## PENGARUH MASUKAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN KETANGGUHAN PADA PENGELASAN SHIELD METAL ARC WELDING (SMAW) DARI

## PIPA BAJA DIAMETER 2,5 INCHI
Susri Mizhar, Ivan Hamonangan Pandiangan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Medan Jl.Gedung Arca No 52 Telp. (061) 7363771 Fax. (061) 7347954
Medan 20271 Sumatra Utara email : itm@itm.ac.id

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  arus  pengelasan  terhadap ketangguhan,  kekerasan  dan  struktur  mikro  las  pada  pengelasan  SMAW  dengan elektroda  E7016.  Bahan  pipa  baja  karbon  rendah  dengan  diameter  2,5  inchi  dan ketebalan  12  mm  dilas    dengan  variasi  arus  100  Amper,110A    dan  120  Amper  dengan menggunakan las SMAW DC polaritas terbalik dengan elektroda E7016 diameter 3,2 mm dan  menggunakan  kampuh  V  tunggal  dengan  sudut  60 0 .  Hasil  penelitian  menunjukkan bahwa  ketangguhan  impak  tertinggi  diperoleh  pada  arus  120  Amper  dengan  nilai  1,6 Joule/mm 2 .  Hal  ini  karena  masukan  panas  yang  tinggi,  maka  laju  pendinginan  setelah pengelasan  akan  menjadi  lebih  lambat,  sehingga  struktur  ferrite  acicular  yang  terbentuk akan lebih banyak.
Kata Kunci : Pengelasan SMAW,  ketangguhan,  struktur mikro
1. Pendahuluan Pengelasan adalah dimana bahan  dengan  jenis  yang  sama  atau berbeda  digabungkan  menjadi  satu sehingga dihasilkan suatu sambungan dari  pemakaian  panas  dengan  atau tanpa  tekanan  [4]. American  Welding
Society (AWS)  memberikan  definisi bahwa  pengelasan  merupakan  suatu proses penyambungan
material menggunakan  panas  dengan  atau tanpa  menggunakan  logam  pengisi ( filler metal) .
Pada  pengelasan  baja,  kandungan  C pada  logam  las  biasanya  dibuat rendah  yaitu  0,1  %  massa,  dengan tujuan  untuk  mempertahankan  sifat mampu las atau weldability [2].
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidikan pengaruh variasi masukan panas terhadap ketangguhan  dan  struktur  mikro  pada pipa  baja  karbon  rendah  melalui
proses  pengelasan Shielded  Metal Arc Welding (SMAW).

## 2. Dasar Teori
Definisi  pengelasan  menurut  DIN ( Deutsche  Industrie  Norman )  adalah ikatan  metalurgi  pada  sambungan logam  atau  logam  paduan  yang dilaksanakan  dalam  keadaan  lumer atau  cair.  Dengan  kata  lain,  las merupakan sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Mengelas adalah suatu aktifitas menyambung  dua  bagian  benda  atau lebih  dengan  cara  memanaskan  atau menekan atau gabungan dari keduanya  sedemikian  rupa  sehingga menyatu seperti benda utuh. Ada pun yang  termasuk  dalam  las  busur  listrik adalah  Las  Elektroda  Terbungkus (SMAW),  Las  Wolfram  Gas  Mulia (TIG),  Las  Logam  Gas  Mulia  (MIG) dan Las Busur Rendam.
2.1.   Las Busur Elektroda
Terbungkus ( Shielded Metal
Arc Welding /SMAW) SMAW  adalah  suatu  proses pengelasan  busur  listrik  yang  mana penggabungan atau perpaduan
pengelasan  logam  yang  dihasilkan oleh  panas  dari  busur  listrik  yang dikeluarkan  diantara  ujung  elektroda terbungkus  dan  permukaan  logam dasar  yang  dilas  [3].  Hampir  setiap proses penyambungan dan perbaikan logam menggunakan pengelasan busur  SMAW (Shield  Metal  Arc Welding) ini dalam produksinya.
Proses  pemindahan  logam  elektroda terjadi  pada  saat  ujung  eletroda mencair  dan  membentuk  butir-butir yang  terbawa  oleh  arus  busur  listrik yang terjadi. Selama proses pengelasan bahan fluks yang digunakan untuk membungkus elektroda  mencair  dan  membentuk terak  yang  kemudian menutupi  logam cair yang terkumpul ditempat sambungan  dan  bekerja  sebagai oksidasi.  Didalam  pengelasan  ini  hal yang  paling  penting  adalah  bahan fluks dan jenis listrik yang digunakan.
Gambar 1. las busur elektroda terbungkus (SMAW)
2.2.   Masukan Panas ( Heat Input ) Pada pengelasan busur listrik,  sumber  energi  berasal  dari listrik  yang  diubah  menjadi  energi panas.  Energi  panas  ini  sebenarnya hasil kolaborasi dari arus las, tegangan las dan kecepatan pengelasan. Kualitas hasil pengelasan dipengaruhi  oleh  energi  panas  yang berarti  dipengaruhi  tiga  parameter
yaitu  arus  las,  tegangan  las  dan kecepatan  pengelasan.  Hubungan antara ketiga parameter itu menghasilkan energi pengelasan yang  sering  disebut heat  input . Persamaan  dari heat  input hasil  dari penggabungan ketiga parameter dapat dituliskan sebagai berikut: H =P/v = EI/v
Dimana:
P  : Tenaga input ( Watt ) v   : Kecepatan pengelasan ( mm/s )
E  : Potensial listrik ( volt ) I    : Arus listrik ( Amper )

## 2.3.   Daerah logam las
Daerah  logam  las  adalah bagian  dari  logam  yang  pada  waktu pengelasan  mencair  dan  kemudian membeku. Komposisi logam las terdiri dari  komponen  logam  induk  dan bahan tambah dari elektroda. 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 [5].
Gambar 2. Arah pembekuan dari logam las Struktur mikro yang mungkin terbentuk dari pengelasan adalah: 1. Proeutectoid  Ferrrite ,  terdiri  dari grain boundary Ferrite dan intragranular polygonal Ferrite pada suhu 1000-650 0 C. 2. Widmanstatten  Ferrrite atau Ferrite with  aligned  second  phase pada suhu 750-650 0 C. 3. Accicular  Ferrite ,  tumbuh  di  dalam butir Austenite pada suhu 650 0 C. 4. Bainite ,  terbentuk  pada  suhu  400- 500 0 C.
5. Martensite ,  terjadi  jika  pendinginan berlangsung sangat cepat.
Proses pendinginan hasil pengelasan pada umumnya berlangsung  secara  cepat  sehingga untuk menganalisa struktur mikro hasil pengelasan  tidak  dapat  digunakan diagram  fasa.  Diagram  fasa  hanya dapat  dipergunakan  untuk  kondisi dimana laju pendinginan sangat lambat  dan  proses  difusi  atom berlangsung. Karena itu untuk menganalisa  struktur  mikro  hasil pengelasan  dapat  digunakan  diagram Continuous  Cooling  Transformation (CCT).
Gambar 3. Continius Cooling

## Transformation (CCT)

## 3.  Prosedur Penelitian
3.1.    Bahan Penelitian
Bahan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah pipa baja diameter  2,5  Inchi  dan  ketebalan  13 mm.
3.2. Peralatan Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1.  Mesin las SMAW. 2.  Mesin gergaji beserta kelengkapanya.
3.  Jangka sorong.
4.  Mesin bubut.
5.  Mesin uji impak.
6.  Mesin polishing.
7.  Mikroskop optik.
3.3.    Prosedur Penelasan
Pengelasan  pada  penelitian  ini menggunakan  las  SMAW.  Untuk  pipa dengan  diameter  2,5  inchi  ketebalan 13 mm menggunakan arus 100 Amper dan  120  Amper,  dengan  elektroda E7016 diameter 3,2 mm dan menggunakan  kampuh  V  tunggal sudut 60 0 .
Gambar 4. Kampuh V (ukuran
dalam milimeter)

## 3.4. Pengujian
Untuk  mengetahui  ketangguhan material  diadakan  pengujian  impak dengan  bentuk  dan  ukuran  spesimen sesuai dengan standar ASTM. Pengujian  impak  charpy  dengan replikasi  2  buah.  Pengujian  lain  untuk mendukung analisa adalah uji kekerasan  dan  pengamatan  struktur mikro. Gambar 5. Spesimen uji Impak ASTM B23-96 Pengujian kekerasan pada spesimen variasi arus 100 Amper dan
120  Amper  dilakukan  dengan  metode vikers untuk  mengetahui  distribusi kekerasan  dari    logam  induk  ( base metal) menuju logam las ( weld metal). Seperti yang terlihat pada gambar 6.
Gambar 7. Foto struktur mikro welding metal arus 110 Amper perbesaran 400x
Gambar 8. Foto struktur mikro welding metal arus 120 Amper perbesaran 400x

## C. Struktur Mikro HAZ
Gambar  9.  Foto  struktur  mikro  HAZ arus 100 Amper perbesaran 200x
Gambar  10.  Foto  struktur  mikro  HAZ arus 120 Amper perbesaran 200x
Keterangan: AF  : Acicular Ferrite B : Bainite GF  : Grain boundary Ferrite (ferit batas butir) F : Ferrite P : Pearlite
WF  : Widmanstaten Ferrite
4.3. Analisa Struktur Mikro A.  Base Metal Struktur  mikro  yang  ada  pada base  metal didominasi  butir-butir  perit yang berwarna gelap, sedangkan fasa ferrit  lebih  sedikit  berwarna  putih (terang).  Butir  ferrit  cenderung    lebih halus  sedangkan  butir  perlit  lebih kasar.  Butir  perlit  cenderung  keras karena mengandung karbon mempunyai  sifat  yang  keras  dan kurang  ulet,  sedangkan  butir  ferit mempunyai  kekuatan  dan  keuletan yang cukup. B.  Weld Metal Pada pengelasan arus 100 Amper  struktur  mikro  dapat  dilihat bahwa Acicular Ferrite yang terbentuk berupa  bilah-bilah  yang  menyilang terlihat lebih sedikit dibanding Acicular Ferrite yang  ada  pada  pengelasan arus 120 Amper. Terbentuknya struktur  seperti  ini  disebabkan  oleh pendinginan yang relatif cepat. C.  HAZ Pada pengelasan arus 120 Amper  struktur  mikro  pada  daerah
21
HAZ  jumlah  struktur ferrite  Acicular terlihat  lebih  banyak  dari  arus  100 Amper.  Hal  ini  disebabkan  oleh meningkatnya  masukan  panas  maka laju  pendinginan  setelah  pengelasan akan  menjadi  lebih  lambat,  sehingga struktur ferrite Acicular yang terbentuk akan  lebih  banyak  sesuai  dengan diagram CCT.

## 4.3.  Hasil Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  pada  spesimen variasi  arus  100  Amper,  110  Amper dan  120  Amper  dilakukan  dengan metode vikers untuk  mengetahui distribusi kekerasan dari  logam induk ( base  metal) menuju  logam  las  ( weld metal). Nilai  kekerasan  dapat  dilihat pada tabel 3 dibawah:
Tabel 3. Hasil pengujian Kekerasan
Pada  Gambar  11.  Pengujian kekerasan  yang  dilakukan  dengan pembebanpan  1  kg.  Untuk  titik pengujian distribusi
kekerasan mendapat jarak 2 mm dan kedalaman 2  mm  yang  dimulai  dari  logam  induk ( base  metal) menuju  logam  las  ( weld metal). Dari  pembebanan  tersebut akan didapatkan nilai kekerasan untuk masing-masing titik yang diuji.
Gambar 11 Diagram nilai kekerasan Dari gambar 11 di atas merupakan  nilai  kekerasan  hasil pengelasan  dengan  variasi  arus  100
Amper, 110 Amper dan 120 Amper.
Nilai  kekerasan  daerah  logam las (weld metal) untuk variasi arus 100 Amper adalah 191,12 VHN. Kekerasan  daerah  logam  las (weld metal )  untuk  variasi  arus  110  Amper dan 120 Amper mengalami penurunan.  Nilai  kekerasan    daerah logam  las (weld  metal )  untuk  variasi arus 110 Amper sebesar 176,25 VHN, ini  berarti  mengalami  penurunan sebesar  7,78  %  menjadi  14,87  VHN dari  variasi  arus  100  Amper  dan mengalami  kenaikan  terhadap  variasi arus  120  Amper  sebesar  0,77  % menjadi  1,37  VHN.  Nilai  Kekerasan daerah  logam  las (weld  metal )  untuk variasi  arus  120  Amper  mengalami penurunan  sebesar  7,06  %  menjadi 13,5  VHN  dari  variasi  arus  100 Amper.

## 4.4.    Analisa Ketangguhan
Pengujian impak bertujuan untuk mengetahui  ketangguhan  daerah  las. Pengujian ketangguhan dilakukan pada  variasi  arus  100  Amper,  110
Amper  dan  120  Amper.  Pengujian impak  menunjukkan  bahwa  besarnya masukan panas mempengaruhi ketangguhan lasan. Hasil  uji  ketangguhan  impak pada daerah las terlihat bahwa variasi arus  sangat  mempengaruhi  nilai ketangguhan dari sambungan las.
Hasil  pengujian  menunjukkan bahwa masukan panas tinggi menyebabkan laju pendinginan setelah  pengelasan  akan  menjadi lebih lambat, sehingga struktur Acicular  Ferrite yang  terbentuk  akan lebih  banyak  sesuai  dengan  diagram CCT dan sebagai interlocking structure yang  mampu  menghambat laju perambatan retak yang terjadi. Ini berbanding  lurus  dengan  pernyataan Lancaster  (1996),  bahwa  semakin lembut Acicular  Ferrite mempunyai ketangguhan yang semakin tinggi.
Gambar 12. Grafik ketangguhan Impak

## Tabel 4. Hasil pengujian impak

## 5.  Kesimpulan
Dari  penelitian  dan  analisa  data yang  telah  dilakukan  maka  dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.  Secara  umum  masukan  panas mempengaruhi  nilai  ketangguhan dan  struktur  mikro  daerah Weld Metal dan HAZ.
2.  Ukuran  butiran Weld  Metal pada pengelasan  arus  120  Amper  lebih besar  dibandingkan  ukuran Weld
Metal pada  pengelasan  arus  100
Amper. 3.  Pada daerah HAZ dengan pengelasan arus 120 Amper
memiliki  jumlah Acicular  Ferrite yang  lebih  banyak  dibandingkan pengelasan arus 100 Amper.
4.  Struktur  mikro  pada  daerah Base Metal tidak dipengaruhi oleh variasi parameter pengelasan sehingga  bentuk  dan  ukuran butiran relatif sama. 5.  Ketangguhan impak tertinggi sebesar  1,6  Joule  /mm 2 diperoleh pada pengelasan arus 120 Amper.

## Daftar Pustaka
[1]  ASTM  Standart, Meta  Test  and Anaytical Procedures Volume 03.01.Edisi 3, West Conshohocken, 2001. [2]  Easterling,  K.E.,1993, Introduction to  the  Phisical  Metallurgy  of Welding, Sutterworths,  pp.  115-
123.
[3]  Kou, S., 1987, Welding Metallurgy, Jhon wiley & Sons. [4]  Messler, Robert.W., 1999, Principles  of  Welding  Processes, Physics, Chemistry, and Metallurgy, JhonWilley  &  Sons, New York. [5]  Sonawan, H., Suratman, R., 2004, Penghatar Untuk Memahami Pengelasan  Logam,  Alfa  Beta, Bandung. [6]  Wiryosumarto.  Harsono.  Prof.  Dr. Ir  dan  Prof.  Dr.  Toshie  Okumura. 1994. Teknologi Pengelasan Logam. PT. Pradnya Paramitha.