Abstrak —Dalam proses pengelasan dapat terjadi deformasi dan meningkatnya  tegangan  sisa  pada  material.  Maka  dari  itu dipasanglah  stopper  dalam  proses positioning .  Dalam  proses pengelasan,  stopper  digunakan  untuk  membantu welder untuk mengekang  pelat  yang  akan  dilas.  Dengan  menggunakan stopper,  pelat  yang  dilas  tidak  akan  bergeser  dan  deformasi pada pelat dapat diminimalkan. Adapun tujuan dari penelitian ini  adalah  untuk  mengetahui  ukuran  optimum  dari  stopper yang  digunakan  dalam  proses  pengelasan.  Ukuran  optimum dapat  diketahui  dari  besarnya  deformasi  dan  tegangan  sisa yang  terjadi  pada  pelat  logam  induk  dengan  variasi  ukuran stopper  (panjang  200,  300,  400,  500,  dan  600  mm)  dan  variasi bentuk  alur  las  (persegi,  v  tunggal,  dan  v  ganda).  Analisis dilakukan  menggunakan  metode  elemen  hingga  dengan membuat  pemodelan  pengelasan  pelat  baja  yang  dipasangi stopper.  Dari  hasil  pemodelan  dan  analisis,  didapatkan  hasil yaitu  deformasi  dan  tegangan  sisa  maksimum  terjadi  pada panjang  stopper  200  mm  yaitu  2.40  mm  dan  184.82  MPa. Sebaliknya, deformasi dan tegangan sisa minimum terjadi pada panjang  stopper  600  mm  yaitu  1.88  mm  dan  138.29  MPa. Dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  panjang  stopper  yang digunakan  maka  deformasi  dan  tegangan  sisa  yang  dihasilkan semakin  kecil.  Dari  hasil  analisis  didapat  tegangan  sisa  pada variasi  panjang  stopper  200  mm  masih  di  bawah yield  stress , maka stopper paling optimum adalah panjang stopper 200 mm dan tidak perlu dilakukan analisis untuk panjang stopper lebih dari 600 mm..
Kata  Kunci —Metode  Elemen  Hingga, Stopper ,  Tegangan  Sisa, Deformasi.

## I. PENDAHULUAN
ERDASARKAN  definisi  dari  Deutche  Industrie Normen  (DIN),  las  adalah  ikatan  metalurgi  pada sambungan  logam  atau  logam  paduan yang dilaksanakan dalam  keadaan  lumer  atau  cair.  Dari  definisi  tersebut  dapat dijabarkan  lebih  lanjut  bahwa  las  adalah  sambungan setempat  dari  beberapa  batang  logam  dengan  menggunakan energi panas [1].
Dari  definisi  tersebut,  dapat  disimpulkan  bahwa pengelasan  merupakan  salah  satu  teknik  penyambungan material  logam  dengan  cara  mencairkan  sebagian  logam induk  (base  metal)  dan  logam  pengisi  (filler  metal)  dengan atau  tanpa  tekanan  dan  dengan  atau  tanpa  logam  penambah dan  menghasilkan  sambungan  yang  kontinu.  Dalam  proses pengelasan  itu  sendiri,  terdapat  beberapa  tahap  persiapan
yang  perlu  dilakukan  berupa  persiapan  material,  prosedur pengelasan, dan positioning.
Dalam  praktiknya,  proses  pengelasan  juga  dapat menyebabkan  deformasi  dan  meningkatkan  tegangan  sisa. Deformasi  disebabkan  karena  adanya  pengaruh  dari besarnya  panas  yang  diberikan  ( heat  input )  selama  proses pengelasan yang berakibat pada kekuatan material menerima beban  kejut  ( impact ).  Sedangkan  tegangan  sisa  disebabkan karena  adanya  penyusutan  pada  waktu  pendinginan  setelah pengelasan.  Oleh  karena itu, dilakukan beberapa cara untuk meminimalkan  deformasi  dan  tegangan  sisa.  Salah  satunya adalah  dengan  menggunakan  stopper  pada  material  yang akan  dilas.  Namun  penggunaan  stopper  yang  berlebihan dapat  menimbulkan  tegangan  sisa  pada  material,  sehingga dapat menyebabkan retak pada hasil pengelasan.
Dalam  studi  ini  akan  dianalisis  pengaruh  ukuran  stopper terhadap  tegangan  sisa  dan  deformasi  pada base  metal dengan  variasi  bentuk  alur  las  untuk  mengetahui  ukuran ideal  dari  stopper  yang  digunakan  pada  masing-masing bentuk alur las. Proses analisisakan dilakukan menggunakan simulasi  metode  elemen  hingga  dengan  membandingkan variasi  ukuran  stopper  dan  bentuk  alur  las  sehingga didapatkan nilai tegangan sisa dan deformasinya.

## II. STUDI LITERATUR
A. Pengelasan Proses awal pengelasan dimulai dari proses penyambungan  logam  yang  sudah  ada  sebelum  era  revolusi industri  yaitu  dengan  cara  membuat  cetakan  berbahan  pasir di  atas  pelat  logam  dan  mengisinya  dengan  logam  cair. Cetakan  ini  dapat  dibentuk  sesuai  dengan  bentuk  yang diinginkan.  Selain  itu,  proses  penyambungan  logam  juga dilakukan  dengan  menyambung  dua  pelat  logam  dengan logam  cair.  Pada  akhir  abad  ke-19,  cara-cara  dan  teknik pengelasan mulai berkembang pesat yaitu dengan menggunakan  energi  listrik  dan  berkembang  hingga sekarang.
Sambungan  las  adalah  dua  atau  lebih  material  yang digabungkan  melalui  proses  pengelasan.  Ada  5  tipe  dasar dari sambungan las antara lain butt, tee, corner, lap dan edge joint. Pada  dasarnya  dalam  memilih  bentuk  alur  harus menuju  kepada  penurunan  masukan  panas  dan  penurunan logam  las  sampai  kepada  harga  terendah  yang  tidak

## Analisis Pengaruh Ukuran Stopper Pada
Sambungan Pelat Kapal Terhadap Tegangan Sisa Dan Deformasi Menggunakan Metode Elemen Hingga
Rafid Buana Putra, Achmad Zubaydi,  Septia Hardy Sujiatanti Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : zubaydi@na.its.ac.id, septi@na.its.ac.id
B
menurunkan  mutu  sambungan  las.  Karena  hal  ini  maka dalam  pemilihan  bentuk  alur  diperlukan  kemampuan  dan pengalaman yang luas. Bentuk-bentuk yang telah distandarkan  pada  umumnya  hanya  meliputi  pelaksanaan pengelasan yang sering dilakukan sehingga dalam pengelasan  khusus  bentuk  alur  harus  ditentukan  sendiri berdasarkan pengalaman yang dipercaya [1].

## B. Perpindahan Panas
Hampir  semua  proses  pengelasan  dilakukan  dengan  cara melakukan pemanasan setempat atau lokal. Beban heat input yang  diberikan  pada  saat  pengelasan  menyebabkan peningkatan  temperatur  material  yang  terkena  busur  api  las sampai  pada  suhu  lebur.  Perubahan  temperatur  pada daerah yang  mengalami  kontak  langsung  dengan  busur  las berlangsung  dengan  sangat  cepat  sehingga  menciptakan perbedaan  temperatur  dengan  daerah  di  dekatnya.  Segera setelah  perbedaan  temperatur  terjadi  panas  mulai  mengalir ke  sekitar  daerah  pengelasan  yang  mempunyai  temperatur lebih  rendah  sehingga  terjadi  distribusi  panas  ke  daerah sekitar alur las [2].
Dalam  proses  pengelasan  tidak  semua  energy  digunakan untuk  memanaskan  elektroda  dan  logam  las.  Sebagian energy  yang  dihasilkan  terserap  ke  lingkungan  karena adanya  kontak  dengan  udara  lingkungan  sekitar,  sehingga energi  efektif  yang  digunakan  dalam  pengelasan  dapat dirumuskan pada Persamaan 1:
Q = ή U I                   (1)
dimana:
Q  = Heat input bersih (Watt)
ή  = Koefisien dari efisiensi las
U  =  Tegangan  yang  digunakan  pada  saat  pengelasan
(Volt)
I  = Kuat arus (Ampere) Sedangkan  besarnya heat  flux yang  dikenakan  pada material ditentukan dengan Persamaan 2 dan Persamaan 3:
q 1 = q e (2)
q e = (3)
dimana:
A 1 =  Luas  area  elemen  yang  dikenai  beban heat  input (mm 2 )
A f  = Luas  area  pembebanan  yang  dihasilkan  dari  proses pengelasan (mm 2 ) A e  = Luas area elektroda yang digunakan (mm 2 ) Sedangkan untuk mencari A f , digunakan Persamaan 4:
A f = b x v x t                (4)
dimana:
b  = Lebar kampuh las (mm)
v  = Kecepatan pengelasan satu elemen (mm/s) t   = waktu yang diperlukan untuk mengelas satu elemen (s)

## C. Tegangan Sisa
Tegangan  sisa  selalu  muncul  apabila  sebuah  material dikenai  perubahan  temperatur non-uniform ,  tegangan- tegangan  ini  disebut  tegangan  panas.  Untuk  membahas
masalah pengelasan,tegangan sisa yang akan ditinjau adalah tegangan sisa yang ditimbulkan dari distribusi regangan non- elastik yang tidak merata pada material. Tegangan sisa pada logam  dapat  terjadi  karena  banyak  hal  selama  proses produksi antara lain:
a.  Material  yang  termasuk  bentuk  pelat  dan  batangan dikenal dengan proses roll, casting , dan forging.
b.  Selama  pembentukan  bagian-bagian  logam  oleh  proses- proses  seperti bending,  grinding,  shearing ,  dan machining .
c.   Selama proses fabrikasi, seperti pengelasan.

## D. Deformasi Pengelasan
Pada  dasarnya  deformasi  dapat  terjadi  karena  panas  dan gaya luar. Panas dapat terjadi karena proses pengelasan atau pemotongan  dengan  las.  Pada  proses  pengelasan,  hal-hal yang  memengaruhi  deformasi  adalah  yang  berhubungan dengan  panas  pengelasan  dan  juga  yang  berhubungan dengan penahan atau penghalang pada sambungan las [3].

## E. Stopper
Stopper  merupakan  alat  penahan  yang  terbuat  dari  pelat dengan ketebalan sekitar 10 mm dipasang dengan sudut 45 o hingga  90 o terhadap  garis  las.  Pelat  ini  berfungsi  sebagai penahan dari kedua pelat yang hendak disambungkan dengan las.  Penahanan  pada  pelat  yang  akan  dilas  berguna  untuk mencegah  terjadinya  deformasi  pada  pelat  akibat  dari pengelasan.  Pemasangan  stopper  yang  berlebihan  dapat menyebabkan  cacat  las  di  daerah  sekitar  stopper.  Bentuk stopper digambarkan pada Gambar 1[4].

## Gambar 1. Stopper

## F. Metode Elemen Hingga
Metode  elemen  hingga  merupakan  metode  numerik  yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam bidang rekayasa  seperti  geometri,  pembebanan  dan  sifat-sifat  dari material yang sangat rumit. Selain itu, metode ini juga dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah structural , thermal, dan  elektromagnetik.  Dalam  metode  ini,  seluruh  masalah yang  kompleks  seperti  variasi  bentuk,  kondisi  batas,  dan beban  diselesaikan  dengan  metode  pendekatan.  Pendekatan metode  elemen  hingga  adalah  menggunakan  informasi- informasi pada titik simpul ( node ). Dalam proses penentuan titik simpul yang di sebut dengan pendeskritan ( discretization ),  suatu  sistem  dibagi  menjadi  bagian-bagian yang  lebih  kecil,  kemudian  penyelesaian  masalah  dilakukan pada  bagian-bagian  tersebut  dan  selanjutnya  digabung kembali sehingga diperoleh solusi secara menyeluruh [5].
Dalam  pengerjaan  Studi  ini,  digunakan software metode elemen  hingga. Software ini  adalah  program  paket  yang dapat  memodelkan  elemen  hingga  untuk  menyelesaikan masalah  yang  berhubungan  dengan  mekanika,  termasuk  di dalamnya  masalah  static,  dinamik,  analisis  structural  (baik
linier  maupun  nonlinier),  masalah  perpindahan  panas, masalah fluida, dan juga masalah yang berhubungan dengan akustik  dan  elektromagnetik.  Secara  umum  penyelesaian elemen hingga dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:

## 1) Preprocessing: pendefinisian masalah
Langkah  umum  dalam preprocessing terdiri  dari mendefinisikan keypoint/lines/areas/volume, mendefinisikan tipe  elemen  dan  bahan  yang  digunakan/sifat  geometrik,  dan mesh  lines/areas/volumes sebagaimana  yang  dibutuhkan. Jumlah detail yang dibutuhkan akan tergantung pada dimensi daerah yang dianalisis: 1D, 2D, axisymmetric , dan 3D.
2) Solution: assigning loads, constraints, and solving
Di  bagian  ini,  perlu  menentukan  beban  (titik  atau tekanan), constraints  ( translasi  dan  rotasi),  dan  kemudian menyelesaikan hasil persamaan yang telah diset.
3) Postprocessing:  further  processing  and  viewing  of  the results
Dalam  bagian  ini,  pengguna  dapat  melihat:  daftar pergeseran  nodal,  gaya  elemen  dan  momentum, plot deflection ,  dan  diagram  kontur  tegangan  ( stress )  atau pemetaan suhu [6].

## III. METODOLOGI
Pada tahap ini dilakukan pemodelan thermal dan struktur pelat kapal yang akan digunakan untuk analisis menggunakan  metode  elemen  hingga.  Pemodelan  dilakukan secara  global  dengan  menggunakan software  finite  element analysis  (FEA  software). Hasil  dari  pemodelan  ini  adalah untuk  mendapatkan  nilai  deformasi  dan  tegangan  sisa  yang diteliti dengan variasi panjang stopper dan alur las.

## A. Pembuatan Geometri
Geometri  pada  model  dilakukan  dengan  menggunakan sketsa  ( sketch ).  Karena  model  yang  dibuat  lebih  sederhana, maka  hal  pertama  yang  dibuat  adalah  sketsa  pelat  1800  x 6000  mm,  kemudian  dibuat  kampuh  las,  dan  selanjutnya adalah stoppernya.
Gambar 2. Pemodelan Geometri

## B. Meshing
Proses  selanjutnya  adalah  proses meshing. Proses  ini adalah  proses  membagi  keseluruhan  sistem  ke  dalam elemen-elemen  kecil  yang  seragam  dengan  tujuan  agar analisis  menjadi  semakin  detail  pada  keseluruhan  sistem tersebut.
Gambar 3. Hasil Meshing

## C. Pembebanan
Pembebanan  pada  analisis thermal adalah  memasukkan heat  flux dan convection. Proses  ini  dilakukan  sebagai pemodelan  pengelasan. Heat  flux yang  sudah  dihitung sebelumnya  dimasukkan  ke tabular  data  (time) .  Begitu  pun dengan convection. Hasil  dari  analisis thermal adalah temperature minimal dan maksimal yang dihasilkan dari heat flux dan convection .  Sedangkan  untuk  analisis  struktur, beban  yang  diberikan  adalah  hasil  analisis  thermal.  Hasil dari  analisis  struktur  adalah  nilai  deformasi  total  dan tegangan sisa.

## IV. ANALISIS PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Analisis Thermal
Setelah  dilakukan running analisis  thermal  pada  variasi alur  las  persegi  dan  panjang  stopper  200  mm,  didapatkan hasil seperti pada Gambar 4.
Gambar  4.  Hasil  Running  Analisis  Thermal  Variasi  Alur  Las  Persegi  , Panjang Stopper 200 mm
Pada  Tabel  1  adalah  rekap  dari  hasil running analisis thermal  pada  variasi  alur  las  persegi.  Hasil  analisis  berupa temperatur pada tiap panjang stopper.
Tabel 1. Hasil Analisis Thermal Variasi Alur Las Persegi No Jenis Model Temperatur (C) 1 Model 200 mm 1386.5 2 Model 300 mm 1386.5 3 Model 400 mm 1386.6 4 Model 500 mm 1398.8 5 Model 600 mm 1404.2
Berdasarkan  Tabel  1  didapatkan  nilai  temperatur  pada panjang  stopper  200  mm  adalah  1386.5 o C,  pada  panjang stopper 300 mm adalah 1386 o C, pada panjang stopper 400 mm adalah 1386.6 o C, pada panjang stopper 500 mm adalah 1398.8 o C, pada panjang stopper 600 mm adalah 1404.2 o C. Semakin panjang stopper, maka temperatur hasil uji thermal akan semakin besar.

## B. Hasil Analisis Struktur: Deformasi Total
Setelah  dilakukan running analisis  struktur  pada  variasi alur  las  persegi  dan  panjang  stopper  300  mm,  didapatkan nilai deformasi total seperti pada Gambar 5.
Gambar  5.  Hasil  Running  Deformasi  Total  Variasi  Alur  Las  Persegi, Panjang Stopper 200 mm
Pada Tabel 2 adalah rekap dari running analisis struktural pada  variasi  alur  las  persegi.  Hasil  analisis  berupa  besar deformasi total pada tiap panjang stopper.
Tabel 2. Deformasi Total Variasi Alur Las Persegi Panjang Stopper Deformasi Total (mm) Model 200 mm 2.3979 Model 300 mm 2.2563 Model 400 mm 2.2132 Model 500 mm 2.1796 Model 600 mm 1.8805
Gambar 6. Grafik Deformasi Total Variasi Alur Las Persegi
Berdasarkan  Tabel  2  dan  Gambar  6  didapatkan  nilai deformasi total pada variasi panjang stopper 200 mm adalah 2.3979  mm,  pada  variasi  panjang  stopper  300  mm  adalah 2.2563  mm,  panjang  stopper  400  mm  adalah  2.2132  mm, panjang  stopper  500  mm  adalah  2.1796  mm,  panjang stopper  600  mm  adalah  1.8805  mm.  Didapatkan  nilai deformasi  terkecil  pada  variasi  panjang  stopper  600  mm. Dari  hasil  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  panjang stopper,  maka  deformasi  yang  dihasilkan  akan  semakin kecil.

## C. Hasil Analisis Struktur: Von Mises Stress
Setelah  dilakukan running analisis  struktur  pada  variasi alur  las  persegi  dan  panjang  stopper  300  mm,  didapatkan nilai tegangan sisa seperti pada Gambar 7.
Gambar  7.  Hasil  Running  Analisis  Struktur  Tegangan  Sisa  Variasi  Alur Las Persegi, Panjang Stopper 200 mm
Pada Tabel 3 adalah rekap dari running analisis struktural pada  variasi  alur  las  persegi.  Hasil  analisis  berupa  besar tegangan sisa ( von mises stress ) pada tiap panjang stopper.
Tabel 3. Tegangan Sisa Variasi Alur Las Persegi
Panjang Stopper Von Mises Stress (MPa) Model 200 mm 184.82 Model 300 mm 166.32 Model 400 mm 156.66 Model 500 mm 143.11 Model 600 mm 138.29
Gambar 8. Grafik Tegangan Sisa Variasi Alur Las Persegi
Berdasarkan  Tabel  3  dan  Gambar  8  didapatkan  nilai tegangan  sisa  pada  variasi  panjang  stopper  200  mm  adalah 184.82  MPa,  panjang  stopper  300  mm  adalah  166.32  MPa, panjang  stopper  400  mm  adalah  156.66  MPa,  panjang stopper  500  mm  adalah  143.11  MPa,  dan  panjang  stopper 600 mm adalah 138.29 MPa. Didapatkan nilai tegangan sisa terbesar pada variasi panjang stopper 200 mm. Dari hasil ini dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  panjang  stopper,  maka nilai tegangan sisa yang dihasilkan akan semakin kecil. Dari hasil running didapat  tegangan  sisa  pada  variasi  panjang stopper  200  mm  masih  di  bawah yield  stress, maka  stopper paling  optimal  adalah  panjang  stopper  200  mm  dan  tidak perlu dilakukan analisis untuk panjang stopper lebih dari 600 mm.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Deformasi maksimum pada alur las persegi sebesar 2.40 mm  terjadi  pada  variasi  panjang  stopper  200  mm, sedangkan  deformasi  minimum  sebesar  1.88  mm  pada variasi panjang stopper 600 mm.
2. Deformasi  maksimum  pada  alur  las  V  tunggal  sebesar 2.51  mm  terjadi  pada  variasi  panjang  stopper  200  mm,
sedangkan  deformasi  minimum  sebesar  1.76  mm  pada variasi panjang stopper 600 mm.
3. Deformasi maksimum pada alur las V ganda sebesar 2.39 mm  terjadi  pada  variasi  panjang  stopper  200  mm, sedangkan  deformasi  minimum  sebesar  1.87  mm  pada variasi panjang stopper 600 mm.
4. Tegangan  maksimum  pada  alur  las  persegi  sebesar 184.82  MPa  dan  tegangan  minimum  sebesar  138.29 MPa.
5. Tegangan  maksimum  pada  alur  las  V  tunggal  sebesar 169.94  MPa  dan  tegangan  minimum  sebesar  132.88 MPa.
6. Tegangan  maksimum  pada  alur  las  persegi  sebesar 183.35  MPa  dan  tegangan  minimum  sebesar  132.59 MPa.
7. Semakin  besar  ukuran  stopper  maka  semakin  kecil deformasi  dan  tegangan  sisa  yang  dihasilkan,  tetapi melihat  kondisi  di  lapangan  yaitu  semakin  kecil  stopper yang  digunakan  semakin  baik.  Maka  dapat  disimpulkan stopper  paling  optimal  adalah  stopper  dengan  panjang 200 mm.

## B. Saran
1. Jenis  karakteristik  material  yang  digunakan  adalah ASTM  A36.  Dapat  dilakukan  pemodelan  dengan  jenis
material  lain  sehingga  dapat  dibandingkan  hasil analisanya.
2. Perlu  dilakukan  analisa  dengan  variasi  panjang  stopper yang  lebih  beragam  agar  ditemukan  hasil  yang  lebih optimal.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. dan O. Wiryosumarto, Teknologi Pengelasan Logam . Jakarta: Pradnya Paramita, 2000.
[2] Wahyudi, “Studi Pengaruh Sudut Tanggem Terhadap Retak Pada Pengelasan  Butt-Joint  dengan  Las  SMAW,”  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, 1999.
[3] M.  Z.  Morna,  “Analisa  Terbentuknya  Tegangan  Sisa  Dan Deformasi  Pada  Pengelasan  Pipa  Beda  Jenis  Menggunakan Metode Elemen Hingga,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember,
2012.
[4] P.  R.  Pratama,  “Pengaruh Stopper Terhadap Tegangan Sisa dan Deformasi Pada Sambungan Butt Weld Pelat Datar Menggunakan  Metode  Elemen  Hingga,”  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
[5] D.  L.  Logan, A  First  Course  in  The  Finite  Element  Method . Platteville: University of Wisconsin, 2005.
[6] K. N. Hoque, “Analysis of Structural Discontinuities in Ship Hull Using Finite Element Method,” 2013.