun selama  proses hot  gas  welding (HGW) berpengaruh terhadap karakteristik kekuatan sambungan  las  HDPE sheet .  Karakteristik  kekuatan sambungan  las  yang  meliputi  kekekuatan  tarik  dan kekuatan pukul menunjukkan dengan semakin tinggi temperatur  aliran  udara  panas hot  gun maka  nilai kekuatan  tarik  dan  kekuatan  pukul  sambungan  las akan  semakin  rendah.  Karakteristik  kekuatan sambungan las HDPE sheet terbaik (optimum) yang meliputi kekuatan tarik dan kekuatan pukul  masing- masing  nilainya  adalah  18,78  MPa  dan  0,018567 J/mm 2 (85,65%  dan  89,74%  dari  kekuatan  material HDPE  tanpa  sambungan),  nilai  tersebut  diperoleh dari kombinasi temperatur pelat landasan 150°C dan aliran udara panas hot gan 250°C.

## Referensi
[1]  S.  Haque,  M.  Kumar,  and  A.  Khan,  “Hot  gas welding of plastic: Fundamentals & importance,” Invertis  J.  Sci.  Technol. ,  vol.  8, no. 4, pp. 216–219, 2015.
[2]  H.  Ahamad,  M.  Alam,  M.  S.  Haque,  S.  N. Pandey,  and  M.  Amanuddin,  “Welding  of Plastics  through  Hot  Gas  Technique:  A Review,” Glob. Res. Dev. J. Eng. , vol. 1, no. 6, 2016.
[3]  M.  S.  Haque  and  M.  A.  Siddiqui,  “Plastic welding:  important  facts  and  developments,” Am.  J.  Mech. Ind. Eng. ,  vol.  1,  no.  2,  pp.  15– 19, 2016.
[4]  D.  M.  Sari,  “Pengaruh  Suhu  Preheating  Pada Hasil  Pengelasan  Gtaw  Terhadap  Sifat  Fisis
Dan Mekanis Stainless Steel 304.” Universitas Negeri Semarang, 2015.
[5]  A. Setiawan, Y. S.  Irawan, and A. Purnowidodo,  “Pengaruh  Temperatur  Pelat Landasan Selama Proses Friction Stir Welding Terhadap  Kekuatan  Tarik  Sambungan  Las Lembaran  HDPE,” J.  Rekayasa  Mesin  Univ. Brawijaya , vol. 2, no. 3, p. 130180, 2011.
[6]  L.  Zhang,  A.  Bouazza,  R.  K.  Rowe,  and  J. Scheirs,  “Effect  of  welding  parameters  on properties  of  HDPE  geomembrane  seams,” Geosynth.  Int. ,  vol.  24,  no.  4,  pp.  408–418, 2017.
[7]  J.  Gao,  C.  Li,  U.  Shilpakar,  and  Y.  Shen, “Improvements  of  mechanical  properties  in dissimilar joints of HDPE and ABS via carbon nanotubes during friction stir welding process,” Mater.  Des. ,  vol.  86,  pp.  289–296, 2015.
[8]  P. K. Rana, R. G. Narayanan, and S. V Kailas, “Friction  stir  spot  welding  of  AA5052- H32/HDPE/AA5052-H32  sandwich  sheets  at varying  plunge  speeds,” Thin-Walled  Struct. , vol. 138, pp. 415–429, 2019.
[9]  ASTM,  “Standart  Practice  of  Preparation  of Metallografphic Specimen,” ASTM International E3-95, 82 (C), 1-15, 2016. http://doi.org/10.1520/D0638-14.1
[10]  ASTM  International,  “Standard  Test  Method for  Determining  the  Charpy  Impact  Resistanc of  Notched  Specimens  of  Plastic,” ASTM D6110 , 2010.