Riska Surya Agnitias 1 , Rusiyanto 2

## ABSTRACT

## ABSTRAK
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  seberapa  besar  variasi  kuat  arus  memberikan pengaruh terhadap lebar pemotongan (Kerf Width) dan kekerasan pada proses pemotongan baja karbon sedang dengan menggunakan CNC Plasma Arc Cutting. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh sebab akibat terhadap perlakuan yang  diberikan.  Variasi  kuat  arus  yang  digunakan  dalam  proses  pemotongan  ini  adalah  20  A,  25A, 30A, 35A, dan 40A. Pengujian yang di lakukan adalah kekerasan dan lebar pemotongan (Kerf Width). Data  yang  diperoleh  kemudian  dianalisis  menggunakan  teknik  analisis  statistik  diskriptif.  Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa terjadi perubahan nilai lebar pemotongan (Kerf Width) dan  nilai  kekerasan.  Nilai  lebar  pemotongan (Kerf  Width) dan  kekerasan  terendah  diperoleh  pada penggunaan arus sebesar 20 A yaitu dengan nilai lebar sebesar 1,64 mm dan kekerasan sebesar 707,4 HV.  Nilai  lebar  pemotongan (Kerf  Width) dan  kekerasan  tertinggi  diperoleh  pada  penggunaan  arus sebesar  40A  dengan  nilai  lebar  2,58  mm  dan  kekerasan  sebesar  857,7  HV.    Penelitian  ini  dapat disimpulakan  bahwa  variasi  kuat  arus  pada  proses  pemotongan  baja  karbon  sedang  menggunakan CNC  Plasma  Arc  Cutting memberi  pengaruh  sebesar  99,59% terhadap nilai lebar  pemotongan (Kerf Width) dan sebesar 94,17% terhadap nilai kekerasan.
Kata  Kunci :  Baja  Karbon  Sedang,  Variasi  Kuat  Arus,  Kekerasan,  Lebar  Pemotongan (Kerf  Width) , Plasma Arc Cutting

## PENDAHULUAN
Terdapat  beberapa  metode  yang  dapat digunakan  pada  pemotongan  sebuah  material. Pemotongan  pertama  menggunakan  tenaga mekanis yaitu pengguntingan dan penggerajian, dan kedua adalah pemotongan dengan
menggunakan  sumber  panas  bertemperatur tinggi.  Pemotongan  ini  menggunakan  gas  atau dengan busur plasma (Sunaryo, 2008: 51).
Salah  satu  proses  pemotongan  yang memberikan  efisiensi  waktu  dalam  pengerjaan ialah  proses  pemotongan  logam  dengan menggunakan  busur  plasma  atau plasma  arc

## PENGARUH VARIASI KUAT ARUS TERHADAP LEBAR PEMOTONGAN DAN KEKERASAN PADA BAJA KARBON SEDANG DENGAN CNC PLASMA ARC CUTTING
1,2,3 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Email: rsagnitias@gmail.com
The  purpose  of  this  research  is  to  determine  the  effects  of  current  variation  to  the  cutting  kerf  and hardness in medium carbon steel cutting process using CNC Plasma Arc Cutting. This research uses experiment methods  to  study  the  effect  of  a  given  treatment.  The  electric  current  were  varied  for  20,  25,  30,  35,  and  40 amps. The test parameters were cutting kerf and hardness. The data  were analyzed using descriptive statistics. The test result shows that there are differences in cutting kerf and hardness. The lowest kerf and hardness value was obtained from the  20 amps current, with a kerf  of 1.64 mm and  a hardness of 707.4 HV. The highest  kerf and hardness value was obtained from the 40 amps current test, with a kerf of 2.58 mm and a hardness of 857.7 HV.  This  research  concludes  that  the  variation  of  electric  current  in  CNC  Plasma  Arc  Cutting  process  of medium carbon steel affects the kerf (99.59%) and hardness (94.17%).
Keywords: medium carbon steel, current variation, hardness, cut width, kerf, plasma arc cutting
Jurnal Dinamika Vokasional Teknik Mesin
Volume 4 Nomor 2 Oktober 2019 Hal 99-104
ISSN 2598-392X (media cetak)
https://journal.uny.ac.id/index.php/dynamika/issue/view/1751
cutting. Proses  pemotongan  menggunakan plasma  arc  cutting tidak  membutuhkan  waktu pemanassan  awal  sehingga  menjadikan  proses pemotongan  menjadi  lebih  cepat . Waktu merupakan  hal  yang  diperhitungkan  di  dalam dunia  kerja.  Menurut  Suwasono  dalam  Hamid et  al ,  (2018:  13).  “Kebutuhan  jam  orang  (JO) untuk  paket  kerja  masuk  kedalam  anggaran. Apabila  suatu  paket  kerja  tidak  lengkap  dan ketika  anggaran  telah  habis,  maka  akan  ada kecenderungan untuk meminjam jam orang dari suatu pekerjaan lain yang melebihi anggaran”
Pemotongan  busur  plasma  merupakan proses yang banyak digunakan untuk pemotongan logam. Proses pemotongan tersebut menggunakan gas yang terionisasi atau biasa  disebut  dengan  plasma  yang  ditekan keluar  dengan  kecepatan  tinggi  menggunakan torch plasma (Singh, 2011). Proses pemotongan busur plasma dapat digunakan untuk melakukan pemotongan logam yang memiliki konduktivitas  listrik.  Salah  satu  jenis  material logam yang memiliki konduktivitas listrik ialah baja  karbon  sedang.  Menurut  (Suarsana,  2017: 33) baja karbon sedang merupakan baja dengan kandungan  karbon  sebesar  0,25  –  0,55  %. Proses pemotongan diawali dengan terbentuknya  busur  api  diantara  elektroda  dan benda  kerja  dari  hasil  reaksi  ionisasi  listrik terhadap  gas  potong.  Gas  tersebut  dipanaskan oleh busur api sehingga suhunya meningkat dan kemudian gas akan terionisasi menjadi penghantar  listrik.  Gas  yang  terionisasi  dalam kondisi  ini  disebut  plasma.  Plasma  dialirkan melalui nozzle untuk  memotong  benda  kerja (Akhmad, 2009).
Parameter  yang  mempengaruhi  kualitas hasil pemotongan material dan waktu pengerjaan menggunakan busur  plasma  adalah: kecepatan  pemotongan,  kuat  arus,  ketinggian torch  terhadap  permukaan  potong,  tekanan  gas dan aliran gas plasma (Salonitis & Vatousianos, 2012).  Salah  satu  parameter  yang  berpengaruh pada pemotongan dengan menggunakan plasma arc  cutting adalah  kuat  arus.  Kuat  arus merupakan  parameter  yang  secara  langsung mempengaruhi  penembusan  dan  kecepatan
pencairan  logam.  Apabila  kuat  arus  yang digunakan  semakin  tinggi  maka  suhu  pada busur  plasma  meningkat  yang  membuat  proses pemotongan  akan  menjadi  lebih  cepat  (Jeffus, 2012:  539).  Energi  panas  yang  sangat  terfokus pada saat pemotongan logam dengan menggunakan plasma  arc  cutting dapat meningkatkan  nilai  dari  lebar  pemotongan  dan terjadinya  perubahan  pada  kekerasan  material logam.  Pengaruh  lebar  pemotongan  dan kekerasan  pada  proses  pemotongan  dengan menggunakan plasma  arc  cutting memberikan kerugian  karena,  apabila  lebar  pemotongan terlalu besar maka material yang terbuang akan meningkat.  Peningkatan  material  terbuang menyebabkan ketelitian ukuran hasil pemotongan menurun sehingga hasil pemotongan menjadi tidak sesuai dengan desain atau  gambar.  Perubahan  kekerasan  pada material  hasil  potong  akan  menyebabkan lamanya  proses  untuk  dilakukan  langkah  kerja selanjutnya. Apabila salah satu proses produksi terhambat maka akan menyebabkan menurunnya hasil produksi yang akan menyebabkan kerugian.

## METODE
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian  ini  adalah  metode  eksperimen. Penelitian  eksperimen  adalah  metode  yang digunakan  untuk  mencari  pengaruh  tertentu terhadap  yang  lain  dalam  kondisi  yang terkendalikan (Sugiyono, 2015: 108). Data yang diperoleh  kemudian  di  analisis  menggunakan analisis  statistik  deskriptif.  Statistik  deskriptif ialah statistik yang digunakan untuk menganalisis data dengan cara mendeskripsikan atau menggambarkan data yang telah terkumpul sebagaimana adanya tanpa bermaksud membuat kesimpulan  untuk  umum  atau  generalisasi (Sugiyono, 2015: 207).
Variabel  bebas  dalam  penelitian  ini adalah  kuat  arus  dengan  variasi  sebesar  20  A, 25A,  30A,  35A,  dan  40A.  Penggunaan  variasi arus untuk mendapatkan hasil pemotongan yang optimal  dengan  variabel  terikat  berupa  lebar pemotongan (kerf width) dan nilai kekerasan.
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian berupa:  mesin plasma  arc  cutting Redbo  Cut- 40,  mesin  penggerak,  alat  uji micro  hardness test  Vickers,  vernier  caliper. Bahan  yang
digunakan  sebagai  penelitian  adalah  baja karbon  sedang  dengan  kandungan  karbon sebesar 0,51 %.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran
lebar pemotongan menggunakan  alat vernier  caliper. Lebar pemtongan  diukur  sebagai  rata-rata  lebar pemotongan atas dan lebar pemotongan bawah dari  potongan  lubang  yang  dibuat  pada  setiap
spesimen.  Pengujian  kekerasan  dilakukan dengan mengambil 3 titik uji secara acak untuk memperoleh data pengujian. Hasil pengukuran lebar  pemotongan  dan  kekerasan  dengan variasi arus dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengukuran
No Kuat Arus (A) Pengujian Lebar pemotongan (mm) Kekerasan (HV) 1 20 1,64 707,4 2 25 1,83 710,7 3 30 2,07 792,4 4 35 2,30 818,4 5 40 2,58 857,7
Gambar 2. Hasil Pengujian Lebar Pemotongan
Gambar 3. Hasil Pengujian Kekerasan
Hasil Pengukuran Lebar
Pemotongan .  Lebar  pemotongan  merupakan celah  yang  dihasilkan  dari  sebuah  proses pemotongan.  Tujuan  dilakukanya  pengukuran lebar  pemotongan  adalah  untuk  mengetahui seberapa besar material yang hilang akibat dari proses pemotongan dengan menggunakan CNC Plasma  Arc  Cutting .  Lebar  pemotongan memberi  pengaruh  terhadap  tingkat  ketelitian ukuran pada setiap hasil pemotongan.
Penelitian  ini  menunjukkan  bahwa variasi  kuat  arus  mempengaruhi  nilai  lebar pemotongan. Kuat arus sebesar 20 A memberikan  pengaruh  terhadap  nilai  lebar pemotongan sebesar 1,64 mm dan pada arus 40 A  didapat  nilai  lebar  pemotongan tertinggi sebesar  2,58  mm.  Kenaikan  nilai  lebar pemotongan dapat  dilihat  pada  Gambar  2.
Kenaikan tersebut disebabkan karena meningkatnya kuat arus menyebabkan meningkatnya  daya  plasma  sehingga  membuat nyala  plasma  menjadi  semakin  besar  dan menyebabkan  turbulensi  yang  lebih  besar  pada daerah pelelehan atau daerah potong (Masoudi, et  al .  2018:  6).  Apabila  nyala  plasma  menjadi semakin  besar  akan  menyebabkan  nilai  dari lebar  pemotongan  semakin  meningkat.  Namun peningkatan  arus  juga  menyebabkan  hasil potong  menjadi  lebih  tidak  beraturan  karena turbulensi  yang  lebih  besar  pada  daerah pelelehan  atau  daerah  potong  menyebabkan puncak dan lembah yang lebih besar. Penelitian ini  diperkuat  oleh  penelitian  yang  dilakukan oleh  Hamid,  (2014)  mengenai Variasi  Kuat
Arus  dan  Gas  Flow  Rate  terhadap  Lebar  Kerf pada Pemotongan Aluminium 5083 menggunakan  Mesin  Cutting  Plasma ,  dimana hasil  penelitian  tersebut  menunjukkan  bahwa semakin  tinggi  kuat  arus  maka  lebar kerf yang dihasilkan  menjadi  semakin  lebar.  Kemudian diperkuat  dengan  penelitian  yang  dilakukan oleh  Peko, et  al (2018)  mengenai modelling  of kerf  width  in  plasma  jet  metal  cutting  process using  ANN  approach, dimana  hasil  penelitian tersebut menunjukkan perbedaan lebar pemotongan  akibat  parameter  pemotongan (ketinggian potong, kecepatan pemotongan, dan kuat arus).
Hasil Uji Kekerasan. Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui kekuatan  suatu  material  terhadap  tekanan  yang dapat  diterimanya.  Pengujian  kekerasan  pada penelitian    ini  dilakukan  dengan  menggunakan alat  uji  kekerasan  mikro  vickers  dengan pembebanan  300  gf  selama  10  s.  Pengujian kekerasan  dilakukan  pada  daerah heat  affected zone.
Kenaikan  nilai  kekerasan  ditunjukkan pada  Gambar  3.    Nilai  kekerasan  terendah diperoleh  pada  penggunaan  arus  sebesar  20  A
dengan  nilai  kekerasan  yaitu  707,4  HV.  Nilai kekerasan  tertinggi  diperoleh  pada  penggunaan arus sebesar 40 A dengan nilai kekerasan yaitu 857,7  HV.  Perubahan  kekerasan  terjadi  karena meningkatnya kuat arus menyebabkan meningkatnya  daya  plasma  dan  suhu  pada busur plasma. Apabila terjadi peningkatan suhu maka  akan  menyebabkan  terjadinya  perubahan struktur pada logam baja. Berdasarkan diagram fasa  Fe 3 C,  perubahan  struktur  fasa  pada  baja karbon  sedang  dengan  kandungan  karbon sebanyak  0,51  %  terjadi  pada  suhu  727°  C sedangkan  suhu  dari  busur  plasma  yaitu berkisar  antara  2000º  -  3000º  C.  Penelitian  ini sejalan  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh Çelik,  (2013)  mengenai Investigating  the Effects  of  Cutting  Parameters  on  Material  Cut in  CNC  Plasma .  Perubahan  fasa  pada  sebuah material  menyebabkan  perubahan  pada  sifat mekanik  suatu  material.  Perubahan  tersebut akan  menjadi  sebuah  kerugian  karena  material hasil potong menjadi lebih keras, sehingga akan memerlukan  banyak  waktu  untuk  dilakukan proses finishing.

## SIMPULAN
Hasil  sajian  data  dan  pembahasan menunjukkan  bahwa  1)  Variasi  arus  terhadap nilai  dari  lebar  pemotongan sebesar  99,59  % .
Nilai  lebar  pemotongan  terendah  didapatkan pada  penggunaan  arus  20  A  dengan  nilai  lebar pemotongan  1,64  mm  dan  nilai  lebar  terbesar didapatkan pada penggunaan arus 40 A dengan nilai lebar pemotongan sebesar 2,58 mm. Dapat disimpulkan  apabila  arus  dalam  pemotongan menggunakan cnc  plasma  arc  cutting yang digunakan semakin tinggi maka akan menghasilkan  nilai  lebar  pemotongan  yang semakin  besar  2)  Variasi  arus  pada  nilai kekerasan  di  daerah  HAZ  terhadap  material baja  karbon  sedang.  Berdasarkan  data  nilai kekerasan pada daerah HAZ menggunakan arus yang  telah  ditentukan,  dapat  disimpulkan bahwa  arus  memberikan  pengaruh  terhadap nilai  kekerasan  sebesar  94,17  %.  Nilai kekerasan material sebelum dilakukan pemotongan  yaitu  sebesar  232,9  HV  namun setelah dilakukan pemotongan terjadi perubahan  nilai  kekerasan.  Nilai  kekerasan
terendah diperoleh pada penggunaan arus 20 A yaitu  sebesar  707,4  HV  dan  nilai  kekerasan tertinggi pada arus 40 A dengan nilai kekerasan sebesar 857,7 HV.

## DAFTAR RUJUKAN
Akhmad, A.A. 2009. “Pemesinan  non konvensional  plasma  arc  cutting”. Jurnal Rekayasa Mesin , 9 (2), 51–56.
Çelik,  Y.H.  2013.  “Investigating  the  Effects  of Cutting  Parameters  on  Materials  Cut in  CNC  plasma”. Materials  and Manufacturing  Process, Vol  28: 1053-1060
Hamid,  A.  2014.  “ Variasi  Kuat  Arus  dan  Gas Flow  Rate  terhadap  Lebar  Kerf  pada Pemotongan Aluminium 5083 Menggunakan Cutting Plasma ”.
Fakultas  Teknik.  Universitas  Negeri Malang. Hamid,  A . ,  Oyong  N.,  Teguh  D.W.  2018. “Optimasi Proses Parameter Pemotongan Plasma Arc Cutting pada
Logam  Aluminium  Menggunakan Metode  Taguchi” Prosiding  SNST  9 . Fakultas  Teknik  Universitas  Wahid Hasyim. Semarang. 13-18
Jeffus,  L.  2012. Welding  Principles  and Applications  7 th ed .  US:  Cengage Learning.
Masoudi,  S., et  al .  2018.  “Development  of  an intelligent  model  to  optimize  heat- affected  zone,  kerf,  and  roughness  in 309  stainless  steel  plasma  cutting  by using experimental results”. Materials and Manufacturing
Processes .
https://doi.org/10.1080/10426914.201
8.1532579
Peko, I, Bogdan N., Aleksandar D, and Ivica V. 2018.  “Modelling  of  Kerf  Width  in Plasma  Jet  Metal  Cutting  Process using  ANN  Approach” Tehnicki vjesnik Vol. 25(2) : 401-406. https://doi.org/10.17559/TV-
20161024093323
Salonitis,  K.,  &  Vatousianos,  S.  2012. “Experimental  investigation  of  the plasma arc cutting process”. Procedia CIRP Vol. 3 (1) : 287–292.
https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.0 7.050
Singh,  Vivek.  2011.  “Analysis  of  Process Parameters  of  Plasma  Arc  Cutting using Design of Experiment” . Departemen of Mechanical Engineering,  National  Institute  of Technology Rourkela . Thesis.
Suarsana.  2017. Diktat  Ilmu  Material  Teknik .
Denpasar: Universitas Udayana.
Sugiyono. 2013. Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif, dan R&D . Bandung:
Alfabeta.
Sunaryo,  H.  2008. Teknik  Pengelasan  Kapal Jilid  1 .  Jakarta:  Direktorat  Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.
.