## ANALISA HASIL PENGELASAN GTAW STAINLESS STEEL 304
* Reny Afriany, Asmadi, Rita Djunaidi, Catur Prasetya Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA, Palembang
*) reny.afriany@yahoo.com

## ABSTRAK
Baja tahan karat termasuk baja paduan tinggi, sehingga pengelasan pada baja ini sangat dipengaruhi oleh panas atau atmosfer pengelasan. Penggunaan baja tahan karat pada konstruksi pengelasan dapat dilakukan dengan  beberapa  metode  pengelasan,  salah  satunya  adalah  pengelasan  GTAW  ( gas  metal  arc  welding ). Penelitian bertujuan untuk melihat kekuatan tarik dan kekerasan pada daerah sambungan las, daerah HAZ ( heat affected zone) dan daerah base metal SS 304 setelah proses pengelasan. Pada penelitian ini, kualitas hasil  pengelasan  dilihat  dengan  pengujian  mekanik  yaitu  dengan  pengujian  tarik  dan  kekerasan.  Hasil pengujian kekuatan tarik setelah pengelasan menunjukkan nilai sebesar 75,5 kgf/mm 2 , terjadi peningkatan 27% dari kekuatan tarik sebelum dilas. Pengujian kekerasan menunjukkan kekerasan pada daerah las dan base  metal relatif  sama,  namun  pada  daerah  HAZ  terjadi  peningkatan  kekerasan  rata-rata  sebesar  6%. Berdasarkan  hasil  tersebut,  kualitas  rata-rata  pengelasan  dapat  dikategorikan  baik  karena  proses pengelasannya juga sesuai dengan WPS ( welding procedure specifications ).
Kata kunci: pengelasan GTAW, stainless steel 304, uji tarik, uji kekerasan

## 1. PENDAHULUAN
Kemajuan teknologi serta kebutuhan untuk menghasilkan konstruksi yang kuat menjadikan teknik  pengelasan menjadi  pilihan  utama  dalam  pembangunan  konstruksi. Stainless  steel AISI 304 adalah salah satu jenis stainless steel yang umum dipakai pada dunia industri karena memiliki sifat mekanik yang cukup kuat, tahan terhadap korosi, mampu mencegah kontaminasi dan mudah dibersihkan.  Kelebihan  ini  meningkatkan  penggunaannya  seperti  pada  alat  kesehatan,  kaleng pengemas  makanan  dan  minuman,  mesin  produksi  pengolah  makanan  dan  minuman.  Setiap penggunaan stainless steel tidak lepas dari proses penyambungan dengan pengelasan. Stainless steel adalah salah satu logam yang banyak digunakan pada kontruksi pengelasan karena stainless steel dapat di las dengan berbagai metode las. Hasil las yang memiliki kualitas baik perlu untuk menunjang konstruksi yang kuat, aman dan tahan lama. Hasil pengelasan yang baik secara visual, belum  tentu  memiliki  struktur  yang  baik.  Oleh  karena  itu,  untuk  mengetahui  apakah  hasil pengelasan tersebut telah memenuhi kriteria harus ada pengukuran atau pengujian hasil las.
Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai selama proses pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan yang dicapai selama proses pengelasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur akibat pemanasan ini dikenal dengan daerah panas  atau Heat  Affected  Zone (HAZ).  Perubahan  struktur  mikro  pada  daerah  panas  ini  dan keterampilan juru las dalam proses las serta penentuan jenis dan parameter las yang tepat akan sangat menentukan kualitas hasil las.

## 1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk  mengetahui kualitas  hasil pengelasan GTAW stainless steel 304 pada sambungan jenis butt joint dan untuk mengetahui pengaruh sifat mekanik pada stainless steel 304 setelah pengelasan.

## 1.3. Pembatasan Masalah
Batasan masalah  dalam penelitian ini adalah  pemeriksaan  hasil las tak merusak hanya ditinjau dengan uji visual dan sifat mekanik hanya melihat sifat kekerasan dan kekuatan tarik.

## 2. LANDASAN TEORI
Tarigan  2016  melakukan  pengelasan  SMAW  pada  SS  304  dengan  memvariasikan  arus pengelasan  dan  diameter  elektroda.  Hasil  menunjukkan  semakin  besar  arus  dan  diameter elektroda maka porositas akan semakin meningkat.
Nasal  2016  melakukan  penelitian  mengenai  pengaruh  variasi  arus  las  SMAW  terhadap kekerasan.  Setiap  penambahan  arus  akan  meningkatkan  nilai  kekerasan  di  daerah  las  karena adanya  peningkatan  jumlah  struktur  mikro  dendrite.  Namun  pada  daerah  HAZ  mengalami penurunan kekerasan karena struktur mikro ferit membesar pada temperatur tinggi.
Aminuddin  2017  melakukan  variasi  tegangan  pada  pengelasan  GTAW  baja  tahan  karat austenitik. Hasil menunjukkan bahwa daerah aman ada pada tegangan 8 V dan 10 V.

## 2.1. Austenite Stainless Steel
Baja tahan karat austenit tersusun dari beberapa bahan, yaitu 16% kromium, 7% nikel, dan nitrogen. Sifat  jenis baja ini  yaitu: memiliki kekuatan dan ketahanan suhu yang baik pada  suhu tinggi maupun   suhu   rendah, serta memiliki  ketahanan  terhadap  korosi  lebih  baik daripada jenis ferritik dan martensitik. Tipe seri SS yang masuk dalam kategori austenitic , yaitu seri SS 300 dan seri  SS  200  diantaranya  201,304,  316.  Perbedaan  seri  ini  dipengaruhi  oleh  perbedaan  komposisi metalurginya, yang akhirnya karakteristiknya pun ikut berbeda pula. Seri SS 300 lebih tahan karat jika dibandingkan seri SS 200. Namun, seri SS 200 memiliki harga yang lebih murah  dibandingkan dengan tipe SS 300.
Tabel 2.1. Komposisi Kimia Stainless Steel

## 2.2. Pengelasan Stainless Steel
Proses  pengelasan  merupakan  kegiatan  penyambungan  logam  melalui  fase  cair  logam sebelum akhirnya  membeku  dan  terjadi  suatu  sambungan.  Proses  panas  terjadi  pada  3  daerah, yaitu  daerah  las,  daerah  pengaruh  panas  dan  daerah  logam  induk.  Adanya  perbedaan pendistribusian panas tersebut, maka akan terjadi perbedaan struktur mikro pada ketiga daerah lasan tersebut .
Baja tahan karat memiliki sifat berbeda dengan baja karbon maupun baja paduan rendah, hal ini tentu mempengaruhi sifat mampu lasnya. Pengelasan dengan elektroda terbungkus (SMAW), las GMAW dan las GTAW adalah adalah cara yang sering digunakan dalam pengelasan baja tahan karat dibanding metode pengelasan yang lain. Baja tahan karat jenis austenit mempunyai sifat mampu las
lebih baik dibanding dengan baja tahan karat jenis martensit dan feritik. Namun pada pendinginan lambat dari temperatur 680°C ke 480°C akan terbentuk karbida khrom yang mengendap di antara butir. Endapan ini terjadi pada temperatur sekitar 650°C dan menyebabkan penurunan sifat tahan karat dan sifat mekaniknya.

## 2.3. Pemeriksaan Daerah Las
Kualitas  pengelasan  pada  baja  dapat  kita  periksa  dengan  pengujian  secara  mekanik  atau pengujian merusak maupun dengan pengujian tak merusak.

## 2.3.1. Non-Destructive Test (NDT)
Jenis pengujian NDT ini tidak merusak bagian konstruksi yang diuji. Pengujian jenis ini untuk mengetahui  cacat  luar  maupun  cacat  dalam.  Ada  beberapa  jenis  pengujian  yang  termasuk  dalam kelompok ini, yaitu: uji visual, radiografi, ultrasonik, serbuk magnet, penetran dan elektromagnet.

## 2.3.2. Destructive Test (DT)
Pengujian jenis ini adalah dengan merusak spesimen las. Pengujian mekanik seperti uji tarik, uji ketangguhan atau uji kekerasan menjadi salah satu pilihan. Pengujian yang paling baik adalah menguji konstruksi yang sebenarnya, namun menguji spesimen dapat juga dilakukan untuk melihat kesamaan antara logam induk dan logam pada daerah pengelasan.

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Prosedur Penelitian
Tahapan kerja pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada diagram alir berikut :
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

## 3.2. Alat dan Bahan
Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Plat stainless steel 304 dengan tebal 6 mm
2. Filler yang digunakan yaitu ER.308 dengan diameter 2,4 mm
3 . Tungsten Electrode AWS a5
Mulai SS 304 Pengelasan GTAW Pembentukan Spesimen Uji Tarik Uji Kekerasan Pengolahan Data dan Analisa Kesimpulan Selesai
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:
1. Mesin Las GTAW
2. Mesin uji tarik
3. Mesin uji kekerasan Vickers

## 3.3. Proses Pengelasan
Pada  pengelasan  GTAW  atau  juga  sering  disebut Tungsten  Inert  Gas (TIG),  elektroda tungsten yang digunakan tidak ikut melebur, yang melebur adalah bahan pengisi ( filler ) ER.308 biasa disebut welding rod. Busur listrik terjadi antara elektroda dan plat baja, sedangkan shielding gas digunakan untuk melindungi elektroda dan logam cair.

## 3.3.1. Persiapan Benda Uji
Sambungan yang digunakan adalah tipe butt joint. Plat baja yang telah dipotong, kemudian dibuatkan  kampuh las  V  tunggal,  karena  pelat dengan  ketebalan  lebih  dari  5 mm  memerlukan kemiringan untuk proses las.
Gambar 3.2. Dimensi ukuran kampuh V tunggal
3.3.2. Penentuan filler Diagram Schaffler dapat  digunakan  untuk  menentukan  material  elektroda  atau  logam tambahan yang sesuai, agar dihasilkan logam las yang bebas retak. Perhitungan Cr-ekivalen dan Ni-ekivalen berdasarkan stainless steel 304 adalah sebagai berikut:
Logam Cr-E %Cr+%Mo+1,5x%xSi+0,5x%Nb Ni-E %Ni+30x%C+0,5x%Mn E308 19,9 + 0,11 + 1,5 (0,38) + 0,5(0) = 21,08% 9,5 + 30 (0,05) + 0,5 (1,5) =11,75 %
Data diatas kemudian diplotkan pada diagram Schaffler , seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Diagram Schaffler
60° 0 - 3 0 - 3

## 3.3.3. Parameter Pengelasan
Pengelasan  dilaksanakan  sesuai  dengan  WPS  (Welding  Procedure  Specifications). Parameter yang ditentukan antara lain : tidak menggunakan pemanasan mula (pre-heat), diameter elektroda ER-308, arus 70-95 Ampere dan tegangan 15-16 Volt.

## 3.4. Pengujian Tarik
Material  hasil  las  dibentuk  menjadi  spesimen  menurut  standar  ASTM  E8  seperti  pada Gambar.3.4.
60 mm 57 mm 60 mm 220 mm 50 mm 12,5 mm 20 mm Gambar 3.4. Spsesimen uji tarik butt joint
Sifat mekanik yang dapat diketahui dari pengujian tarik yaitu:
1. Kekuatan ( strength ) : a. kekuatan tarik b. batas luluh 2. Keuletan ( ductility ) : a. perpanjangan (elongation) b. reduksi penampang
3. Modulus elastisitas
Rasio tegangan ( stress ) dan regangan ( strain ) adalah konstan
Stress (σ)= 𝐹 𝐴 .....(1) Strain (ε) = 𝛥𝐿 𝐿0 .....(2)
dimana :
F : Gaya tarik (N)
A : Luas Penampang (mm 2 )
Δl : Pertambahan Panjang (mm)
Lo : Panjang awal (mm)

## 3.5. Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan Vickers dilakukan pada 3 daerah, yaitu base metal , daerah las dan daerah HAZ seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Daerah pengujian Vickers butt joint
Pengujian mengacu pada standar ASTM E384, seperti tampak pada Gambar 3.6. dengan beban uji yang diterapkan sebesar 30 kgf selama 30 detik.
Las HAZ BASE METAL
Skala kekerasan Vickers dicari dengan persamaan berikut :
HV = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑎𝑠𝑝𝑒𝑛𝑒𝑘𝑎𝑛 1,854 𝑃 2 𝐷 2 .....(3)

## 4. HASIL
Hasil las GTAW pada pengelasan SS 304 dengan jenis sambungan butt joint terlihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Hasil Pengelasan butt joint

## 4.1.    Uji Tarik
Dengan  memakai  perhitungan  pada  persamaan  1  dan  2,  hasil  uji  tarik  pada  3  spesimen ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Hasil Uji Tarik Kode ΔL σ U ε F Max F Yield E Spesimen mm kgf/ 𝑚𝑚 2 % kgf kgf kgf/ 𝑚𝑚 2 BJ 1 26 75,6 52 5670 2950 145,38 BJ 2 23 75 46 5625 3150 163,04 BJ 3 24 76 48 5700 2916 158,83 Rata - rata 75,5 48,67 5665 155,75
Spesimen d 136° Indentor f d1 d 2

## 4.2.    Uji Kekerasan
Dengan memakai persamaaan 3, hasil uji kekerasan pada spesimen las ditunjukkan pada Gambar 4.2. dan Tabel 4.2.
Gambar 4.2. Posisi Titik Uji Kekerasan

## Tabel 4.2. Hasil Uji Kekerasan
No. Daerah
HVN 1 BM 236 2 BM 238,5 3 BM 238,5 4 HAZ 255 5 HAZ 246 6 HAZ 249 7 Filler 238 8 Filler 238,5 9 Filler 241 10 HAZ 255 11 HAZ 254 12 HAZ 259 13 BM 238,5 14 BM 238,5 15 BM 243
Rata-rata  242,1333

## 5. ANALISA
Hasil las SS 304 jika diamati secara visual dengan bantuan indera penglihatan terlihat pada daerah las  tidak  tampak cacat  las  pada  permukaan  material.  Hanya  pada  bagian  HAZ  terdapat sedikit deformasi yang dimungkinkan karena pengaruh arus pada saat pengelasan  yang sedikit tinggi.
Kualitas  pengelasan  yang  ditinjau  dengan  pengujian  mekanik  pada  penelitian  ini  sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia dan struktur. Hubungan antara komposisi kimia dalam bentuk ekivalen  Cr  dan  ekivalen  Ni  serta  struktur  mikro  yang  terjadi  ditunjukkan  dengan  diagram Schaffler . Pemilihan elektroda ER 308 sudah tepat, karena dari hasil plot persentase ekivalen Cr dan ekivalen Ni pada Gambar 3.3 menunjukkan komposisi filler atau struktur logam las berada
HAZ  255  246  249
HAZ  255  254  259
BM 236  238, 5  238,5
BM 236  238, 5  238,5 LAS  238  238,5  241
di  daerah  aman  untuk  pengelasan  SS304.  Struktur  yang  terbentuk  adalah  austenite  dan  ferit. Struktur  austenit  akan  meningkatkan  kemungkinan  terjadinya  retak  panas,  namun  dengan kandungan ferit dalam perhitungan ini yang diatas 10% kemungkinan terjadinya retak akan sangat berkurang. Berdasarkan hal tersebut, pada baja tahan karat austenit jangan dilakukan pemanasan mula atau hindari masukan panas yang tinggi untuk menghindari endapan antar butir dari karbida khrom.
Kekuatan  tarik  SS  304  pada  penelitian  ini  adalah  55  kgf/mm 2 .  Hasil  uji  tarik  hasil  las spesimen SS 304 menunjukkan  rata-rata nilai kekuatan tarik 75,5 kgf/mm 2 , terdapat kenaikan sekitar  27%  dari  sebelum  dilas.  Dilihat  dari  daerah  putus  yang  berada  di  daerah  konsentrasi tegangan paling tinggi yaitu di antara daerah HAZ dan base metal dengan putus ulet dan bukan putus di daerah las, maka dapat dikatakan pada sambungan las kualitasnya baik. Posisi putus las terlihat pada Gambar 5.1.
Gambar. 5.1. Posisi Putus Pengujian Tarik
Hasil pengujian kekerasan Vickers pada Tabel 4.2 dapat ditampilkan dalam grafik seperti pada Gambar 5.2. Terlihat kekerasan rata-rata paling tinggi ada pada daerah HAZ. Ini dapat terjadi karena daerah HAZ bersebelahan dengan daerah las yang artinya paling terpengaruh proses siklus termal pemanasan dan pendinginan. Laju pendinginan di daerah HAZ lebih cepat sehingga butir yang terbentuk juga lebih kecil yang artinya meningkatkan kekuatan.
220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 butt joint butt joint H V N

## 6. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Hasil pengelasan secara visual tidak terindikasi cacat pada area permukaan lasan.
2. Pemilihan filler lasan ER308 sudah tepat karena terletak di daerah aman pada digram Schaffler.
3. Pada pengujian mekanik, uji kekerasan menghasilkan nilai kekerasan tertinggi sebesar 242,13 HVN di daerah HAZ.
4. Pada pengujian tarik daerah putus ada di antara daerah HAZ dan base metal. Tegangan tarik rata-rata sebesar 75,5 kgf/ 𝑚𝑚 2 dan elongasi 48,67%.

## DAFTAR PUSTAKA
American Society for Metals .  Metal Handbook 8 th Vol 11. Ohio
Aminuddin.  2017. Analisa  Pengaruh  Variasi  Tegangan  terhadap  Kualitas  Sambungan  Hasil Pengelasan GTAW pada Material SA 266 GR2N with Clad Inconel 625 (tube sheet) dengan SA 213 TP 304 (tube). Tugas Akhir. ITS Surabaya
Nasrul, Yogi, dkk. 2016. Pengaruh Variasi Arus Las SMAW terhadap Kekerasan dan Kekuatan Tarik Sambungan Dissimilar SS304 dan ST37. Jurnal Teknik Mesin. Volume 24 No.1.
Tarigan. 2016. Analisa Hasil Pengelasan SMAW pada Stainless Steel AISI 304 dengan Variasi Arus Dan Diameter Elektroda . Skripsi. USU Medan
Wiryosumarto,  Harsono  dan  Okumura.  2000. Teknologi  Pengelasan  Logam .  PT.  Pradnya Paramita. Jakarta.