## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## ANALISA STRUKTUR MIKRO DAN PENINGKATAN SIFAT MEKANIS PENGELASAN SMAW BAJA ST 37
Mustasyar Perkasa 1 , Muhammad Awwaluddin 2 , Wahyu Sulistiyo 1 , Kusdi Prijono 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl.Surya Kencana No.1, Tangerang Selatan, Indonesia
2 Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur BRIN, Gd.220 PUSPITEK, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail: dosen00784@unpam.ac.id
Masuk : 23 Agustus 2021 Direvisi :  8 September 2021 Disetujui : 19 September 2021
Abstrak :  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  tentang  pengaruh  electroda  las  terhadap  struktur  mikro dan sifat mekanis pada pengelasan SMAW baja ST37. Pengelasan menggunakan 3 variasi electroda E 7016 LB 52, E 6013 RD 260 dan E 6013 RB 26 dan 3 variasi kampuh las yaitu: Square Groove (I), Single V dan double V (K). Pengujian las meliputi uji komposisi kimia, uji metallografi, kekerasan, pengujian tarik. Pada pengujian metallografi didapatkan  bahwa  struktur  logam  las  terdiri  dari  ferrit  perlit  dan  pada  pengujian  struktur  makro  didapat  bahwa terdapat cacat las pada logam las. Nilai kekerasan tertinggi terdapat pada material yang dilas dengan menggunakan elektroda  7016.  Hasil  uji  tarik  tertinggi  terdapat  pada  pengelasan  menggunakan  electroda  RB  26  kampuh  I.  Dari hasil ini dapat dijadikan sebagai panduan pada proses pengelasan selanjutnya.
Kata kunci: SMAW, Electroda las, Baja ST37, Pengelasan, single V.
Abstract: This study aims to find the cause of weld electrode to Microstructure and mechanical properties of ST37 with SMAW welding. Welding using 3 variation of electrode welds are LB 52 E 7016, E 6013 and E 6013 RD 260 RB  26  and  3  variation  of  groove  welds  are  Square  Groove,  Single  V  and  double  V  (K).  Welding  tests  are metallografi, hardness, and tensile test. At metallografi test found that the weld metal structure consisting of ferrite and pearlite. At macro-structure test found that there were defects in the weld metal. The highest hardness values contained in the material are welded using electrodes 7016. The highest tensile test contained in welding using RB 26 electrodes Groove I. These results can be used as a guide for the next welding process.
Keywords: SMAW, Welding Electrodes, ST37 Steel, Welding, V single grove

## PENDAHULUAN
Penelitian ini dilatar belakangi terjadinya patah las yang sering terjadi pada salah satu komponen mesin bor Jacro TDZ untuk tambang batu bara, emas dan nickel  pada  CV Jaya Teknik Cibinong Bogor sehingga  diperlikan kajian  dan  analisa  mendalam  untuk  menemukan  penyebab  terjadinya  patah  dan  menemukan  solusi  atas permasalahan  tersebut.  Material  yang  digunakan  pada  komponen  tersebut  adalah  ST37.  Baja  ST  37  merupakan golongan  baja  karbon  rendah  karena  mempunyai  kandungan  karbon  ≤ 0.3  %  [1,2].  Baja  karbon  rendah  termasuk kedalam baja yang mempunyai kemampuan las tinggi, yaitu kemampuan material untuk dapat dilas dibawah kondisi
perakitan  khusus  sehingga  sesuai  dengan  desain  struktur  dan  dapat  menunjukan  performa  yang  memuaskan  di lapangan (ANSI / AWS A3.0). Angka 37 berarti bahwa maksimum kekuatan putus tarik adalah 37 Kg/mm2 [3-5].
Pada penelitian ini akan dikaji pengaruh kampuh las dan electroda las terhadap struktur mikro dan peningkatan sifat mekanis pada pengelasan SMAW. Hal ini dilakukan karena hasil proses pengelasan memungkinkan terjadinya retak  las  yang  diakibatkan  oleh  terjadinya  hydrogen  difusi  dan  tegangan  sisa.  Hydrogen  difusi  diakibatkan  pada waktu  logam  las  mencair,  logam  tersebut  menyerap  hidrogen  dengan  jumlah  besar  yang  dilepaskan  dengan  cara difusi pada suhu rendah karena pada suhu tersebut kelarutan hidrogen menurun. Sumber dari hidrogen yang diserap adalah  air  dan  zat  organik  yang  terkandung  didalam  fluks  dan  logam  induk.  Sedangkan  tegangan  sisa  adalah timbulnya  lonjakan  tegangan  yang  lebih  besar  karena  terjadinya  perubahan  sifat-sifat  bahan  pada  sambungan terutama  pada  daerah  terpengaruh  panas  atau  HAZ  (Heat Affected  Zone),  karena  daerah  tersebut  adalah  daerah logam  yang  bersebelahan  dengan  daerah  logam  las  yang  selama  proses  pengelasan  mengalami  siklus  thermal pemanasan  dan  pendinginan  cepat.  Hal  ini  menyebakan  kekuatan  tarik  dan  kekerasan  pada  sambungan  las mengalami penurunan.

## METODOLOGI
Material  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  baja  karbon  rendah  ST37  (DIN)/AISI  1015  dengan komposisi kimia Karbon (C) 0.15-0.2 %, Pospor (P) ≤ 0.04 %, Sulfur (S) ≤ 0.05 % dan mangan (Mn) 0.6  – 0.9 % dengan tebal 10 mm produksi PT. Krakatau Steel [6,7]. Untuk pengelasan menggunakan kampuh sambungan square groove  “I”, single bevel  “V”, dan double  bevel “K” dengan spesimen mengikuti standar ASTM [8-12]. Elektroda yang digunakan dalam pengelasan sambungan adalah electrode E 6013 (RD 260), E 7016 (LB 52), dan E 6013 (RB 26).  Pengujian  komposisi  kimia  menggunakan  SEM  JEOL  JSM-6390A  untuk  mengetahui  unsur  yang  ada  pada sampel  yang  digunakan.  Pengujian  metallografi  dilakukan  secara  makro  dan  mikro,  untuk  struktur  mikro  pada penelitian  ini  menggunakan  optical  mikroskop  BX51  untuk  mengetahui  morfologi  permukaan  hasil  pengelasan. Untuk pengujian kekerasan menggunakan HV1000 dan pengujian Tarik menggunakan Shimadzu dengan kapasitas 5kN. Sampel pada pengujian ini dibagi pada 2 jenis sampel yaitu sampel dari row material dan material yang telah dilakukan proses pengelasan.

## HASIL PENELITIAN
Hasil pengujian komposisi kimia material ST37 dapat dilihat pada Tabel 1. Dimana unsur yang paling dominan pada sampel yang akan kita uji adalah Fe dengan komposisi 98.61% sisanya adalah unsur paduan lainnya.
Tabel 1. Komposisi kimia baja karbon rendah ST37 yang digunakan dalam penelitian [6].
Material ST37 Unsur Fe C Si Mn Cr Ni Mo Cu Al Ti S P Value (%) 98.61  0,15  0,25  0,81  0,04  0,02  0,002  0,04  0,04  0,003  0,01  0,016

## Hasil pengujian Metallografi Makro
Dari hasil pengujian metallografi makro ditemukan cacat las jenis incomplete fusion seperti pada  Gambar 1a, 1b, dan 1c.  Cacat ini merupakan cacat akibat terjadinya ” discontinuity ” yaitu ada bagian yang tidak menyatu antara logam induk dengan logam pengisi dikarenakan panas yang dihasilkan pada proses las terlalu rendah. Cacat jenis ini dapat pula terjadi pada pengelasan berlapis ( multipass welding ) yaitu terjadi antara lapisan las yang satu dan lapisan las  yang  lainnya.  Selain  itu  adanya  pengotoran  alur  akibat  dari  pembersihan  kerak  las  yang  tidak  sempurna  juga dapat  menyebabkan  cacat  ini  [13].  Adanya  cacat  ini  maka  dapat  mempengaruhi  hasil  pengujian  mekanis  dari sambungan las.
Gambar 1. Hasil pengujian makri visual: a) Electrode E6013 (RD260); b) Electrode E7016 (LB 52); c) Electrode E6013 (RB 26).

## Hasil Pengujian Metallogrfi Mikro
Perubahan  metalurgi  yang  paling  penting  dalam  pengelasan  adalah  perubahan  struktur  mikro  pada Heat Affected  Zone  ( HAZ)  maupun  daerah  las.  Perubahan  struktur  mikro  yang  terjadi  akan  menentukan  sifat  mekanik pada sambungan las, seperti kuat tarik dan kekerasannya. Diharapkan perubahan struktur mikro dan sifat mekanik yang terjadi masih dalam batas aman dan menghasilkan sambungan las yang kuat, sehingga pada waktu pengujian Tarik,  bahan  tidak  putus  pada  sambungan  lasnya  namun  pada  logam  induk  atau  HAZ.  HAZ yang  biasa  disebut daerah  terpengaruh  panas  adalah  daerah  dengan  jarak  tertentu  dari  sambungan  las  yang  mengalami  pemanasan akibat adanya panas dari pengelasan dan mengalami pendinginan yang lebih lambat. Pengamatan perubahan struktur mikro  akibat  pengelasan  diamati  dengan  pengujian  metalografi  yang  dilakukan  pada  daerah  logam  induk,  batas antara logam induk dan HAZ. Pada Gambar 2. adalah  hasil pengujian metallografi mikro pada daerah base metal , Pada daerah ini didominasi oleh fasa ferit dan perlit dengan butiran yang lebih kecil [13].
Gambar 2. Hasil pengujian struktur mikro pada daerah base metal : a) Electrode E6013 (RD260); b) Electrode E7016 (LB 52); c) Electrode E6013 (RB 26).
Hasil pengujian metallografi mikro pada daerah HAZ dapat dilihat pada Gambar 3. Pada daerah ini didominasi oleh  fasa  ferit  dan  perlit  tetapi  pada  daerah  ini  terjadi  perbesaran  butir.  Perbesaran  butir  ini  menyebabkan  nilai kekerasan turun.  Adapun fasa yang pertama adalah fasa ferit terlihat berwarna putih dan fasa kedua adalah pearlit yamg terlihat lebih gelap. Apabila semakin besar warna putih pada suatu struktur mikro baja, maka semakin banyak
ferit  yang  terbentuk  yang  berarti  bahwa  material  tersebut  menjadi  semakin  lunak.  Ini  disebabkan  karena  ferit mempunyai sifat yang lunak dan liat. Pada fasa pearlit terdiri dari lapisan-lapisan halus yang bersifat kuat dan keras.
Gambar 3. Hasil pengujian struktur mikro pada daerah HAZ : a) Electrode E6013 (RD260);
b) Electrode E7016 (LB 52); c) Electrode E6013 (RB 26).
Hasil  pengujian  metallografi  mikro  pada  daerah weld  metal dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Fasa  putih menunjukkkan fasa ferit sedagkan fasa hitam menunjukkan fasa perlit. Dari struktur mikro ketiga jenis pengelasan di  dominasi  oleh fasa  ferit  dan  perlit  dengan  kerapatan butir  yang padat.  Dengan  kerapatan  butir  yang  padat  akan menghasilkan kekerasan yang tinggi pada daerah logam las. Pengujian struktur mikro bertujuan untuk mengetahui bentuk,  susunan,  dan  ukuran  butir  pada  bahan.  Struktur  mikro  logam  las  ditentukan  pada  saat  proses  pembekuan ( solidification ) dan transformasi γ (austenit) ke α (ferit). Beberapa faktor yang mempengaruhi struktur mikro logam las antara lain: proses pengelasan, komposisi akhir logam las, masukan panas, dan siklus termal. Selain pengujian secara mikro, pada bab ini akan disajikan pula bentuk struktur makro untuk setiap perlakuan pengelasan. Besarnya masukan panas (heat input) yang sangat tergantung pada kecepatan pengelasan, ternyata memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap luasan yang terpengaruh oleh panas, baik luasan pada daerah lasan (fusion zone) maupun pada  daerah Heat  Affected  Zone  (HAZ) .  Pengamatan  terhadap  hasil  foto  struktur  mikro  memperlihatkan  pengaruh masukan  panas  terhadap  logam  yang  dilas;  daerah  ferit  berwarna  terang  dan  struktur  perlit  berwarna  gelap.  Ferit mempunyai  sifat  yang  lebih  lunak  bila  dibandingkan  dengan  perlit.  Juga  dari  foto  struktur  mikro  di  atas  dapat dianalisa  bahwa  akibat  masukan  panas  maka  terjadi  perubahan  butir  dan  fasa.  Apabila  arus  listrik,  waktu  las,  dan gaya elektroda makin tinggi maka timbul fasa bainit dan martensit yang kekerasannya tinggi [13]. Akibat kekerasan yang tinggi ini, maka kekuatan geser sambungan las menjadi berkurang.
Gambar 4. Hasil pengujian struktur mikro pada daerah weld metal: a) Electrode E6013 (RD260); b) Electrode E7016 (LB 52); c) Electrode E6013 (RB 26).

## Hasil Pengujian Kekerasan
Hasil  pengujian  kekerasan  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Beban  yang  digunakan  sebesar  200  gf  dan  Indentor Iantan 120 o .
Tabel 2. Hasil uji kekerasan Posisi No Kekerasan Mikro Vikers (HV) Electroda E 6013 (RD 260) Electroda E 7016 (LB 52) Electroda E 6013 (RB 26) Base Metal 1 164,4 164,4 164,4 2 165,8 161,0 164,4 3 161,0 163,9 161,0 4 167,9 165,3 164,4 5 157,7 165,3 164,4 Rata - rata 163,36 163,98 163,7 HAZ 1 162,3 183,2 167,9 2 167,9 187,3 175,3 3 164,4 191,6 175,3 4 175,3 183,2 179,1 5 164,4 183,2 187,3 Rata - rata 166,86 185,7 177,0 Logam Las 1 173,0 187,3 186,3 2 175,3 187,3 185,6 3 171,5 187,3 184,7 4 169,3 187,3 186,0 5 187,3 187,3 187,3 Rata - rata 175,28 187,3 185,98
Tabel  2  merupakan  hasil  uji  kekerasan  yang  dilakukan  terhadap  5  titik  pada  base  metal,  daerah  HAZ,  dan logam  las.  Pada  pengujian  daerah  base  metal  didapat  nilai  kekerasan  rata-rata  pada  pengelasan  menggunakan elektroda  RD  260  adalah  163.36  HV,  elektroda  LB  52  adalah  163.98  HV  dan  RB  26  sebesar  163.7  HV.  Pada pengujian  daerah  HAZ  didapat  nilai  kekerasan  rata-rata  pada  pengelasan  menggunakan  elektroda  RD  260  adalah 166.86 HV, elektroda LB 52 185.7 HV, dan elektroda RB 26 didapat 177.0 HV. Pada pengujian daerah logam las didapat nilai kekerasan rata-rata pada pengelasan menggunakan elektroda RD 260 adalah 175.28 HV, elektroda LB 52 adalah 187.3 HV, dan elektroda RB 26 sebesar 185.98 HV.
Dari Tabel 2 terlihat bahwa kekerasan pada daerah  las selalu lebih tinggi dibandingkan dari HAZ dan logam induk.  Hal  ini  terjadi  karena pada  daerah  las,  panas yang diterima  logam  lebih  besar dibandingkan  dengan daerah HAZ  dan  daerah  logam  induk.  Demikian  juga  pendinginan  yang  terjadi  pada  daerah  las  lebih  cepat  dibandingkan daerah HAZ dan logam induk, sehingga timbul rekristalisasi dan perubahan besar butir. Dari hasil uji kekerasan juga didapat  bahwa  hasil  kekerasan  pada  pengelasan  menggunakan  electroda  LB  52  selalu  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  electroda  RB  26  maupun  RD  260,  hal  ini  disebabkan  karena  electroda  LB  52  mempunyai  kekuatan  tarik yang  lebih  tinggi  daripada  electroda  RB  26  dan  RD  260.  Kekuatan  tarik  selalu  berbanding  lurus  dengan  hasil kekerasan.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2021 Mustasyar Perkasa dkk, Analisa Struktur Mikro dan Peningkatan Sifat Mekanis Pengelasan SMAW Baja ST 37

## Hasil Pengujian Tarik
Hasil  pengujian  tarik  sambungan  las  dapat  dilihat  pada  Tabel  3,  dimana  terlihat  tegangan  maksimum  terjadi pada  hasil  pengelasan  menggunakan  elektoda  RB  26  dan  jenis  kampuh  I,  dengan  nilai  sebesar  568.4  N/mm 2 . Tegangan Tarik terendah terjadi pada kampuh V dengan elektroda RD 260 sebesar 442.1 N/mm 2 .
Tabel 3. Hasil pengujian tarik
Keterangan:
A 0
= Luas penampang awal (p x l) L 0 = Panjang Mula F max = Gaya maksimum. σ t = Tegangan tarik maksimum (F max / A 0 ). ΔL = Pertambahan panjang. ε = Regangan {(ΔL / L 0 ) x 100%}. A 1 = Luas penampang pada saat patah. Z = Selisih luas {(A 0 – A 1 ) / A 0 } x 100%.
Pada  Tabel  3  didapat  bahwa  kekutan  tarik  tertinggi  sambungan  pengelasan  menggunakan  elektroda  RB  26 terdapat pada kampuh I. Pada elektroda LB 52 terdapat pada kampuh V, electroda RD 260 terdapat pada kampuh K. Pada  kondisi  pengelasan  tanpa  cacat  seharusnya  pengelasan  menggunakan  electroda  LB  52  lebih  baik  karena pengelasan  menggunakan  LB  52  mempunyai  nilai  kekerasan  paling  tinggi.  Electroda  LB  52  juga  mempunyai kekuatan  tarik  yang  lebih  tinggi  dari  pada  RB  26  maupun  RD  260.  Nilai  tegangan  tarik  paling  tinggi  juga  terjadi pada pengelasan menggunakan kampuh V karena kampuh V mempunyai bidang kontak las lebih banyak dari pada kampuh  K  maupun  kampuh  I.  kampuh  V  juga  memungkinkan  pengelasan  menggunakan  multi-layer  untuk menambah kekuatan las.
Pada pengujian tarik ini dikatakan berhasil karena masih diatas tegangan tarik minimum material dasar ST 37 yaitu  37  Kg/mm 2 .  Apabila  hasil  pengelasan  didapat  tanpa  adanya  cacat  las  maka  hasil  pengujian  kekerasan  akan berbanding lurus dengan hasil tegangan tariknya. Apabila hasil pengelasan bebas dari cacat las maka hasil pengujian tarik  suatu  bahan  dapat  diketahui  dengan  menggunakan  tabel  diantaranya  AWS  06  setelah  dilakukan  pengujian kekerasan.  Pengujian  tarik  pada  sambungan  las  dinyatakan  berhasil  apabila  putusnya  material  tidak  pada  bagian sambungan las. Ini berarti bahwa  kekuatan sambungan las lebih tinggi dari kekuatan material dasar. Apabila pada pengujian  tarik  putusnya  material  terjadi  pada  sambungan  las  berarti  kekuatan  tarik  sambungan  las  lebih  rendah daripada kekuatan tarik material dasar.
Electode Jenis kampuh A 0 (mm 2 ) L 0 (mm) F max (KN) σ t (N/mm 2 ) ΔL (mm) ε (%) A 1 (mm 2 ) Z (%) RB 26 I 190 250
108 568.4
15 6 90 52 V 100 526.3 8 3.2 95 50 K 95 500 5 2 98 48 RD 260 I 100 526.3 8 3.2 95 50 V 84 442.1 3 1.2 100 47 K 104 547.36 10 4 91 52 LB 52 I 103 542.1 10 4 91 52 V 107 563.15 15 6 90 52 K 102 536.84 10 4 91 52

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Kualitas hasil pengelasan sangat tergantung kepada  kualitas  welder  (pengetahuan  dan  pengalaman  welder  dibidang  material  dan  las),  material  yang  dilas, pemilihan  jenis  las  yang  digunakan,  pemilihan  electroda  las,  metode  dan  cara  pengelasan.  Hasil  pengujian metallografi didapatkan bahwa struktur mikro dari logam las maupun daerah HAZ terdiri dari ferrit dan perlit. Pada daerah HAZ terjadi perbesaran butir yang mengakibatkan kekerasannya menurun. Pada daerah las terdapat cacat las berupa incomplete fusion. Nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada pengelasan menggunakan electroda LB 52 dan hasil  pengujian  tarik  sangat  dipengaruhi  oleh  adanya  cacat  las.  Hasil  kekerasan  untuk  pengelasan  menggunakan electroda LB 52 mempunyai nilai lebih tinggi dari pada electroda RB 26 maupun RD 260.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Yassyir Maulana (2016). Analisis Kekuatan Tarik Baja St37 Pasca Pengelasan Dengan Variasi Media Pendingin Menggunakan Smaw , Jurnal Teknik Mesin UNISKA Vol. 02 No. 01.
[2] Badaruddin Anwar (2018). Analisis Kekuatan Tarik Hasil Pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG) Kampuh V Ganda pada Baja Karbon Rendah ST37 , Teknologi, Vol. 17 No. 3.
[3] Saputra, Hendi and Syarief, Akhmad (2014). Analisis Pengaruh Media Pendingin Terhadap Kekuatan Tarik Baja St37 Pasca Pengelasan Menggunakan Las Listrik, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Unlam, 3 (2). pp. 91-98. ISSN 2338-2236.
[4] R. R. Aminuddin, A. W. Budi Santosa, and H. Yudo (2020). Analisa Kekuatan Tarik, Kekerasan dan Kekuatan Puntir Baja ST 37 sebagai Bahan Poros Baling-baling Kapal (Propeller Shaft) setelah Proses Tempering , Jurnal Teknik Perkapalan, vol. 8, no. 3, pp. 368-374.
[5] Gus Gianto, Mulyanef Suryadimal (2021). Pengaruh Kuat Arus Terhadap Kekuatan Tarik Baja Karbon St 37 Menggunakan Shield Metal Arc Welding. Diploma thesis, UNIVERSITAS BUNG HATTA.
[6] Khurmi, R.S & Gupta, J.K (2001). Machine Design. Ram Nagar, New Delhi: Eurasia Publising House (Pvt) LTD.
[7] Akhmad Herman Yuwono, Dr. Ir. M. Phil. Eng (2009). Panduan uji merusak . Departemen Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
[8] Hesti Istiqlaliyah, Am. Mufarrih, (2016). Analisa pengaruh variasi kuat arus, media pendingin, dan merk elektroda terhadap kekuatan tarik dan distorsi sudut sambungan baja st 37 , Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Vol. 11 No. 1.
[9] H. S. Rahajo (2012). Variasi   arus   Listrik Terhadap    Sifat    Mekanis    Sambungan    Las Shilding Metal Arc Welding (SMAW) , Jurnal Fakultas Teknik.
[10] Asosiasi Pengelasan Indonesia (2011). Welding and Joining Technologies . Jakarta.
[11] The American Society of Mechanical Engineering (1998). Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators . New York.
[12] Budisantosa, Setyo & Supriyanto, Daud (2011). Symbol for Joining and Inspection . Serpong: B2TKS-BPPT.
[13] Made Angga Priadi, I Nyoman Pasek Nugraha, Gede Widayana (2017) The Effect of Cooling Media Toward The Hardness And Micro Structure That Result Oxy Acetylene Welding Of Steel St-37 Material. Jurnal Jurusan Pendidikan Teknik Mesin (JJPTM), Vol: 8 No: 2.