## Analisa ketangguhan dan kekerasan pada pengelasan GTAW pelat baja AISI 1050 terhadap pengaruh sudut keruncingan elektroda tungsten
Zulfiadi, Samsul Bahri * , Nurlaili Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Lhokseumawe, 24301, Indonesia * Corresponding author: samsul@pnl.ac.id

## Abstrak
Pengelasan adalah GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) merupakan teknik pengelasan dengan menggunakan Argon sebagai gas pelindung, serta nyala busur listrik yang berasal dari elektroda Tungsten dengan benda kerja. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi sifat fisik dan mekanik suatu bahan setelah proses pengelasan. Pada penelitian ini, berfokus pada pengaruh variasi sudut keruncingan elektroda tungsten terhadap ketangguhan, kekerasan dan struktur makro baja AISI 1050. Proses las dilakukan dengan memvariasikan sudut keruncingan elektroda tungsten (Ewth-2) 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0 dengan arus pengelasan 120 A dengan menggunakan filler AWS A5. 18 ER70S-G pada pelat dengan ketebalan 10 mm. Berdasarkan hasil struktur makro didapati bahwa semakin kecil sudut keruncingan elektroda tungsten yang digunakan menghasilkan  lebar lasan semakin melebar. Nilai impak tertinggi adalah sebesar 3,71 Joule/mm 2 dengan sudut keruncingan elektroda tungsten 15 derajat, dan menunjukkan bahwa semakin kecil sudut keruncingan elektroda tungsten maka semakin besar harga nilai impak yang diperoleh. Sedangkan untuk hasil uji kekerasan didapatkan nilai kekerasan  tertinggi  48,60  HRC  pada  bagian  HAZ  dengan  sudut  keruncingan  elektroda  tungsten  60  derajat,  dan cenderung sama untuk semua sudut keruncingan elektroda tungsten.
Kata kunci : Pengelasan GTAW, keruncingan elektroda tungsten, struktur makro ketangguhan, kekerasan.

## Analysis of toughness and hardness on GTAW welding of AISI 1050 steel plate on the effect of taper angle of tungsten electrode

## Abstract
Welding is GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) is a welding technique using Argon as a protective gas, as well as an electric arc flame originating from Tungsten electrodes with the workpiece. There are several factors that affect the physical and mechanical properties of a material after the welding process. This  study focuses on the effect of the tungsten  electrode  taper  angle  variation  on  the  toughness,  hardness  and  macrostructure  of  AISI  1050  steel.  The welding process is carried out by varying the tungsten electrode taper angle (Ewth-2) 150, 300, 600 and 900 with a welding current of 120 A with using AWS A5 fillers. 18 ER70S-G on a plate with a thickness of 10 mm. Based on the results of the macro structure, it was found that the smaller the taper angle of the tungsten electrode used, the wider the width of the weld. The highest impact value is 3.71 Joule/mm2 with a taper angle of 15 degrees for the tungsten electrode, and it shows that the smaller the taper angle of the tungsten electrode, the greater the impact value obtained. As for the hardness test results, the highest hardness value was 48.60 HRC in the HAZ section with a tungsten electrode taper angle of 60 degrees, and tended to be the same for all tungsten electrode taper angles. Keywords: GTAW welding, tungsten electrode tapering, toughness macro structure, hardness

## 1 Pendahuluan
Baja  AISI  1050  merupakan  baja  yang  banyak digunakan  dalam  proses  pembuatan  peralatan  rumah tangga dan perkakas pertanian seperti pisau, clurit dan cangkul  yang  pada  aplikasinya  sering  mengalami gesekan  dan  tekanan.  Proses  pengelasan  banyak digunakan dalam bidang manufaktur (fabrikasi) dalam aplikasi engineering ,  misalnya  untuk  pesawat  terbang, otomotif,  dan  industri  perkapalan,  maka  ketahanan terhadap tekanan dan kekerasan sangat diperlukan[1][2].
Pengelasan  GTAW  ( Gas  Tungsten  Arc  Welding ) atau  sering  juga  disebut Tungsten  Inert  Gas (TIG)
merupakan proses pengelasan menggunakan panas dari busur  listrik  yang  terbentuk  antara  elektroda tungsten yang  tidak  terumpan  dengan  menggunakan  gas pelindung[2],  umumnya argon atau helium sebagai pelindungan  terhadap  pengaruh  udara  luar,  sehingga tidak  menghasilkan  terak  (kotoran  las)  dan  bebas  dari terbentuknya percikan las[3][4]
Beberapa faktor yang mempengaruhi sifat mekanik hasil  lasan  berupa  penentuan  parameter  dalam  proses pengelasan yaitu kuat arus, tegangan, pemilihan logam pengisi  ( filler )  dan  tegangan  busur.  Salah  satu  faktor yang  mempengaruhi  tegangan  busur  adalah  bentuk ujung  dari  elektroda  tungsten.  Bentuk  ujung  yang
runcing  dan  tumpul  menghasilkan  karakteristik  yang berbeda[5]. Oleh karenanya diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui sejauh mana pengaruh tersebut tehadap sifat mekanik[6].
Berdasarkan  penelitian  yang  pernah  dilakukan tentang GTAW[7]–[9] terutama tentang pengaruh sudut keruncingan elektrode tungsten (20 0 , 40 0 dan 60 0 ) pada proses  GTAW  terhadap  lebar  dan  penetrasi  GTAW dressing ,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  sudut keruncingan tungsten 40 derajat menghasilkan penetrasi yang  dalam  dan  lebih  lebar  las  nya  dikarenakan  busur arc yang di hasilkan lebih besar yang berdampak pada penetrasi dan lebar lasan juga[10].
Berdasarkan hal tersebut, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi keruncingan sudut elektroda tungsten 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0 terhadap ketangguhan,  kekerasan  dan  struktur  makro  hasil sambungan pengelasan pengelasan GTAW.

## 2 Metode Penelitian
Bahan  yang digunakan dalam  penelitian  ini  adalah plat baja AISI 1050, elektroda jenis tungsten (Ewth-2) dengan kerucingan sudut 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0

## 2.1. Proses Pengelasan
Sebelum proses pengelasan dimulai, plat baja AISI 1050  yang  sudah  dibuat  kampuh  las  tersebut  harus dibersihkan dari kotoran seperti debu, minyak, oli atau gemuk,  karat,  air  dan  lain  sebagainya  untuk menghindari terjadinya cacat las. Selanjutnya plat baja AISI 1050 dilas dengan las GTAW (Gas Tungsten Arc Welding ) dengan prosedur posisi pengelasan di bawah tangan  ( Down  Hand ).  Prosedur  dan  cara  pengelasan yang  sesuai  serta  berdasarkan  parameter-parameter yang  sudah  ditentukan  yaitu.  Prosedur  dan  cara pengelasan  yang  sesuai  serta  berdasarkan  parameter- parameter yang sudah ditentukan yaitu :
1. Pengelasan kampuh V tunggal
2. Arus pengelasan 120 A
3. Elektroda jenis tungsten (Ewth-2) dengan kerucingan sudut 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0 4. Gas argon
Berikut  adalah  tahapan  proses  pengelasan  GTAW (Gas Tungsten Arc Welding )
1. Permukaan benda kerja dibersihkan dengan  cara di amplas, yang berguna untuk menghilangkan oksida pada baja karbon rendah.
2. Mempersiapkan  semua  peralatan  yang  akan digunakan, seperti bahan tambah ( filler ) yang sesuai dengan bahan induknya. Untuk baja karbon rendah filler yang digunakan yaitu AWS A5. 18 ER70S-G.
3. Kemudian  setelah  semua  bahan  dan  alat  sudah disiapkan, letakkan bahan material ke meja kerja dan posisikan benda kerja dengan posisi sambungan butt joint dan kampuh V tersebut. Kemudian menyalakan
mesin  pengelasan  dan  atur  pengeluaran  konsumsi gas argon yang akan digunakan.
Gambar 1 . Proses pengelasan
4. Pada waktu akan dilakukan pengelasan dengan arus pengelasan  sebesar  120  Ampere  untuk  masing- masing variasi kerucingan sudut elektroda tungsten 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0

## 2.2. Proses Pengujian
Setelah  proses  pengelasan  langkah  selanjutnya adalah  proses  pengujian  impak  menggunakan  standar ASTM  E-23.  Kemudian  dilanjutkan  dengan  pengujian kekerasan  menggunakan  alat  uji  kekerasan Rockwell . Titik pengujian kekerasan seperti Gambar 2
Gambar 2 . Lokasi titik uji kekerasan
3 Hasil dan Pembahasan
3.1. Pengelasan
Proses pengelasan yang digunakan adalah GTAW (Gas Tungsten Arc Welding ). Proses pengelasan GTAW pada  baja  AISI  1050  menggunakan  arus  120  Ampere dengan  memvariasikan  sudut  keruncingan  elektroda tungsten  (Ewth-2)  15 0 ,  30 0 ,  60 0 dan  90 0 ,  dengan diameter elektroda tungsten (Ewth-2) 1,6 mm. Adapun variasi sudut keruncingan elektroda tungsten (Ewth-2), sebagaimana terlihat pada Gambar 3
Gambar  3. Variasi  sudut  keruncingan  elektroda tungsten (Ewth-2)
Setelah  dilakukan  pembuatan  keruncingan  sudut elektroda tungsten (Ewth-2) maka dilakukan pengelasan pada  baja  AISI  1050  dengan  menggunakakan  arus pengelasan 120 A. adapun hasil pengelasan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil pengelasan

## 3.2. Pengukuran Lebar dan Kedalaman Lasan
Pengukuran lebar dan kedalaman hasil pengelasan dilakukan berdasarkan pengamatan strutuk makro yang dihasilkan.  Pengukuran  penetrasi  dilihat  pada  profil lasan  dari  permukaan base  metal hingga fusion  line bagian  bawah  spesimen  lalu  di  ukur  dengan  mistar sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar  5 .  Struktur  makro  pada  keruncingan  sudut elektroda tungsten (a) 15⁰, 30⁰, 60⁰ dan 90⁰
Hasil pengukuran lebar dan kedalaman lasan yang dihasilkan sebagaimana ditabulasikan pada tabel 2.
Tabel 1. Hasil pengukuran lebar dan kedalaman lasan Sudut keruncingan elektroda tungsten (⁰) Lebar lasan (mm) Kedalaman lasan (mm) 15 24 10 30 19 10 60 16 10 90 19 10
Berdasarkan  pengukuran  hasil  lasan  yang diperoleh  diatas,  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin kecil  sudut  keruncingan  maka  semakin  lebar  hasil pengelasan. Hal ini terlihat jelas pada sudut keruncingan elektroda tungsten 15 derajat sementara itu, untuk sudut keruncingan  elektroda  tungsten  90  derajat,  hasil pengelasan  tidak  terlalu  lebar  hal  ini  disebabkan  oleh tumpulnya sudut elektroda tungsten.
Semakin  dalam  penetrasi  yang  dihasilkan,  maka dapat  dikatakan  semakin  baik  hasil  pengelasannya. Dalamnya daerah penetrasi ini mengindikasikan logam las dan logam induk menyatu dengan baik.

## 3.3. Pengujian Impak
Perbandingan  harga  impak  dengan  variasi  sudut keruncingan  elektroda  tungsten  (Ewth-2)  15 0 ,  30 0 , 60 0 dan 90 0 terhadap hasil pengelasan GTAW pada material baja AISI 1050 dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar  6 .  Pengaruh  variasi  keruncingan  sudut elektroda  tungsten  (Ewth-2)  terhadap  nilai  rata-rata impak
Dari Gambar  6 dapat di simpulkan nilai rata-rata impak  tinggi  pada  material  baja  AISI  1050  dengan pengelasan  GTAW  (Gas Tungsten  Arc  Welding )  yaitu pada  sudut  keruncingan  15 0 sebesar  3,71  Joule/mm 2 .
3.71 3.56 3.55 3.1 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 15 30 60 90 Nilai rata -r ata h ar g a im p ak (J o u le/m m 2 ) Sudut keruncingan elektroda  tungsten (⁰) Weldmetal HAZ
basemetal
Sedangkan  nilai  rata-rata  impak  terendah  pada  sudut keruncingan 90 0 sebesar  3,10 Joule/mm 2 . Pada keruncingan sudut elektroda tungsten (Ewth- 2) 15 0 nilai rata-rata impak sebesar 3,71 Joule/mm 2 , hal ini  dikarenakan  penetrasi  yang  dalam  serta  arus pengelasan  yang  digunakan  mampu  menghasilkan karanteristik  busur  las  yang  panjang  sehingga mengghasilkan  nilai  rata-rata  impak  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  keruncingan  sudut  elektroda tungsten (Ewth-2) 30 0 , 60 0 dan 90 0 . Sedangkan  pada  keruncingan  sudut  elektroda tungsten (Ewth-2) 90 0 nilai rata-rata impak sebesar 3,10 Joule/mm 2 mengalami penurunan dari sudut 30 0 dan 60 0 hal  ini  dikarenakan  penembusan  hingga  kedasar sambungan  cenderung  dangkal  yang  disebabkan  oleh panas yang diberikan dengan disertai sudut yang besar sehingga  mempengaruhi  karakteristik  busur  las  yang dihasilkan  dalam  arti  dengan  sudut  elektrode  90 0 (cenderung  mendekati  tumpul)  akan  berdampak  busur yang  kurang  terpusat  kearah  sambungan  sudut  untuk pengelasan baja AISI 1050.
Dengan  demikian  dapat  disimpulkan  bahwa  nilai rata-rata impak hasil pengelasan baja AISI 1050 dengan variasi  sudut  keruncingan  elektroda  tungsten (Ewth-2) 15 0 ,  30 0 ,  60 0 dan  90 0 yang  terbaik  adalah  sudut  15 0 dikarenakan penetrasi yang dalam sehingga menghasilkan nilai impak yang tinggi.
Data dari hasil penelitian diketahui ada perbedaan nilai  ketangguhan  dari  pengaruh  variasi  sudut keruncingan  elektroda  tungsten  (Ewth-2)  15 0 ,  30 0 , 60 0 dan  90 0 dengan  arus  pengelasan  120  Ampere,  adapun hasil patahan dari uji impak dengan sudut keruncingan elektroda  tungsten  (Ewth-2)  15 0 dan  90 0 ,  sebagaimana terlihat pada Gambar 7.
(a) (b)
Gambar  7 .  Hasil  patahan  dengan  sudut  keruncingan elektroda tungsten (Ewth-2 (a) 15 0 dan (b) 90 0
Gambar  7  menunjukkan  bawah  dari  pengujian yang dilakukan hasil patahan pada spesimen uji impak dengan sudut keruncingan elektroda tungsten (Ewth-2) 15 0 dan 90 0 , dengan arus pengelasan 120 ampere, maka diketahui harga impak dari kedua sudut tersebut secara berurutan sebesar 3,71 joule/mm² dan 3,10 joule/mm², dimana  pada  sudut  keruncingan  elektroda  tersebut material terjadi patahan ulet.
Sedangkan  untuk  hasil  patahan  dengan  sudut keruncingan  elektroda  tungsten  (Ewth-2)  30 0 dan  60 0
dengan  arus  pengelasan  120  ampere,  sebagaimana terlihat pada Gambar 8.
(a)
(b)
Gambar  8. Hasil  patahan  dengan  sudut  keruncingan elektroda tungsten (Ewth-2) (a) 30 0 dan (b) 60 0
Dari Gambar 8 memperlihatkan hasil patahan pada pengelasan  AISI  1050  dengan  sudut  keruncingan elektroda  tungsten  (Ewth-2)  30 0 dan  60 0 ,  dengan menggunakan  arus  pengelasan  120  ampere,  maka diketahui harga impak dari kedua sudut tersebut secara berurutan sebesar 3,56 joule/mm² dan 3,55 joule/mm², dimana  pada  sudut  keruncingan  elektroda  tersebut material  terjadi  patahan  campuran.  Patahan  campuran adalah  gabungan  patahan  getas  dan  patahan  liat  pada permukaan patahan kusam dan sedikit berserat. Adapun ciri-ciri bentuk patahan campuran merupakan kombinasi  antara  patah  ulet  dan  patah  getas,  yang memperlihat  ciri  perpatahan  dari  keduanya.  Dari gambar  7  diatas  menunjukkan  adanya  lubang-lubang dimple sebagai ciri perpatahan ulet dan pada bagian lain terjadi  pembelahan  (halus  dan  datar)  sebagai  ciri perpatahan getas.

## 3.4. Pengujian Kekerasan
Nilai rata-rata kekerasan dapat ditunjukkan secara detail melalui grafik pada Gambar 9.
Gambar  9. Pengaruh  keruncingan  sudut  tungsten terhadap nilai kekerasan
0 10 20 30 40 50 60 15 30 60 90 tanpa las Nila i ar at -r ata k ek er a sa n (H RC) Keruncingan sudut tungsten (⁰) las HAZ Base
Gambar  9  memperlihatkan  perbandingan  hasil pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  indentasi  pada area  base,  las,  dan  HAZ  dengan  masing-masing  lima titik indentasi dengan jarak antara satu titik dengan titik lainnya adalah 5 mm dan metode pengujian kekerasan yang  digunakan  adalah  Rockwell  C.  Nilai  kekerasan pada area base cenderung tetap karena tidak terpengaruh akibat  temperatur  pada  saat  terjadinya  proses pengelasan.  Sedangkan  nilai  kekerasan  tertinggi terdapat pada area las, yaitu sebesar 41,61 HRC dengan keruncingan sudut elektroda tungsten 30 0 .
Sedangkan  untuk  nilai  rata-rata  kekerasan tertinggi  dari  ketiga  lokasi  titik  pengujian  terjadi  di daerah HAZ dengan variasi sudut kerucingan elektroda tungsten 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0 Hal ini di pengaruhi oleh panas  yang  diterima  pada  saat  terjadinya  pengelasan untuk  setiap  variasi  keruncingan  sudut  elektroda tungsten sehingga berdampak pada nilai kekerasan.

## 4  Kesimpulan
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  setelah  melakukan analisa hasil uji mekanik pada pengelasan GTAW pelat baja AISI 1050 ketabalan 10 mm dengan aruas 120 A terhadap  pengaruh  keruncingan  sudut  elektroda tungsten (Ewth-2)  berdiameter 1,6 mm dan filler yang digunakan yaitu AWS A5. 18 ER70S-G adalah semakin kecil  sudut  keruncingan  elektroda  tungsten  yang digunakan menghasilkan  lebar lasan semakin melebar. Nilai  impak  tertinggi  terjadi  pada  sudut  keruncingan elektroda  tungsten  15 0 sebesar  3,71  Joule/mm 2 , dibandingkan  dengan  sudut  keruncingan  90 0 sebesar 3,10  Joule/mm 2 .  Semakin  besar  sudut  keruncingan elektroda  tungsten  maka  semakin  rendah  nilai  harga impak yang diperoleh. Nilai kekerasan cenderung sama untuk  semua  sudut  keruncingan  tungsten  yang divariasikan, berkisar 39 HRC pada daerah lasan dan 48 HRC pada daerah HAZ. Kekerasan tertinggi dari ketiga lokasi  titik  pengujian  terjadi  di  daerah  HAZ  dengan variasi sudut kerucingan elektroda tungsten 15 0 , 30 0 , 60 0 dan 90 0 Hal ini di pengaruhi oleh panas yang diterima pada  saat  terjadinya  pengelasan  untuk  setiap  variasi keruncingan  sudut  elektroda  tungsten  sehingga berdampak  pada  nilai  kekerasan  tertinggi  pada  daerah HAZ.

## Referensi
[1] K. Sripriyan and M. Ramu, “EVOLUTION OF ELECTRODE  GEOMETRY  SHAPE  AND THEIR  WELD  QUALITY  IN  FCAW,” Ann. Fac.  Eng.  Hunedoara ,  vol.  15,  no.  3,  p.  107,
2017.
[2] G. T. Arc, “Guidelines For Gas Tungsten Arc Welding (GTAW).”
[3] T. Sugiarto, “Analisis Uji Ketahanan Lelah Baja Karbon  Sedang  Aisi  1045  Dengan  Heat Treatment  (Quenching)  Dengan  Menggunakan Alat Rotary Bending,” J. Ilm. Tek. Mesin , vol.
1, no. 3, 2013.
[4] B.  I.  Ramadhan,  “Pengaruh  Polaritas  Arus Listrik terhadap Sifat Mekanik Sambungan Las
Baja  Karbon  Rendah  (Mild  Steel)  AISI  1008 pada  Pengelasan  GTAW  (Gas  Tungsten  Arc Welding).” Universitas
Muhammadiyah Surakarta, 2020.
[5] W.  H.  Minnick  and  M.  A.  Prosser,  “Gas Tungsten  Arc  Welding  Handbook,  The Goodheart-Willcox  Company,” Inc.,  Tinley Park. , 2016.
[6] V.  A.  Setyowati  and  S.  Suheni,  “VARIASI ARUS  DAN  SUDUT  PENGELASAN  PADA MATERIAL AUSTENITIC STAINLESS
STEEL 304 TERHADAP KEKUATAN TARIK  DAN  STRUKTURMAKRO,” J. IPTEK ,  vol.  20,  no.  2,  p.  29,  Dec.  2016,  doi: 10.31284/j.iptek.2016.v20i2.40.
[7] W.  Chuaiphan,  S.  Chandra-Ambhorn,  S. Niltawach, and B. Sornil,  “Dissimilar welding between AISI 304 stainless steel and AISI 1020 carbon steel plates,” in Applied Mechanics and Materials , 2013, vol. 268, no. PART 1, pp. 283– 290,
doi:
10.4028/www.scientific.net/AMM.268-
270.283.
[8] P. P. Thakur and A. N. Chapgaon, “A review on effects of GTAW process parameters on weld,” IJRASET , vol. 4, pp. 136–140, 2016.
[9] G. de Simas Asquel, A. P. S. Bittencourt, and T. V.  da  Cunha,  “Effect  of  welding  variables  on GTAW arc stagnation pressure,” Weld. World , vol. 64, pp. 1149–1160, 2020.
[10] M.  Ridho,  N.P.  Ariyanto  and  N.  Pamungkas, “Pengaruh  Sudut  Keruncingan  Elektrode Tungsten  Proses  GTAW  Terhadap  Lebar  Dan Penetrasi  GTAW  Dressing,” Polytechnics Mechanical Engineering Study Program , Batam,
2019