P-ISSN: 2714-621X

## MECHANICAL PROPERTIES OF REPAIR WELDING HIGH YIELD STRENGTH STRUCTURAL STEEL S690Q
(SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN LAS HASIL REPAIR BAJA STRUKTUR

## HIGH YIELD STRENGTH S690Q)
Hendri Budi Kurniyanto 1* , Diki Hadi Pratama 2 , Imam Khoirul R 1 , M. Thoriq Wahyudi 1 , Mukhlis 1
1 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
2 PT. Inka Multi Solusi *Corresponding author: hendribudi@ppns.ac.id

## ABSTRACT
Repeated welding caused by welding defects in the weld joint will result in changes in the mechanical properties of the weld joint, especially in the Heat Affected Zone (HAZ). Significant changes will occur when welding on steel materials that have undergone special treatment during the manufacturing process, such as quenched and tempered S690Q steel. S690Q steel is a structural steel with high yield strength with  quenched  and  tempered  conditions.  The  research  was  conducted  by  doing repeated welding as a simulation of the repair process using the GMAW process. Macro  observations  as  well  as  tensile,  bending,  hardness,  toughness  tests  were carried  out  on  cross  sections  of  welded  joints.  From  the  results  of  all  the  tests carried out the results meet the requirements of the BS EN ISO 15614-1 standard, but the results of the hardness test can identify significant changes in mechanical properties in the HAZ, especially in the bottom or root pass and hot pass areas. The average hardness value decreased from 334.07 HV at the top (face) to 209.55 HV and 198.88 HV at the bottom (hot pass and root pass) on the left side of the HAZ. While on the right side of the HAZ, the hardness value is 337.40 HV to 254.34 HV and 208.64 HV.
Keywords: HAZ, S690Q, Structural Steel, Quenched and Tempered Steel

## ABSTRAK
Pengelasan berulang yang disebabkan oleh adanya cacat las pada sambungan las akan  mengakibatkan  perubahan  sifat  mekanik  pada  sambungan  las  khususnya pada  daerah  Heat  Affected  Zone  (HAZ).  Perubahan  signifikan  akan  terjadi  jika pengelasan  pada  material  baja  yang  mengalami  perlakuan  khusus  saat  proses pembuatannya,  misalnya  baja  quenched  and  tempered  S690Q.  Baja  S690Q merupakan  baja  struktur  dengan  kekuatan  yield  yang  tinggi  dengan  kondisi quenched  and  tempered.  Penelitian  dilakukan  dengan  melakukan  pengelasan berulang  sebagai  simulasi  proses  repair  menggunakan  proses  GMAW. Pengamatan  makro  serta  pengujian  tarik,  bending,  kekerasan,  ketangguhan dilakukan  pada  potongan  melintang  sambungan  las.  Dari  hasil  semua  hasil pengujian  yang  dilakukan  hasilnya  memenuhi  persyaratan  standar  BS  EN  ISO 15614-1  namun  pada  hasil  uji  kekerasan  dapat  diidentifikasi  perubahan  sifat mekanik yang signifikan pada daerah HAZ khususnya bagian bawah atau area root
pass  dan  hot  pass.  Nilai  kekerasan  rata-rata  turun  dari  dari  334,07  HV  pada bagian atas (face) menjadi 209,55 HV dan 198,88 HV pada bagian bawah (hot pass dan  root  pass)  pada  HAZ  sisi  kiri.  Sedangkan  pada  HAZ  sisi  kanan  dari  nilai kekerasan 337,40 HV menjadi 254,34 HV  dan 208,64 HV.
Kata Kunci: HAZ, S690Q, Structural Steel, Quenched and Tempered Steel

## PENDAHULUAN
Material-material  dengan  kekuatan yang tinggi akan cenderung membutuhkan perlakuan khusus untuk  mendapatkan  kualitas  hasil pengelasan  yang  baik.  Perlakuan khusus  yang  dimaksud  meliputi variabel-variabel  seperti  pemanasan awal  dan  akhir,  temperatur  interpass dan  parameter  las  khususnya  heat input.  Oleh  karena  itu  akan  selalu diperlukan  suatu  dokumen  prosedur pengelasan  yang  terkualifikasi.  Di dalam  suatu  kontrak  pembangunan konstruksi kereta api yang difabrikasi oleh PT Inka Multi Solusi, salah satu komponen  pada  bagian under  frame menggunakan  material  baja  struktur dengan  kuat  luluh  yang  tinggi  yaitu S690Q. Secara umum sebelum pembangunan  suatu  konstruksi  yang melibatkan adanya proses pengelasan dilaksanakan,  perlu  adanya  satu dokumen  tertulis  yang  dibuat  dan digunakan  sebagai  pedoman  tertulis bagi  juru  las  dalam  melakukan pekerjaannya yaitu WPS-PQR. Dokumen  ini  dibuat  mengacu  pada standar  tertentu  sesuai  dengan  ruang lingkup  suatu  konstruksi.  Dalam penelitian ini prosedur dibuat berdasarkan  standar  BS  EN  ISO 15614-1:2017.
Dalam  pembuatan  WPS-PQR semua  parameter  yang  digunakan dalam  proses  pengelasan  akan  diuji baik uji merusak (DT) maupun tidak merusak (NDT) apakah dapat
menghasilkan  sambungan  las  yang memenuhi  persyaratan  standar.  Jika telah  teruji  maka  dokumen  tersebut diakui dan disahkan sebagai pedoman bagi juru las.

## METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan melakukan pengelasan berulang dengan jumlah pengulangan sebanyak 3x  pada  plat  S690Q  tebal  25  mm menggunakan  proses  GMAW  filler metal  ER  120S-G  diameter  1,2  mm. jenis polaritas yang digunakan adalah DC+  dengan  menggunakan short circuit metal transfer untuk pengelasan  bagian root  pass dan spray metal transfer untuk pengelasan fill hingga cover pass . Gas pelindung  yang  digunakan  adalah campuran  Ar  82%  +  CO2  18% dengan  kecepatan  aliran  15  L/menit. Sebelum pengelasan dilakukan pemanasan  awal  100 o C  dan  selama pengelasan  berlangsung  suhu  antar pass maksimal 200 o C.
Setelah pengelasan selesai,
deposit  logam  las  dibuang  hingga tersisa deposit root pass pembuangan ini dilakukan dengan asumsi terdapat cacat  las  dan  dilakukan  pengelasan ulang.  Diagram  alir  penelitian  dapat dilihat  pada  Gambar  1.    Pengujian dilakukan  dengan  memotong test piece menjadi  spesimen  uji, dibuat 2 spesimen  uji  tarik,  4  spesimen  uji bending, 6 spesimen uji impak dan 1 spesimen  untuk  pegamatan  makro dan  uji  kekerasan.  Ketentuan  jumlah
spesimen  untuk  masing-masing  jenis pengujian tidak sama hal ini mengacu pada  standar  BS  EN  ISO  15614- 1:2017. Pengelasan dilakukan dengan menggunakan  mesin  las  OTC  350, desain  sambungan  dan  urutan  las seperti  pada Gambar 2,  terdiri  atas 6 layer dan 9 pass.
Deposit nomor 1  adalah root pass, deposit nomor 2 hingga nomor
6 adalah fill pass, sedangkan deposit
nomor 7 hingga 9 adalah cover pass. Proses  pengelasan test  piece dengan posisi  las flat dapat  dilihat  pada Gambar  3.  Parameter  pengelasan yang  diaplikasikan  disajikan  dalam
Tabel 1. Uji tarik dilakukan berdasarkan standar ISO 4136 menggunakan mesin UTM Shimadzu UH-600kNI,  uji  bending  dilakukan berdasarkan standar ISO 5173 menggunakan  mesin  UTM  Wolpert TUZ-100kN  dengan  diameter  bend former  38  mm,  uji  impak  dilakukan berdasarkan standar ISO 9016
menggunakan charpy  impact  tester Wolpert  PW  15L  800  mm,  dengan posisi notch di  daerah  HAZ  dan logam  las.  sedangkan  uji  kekerasan
Vickers dilakukan berdasarkan
standar  ISO  9015-1  menggunakan Vickers hardness tester Future- Tech FLC-50VX.
Pengujian  kekerasan  dilakukan sebanyak  45  indentasi  pada  daerah logam induk, HAZ dan logam las dan pada  posisi  atas  ( face ),  tengah,  dan bawah ( root ).
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Gambar  2.  Desain  sambungan  dan urutan deposit las
Gambar 3. Pengelasan test piece

## Tabel 1 Parameter pengelasan
Pa ss Ar us (A) Tegan gan (V) Kec. Las (cm/me nit) Heat Input (J/cm) 1 110 17,6 12 9680
2 263 31,5 40 12427 3 263 31,5 32 15533
4 273 32 25.6 20475 5 263 31,5 40 12427 6 263 31,5 40 12427 7 263 31,5 32 15533
8 263 31,5 32 15533
9 263 31,5 32 15533

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Uji Tarik
Hasil  pengujian  uji  tarik  transversal menunjukkan  kekuatan  tarik  dari sambungan las hasil 3x proses repair rata-rata  sebesar  787,81  MPa,  lokasi patahan terjadi di logam induk dengan pola  patahan  ulet.  Nilai  ini  masih melebihi batas  persyaratan minimum 770  MPa.  Dengan  hasil  ini  maka proses repair berulang  hingga  3x proses  masih  memungkinkan  untuk dilakukan  karena  masih  memenuhi persyaratan  BS  EN  ISO  15614- 1:2017.
Meskipun demikian Song (2021) menyatakan  bahwa  ketika  material quenched and tempered telah terekspos panas melebihi 600 o C maka akan  mengalami  penurunan  nilai kekuatan  tarik  karena  fenomena pelunakan telah terjadi ketika
temperatur pemanasan melebihi temperatur tempering.  Qiang (2012)
menyatakan  bahwa  tipe  atau  pola
patahan baja kuat tarik tinggi S690Q pada berbagai temperatur menunjukkan  patahan  ulet  karena terjadi necking sebelum  patahan terjadi. Hasil uji tarik sambungan las baja S690Q dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah ini.
Tabel  2  Hasil  Uji  Tarik  Sambungan Las
Spes ime n CSA (mm 2 ) Beban (kN) Kekuat an (MPa) 1 618,75 483,86 782,00 2 597,71 474,36 793,62 Rata-rata 787,81

## Hasil Uji Bending
Uji bending dilakukan dengan metode transversal  side  bend .  Uji  bending sambungan  las  merupakan  uji  yang bersifat  kualitatif  untuk  mengetahui keuletan  dan  ada  tidaknya  cacat sambungan  las.  Dari  ke-4  spesimen yang diuji, sambungan las menunjukkan  keuletan  yang  baik akan  tetapi  terdapat  cacat  pada  salah satu spesimen uji berupa retak dengan ukuran  3  mm  yang  disebabkan  oleh adanya lack of inter run fusion . Hasil ini masih memenuhi persyaratan standar yang menyatakan tidak diperbolehkan adanya
imperfection melebihi  3  mm.    Hasil uji bending dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil uji bending menunjukkan  adanya  retak  pada spesimen ke-2.

## Hasil Pengamatan Makro
Pengamatan  struktur  makro  bersifat kualitatif,  dilakukan  dengan  tujuan melihat  profil  melintang  sambungan las dan melihat ada tidaknya cacat las secara  acak  dilokasi  tertentu  yang rawan  untuk  terjadi  misalnya  di  area stop-start deposit pengelasan. Pengamatan makro dilakukan berdasarkan standar ISO 17639. Dari hasil  pengamatan  tidak  ditemukan adanya  cacat  las.  Foto  makro  dari sambungan  las  dapat  dilihat  pada Gambar 5 di  bawah ini.  Area di  atas garis  putus-putus  merupakan  area deposit  logam  las  berulang  (proses repair ).  Sehingga  dapat  di  nyatakan bahwa area HAZ pada bagian bawah merupakan daerah yang paling
banyak  menerima  pengaruh  siklus panas yang berulang.
Gambar  5.  Hasil  uji  pengamatan struktur  makro  sambungan  las  hasil repair

## Hasil Uji Impak
Ketangguhan  hasil  pengelasan  3x repair di daerah HAZ dan logam las material  S690Q  pada  temperatur  - 10 o C masih cukup tinggi. Pada daerah HAZ  rata-rata  nilai  ketangguhan sebesar  142,67  J  sedangkan  pada daerah  logam  las  sebesar  84  J.  nilai tersebut masih melebihi nilai persyaratan minimal yaitu sebesar 35 J  nilai  ketangguhan  disajikan  pada Tabel 3 di bawah ini. Pola permukaan patahan spesimen  impak  di  daerah  HAZ menunjukkan  pola  patahan  ulet ditandai  dengan  adanya shear  lips , torn  surface ,  adanya  ekspansi  lateral (deformasi)  yang  besar.  Sedangkan pola  permukaan  patahan  spesimen impak di daerah logam las menunjukkan pola patahan kombinasi ulet-getas,  hal  ini  di  tandai  adanya shear lips, torn surface dan crystaline surface dan  sedikit  adanya  ekspansi lateral.  Morfologi  patahan  ini  dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Tabel 3. Hasil Uji Charpy Impact
Spe sim en Lokasi Notch Energi Impak (J) Rata- rata (J) W1 WM 86 84,00 W2 WM 81 W3 WM 85 H1 HAZ 147
142,67 H2 HAZ 147 H3 HAZ 134
Gambar  6.  Hasil  uji  ketangguhan impak daerah logam las
Gambar  7.  Hasil  uji  ketangguhan impak daerah HAZ

## Hasil Uji Kekerasan
Uji  kekerasan  merupakan  pengujian yang sangat akurat untuk memetakan sifat  mekanik  pada  area  yang  sangat spesifik.  Dengan  pengujian  ini  dapat diketahui  distribusi  dan  perubahan sifat terutama kekerasan dan kekuatan suatu  daerah  tertentu  yang  telah mengalami  perubahan  akibat  siklus panas yang berulang karena proses 3x repair . Dari hasil uji kekerasan pada Tabel  4  terdapat  pengaruh  yang sangat signifikan, di daerah HAZ.
HAZ  sisi  kiri  terjadi  penurunan nilai  kekerasan  rata-rata  dari  334,07 HV menjadi 209,55 HV untuk bagian tengah  dan  198,88  HV  pada  bagian bawah  (akar  las).  Pada  HAZ  sisi kanan dari nilai kekerasan 337,40 HV menjadi  254,34  HV  bagian  tengah dan  turun  menjadi  208,64  HV  pada bagian  bawah  (akar  las).  Penurunan
nilai  kekerasan  ini  juga  terjadi  pada daerah  logam  las  namun  tidak signifikan karena daerah logam las di atas root  pass merupakan  hasil deposit filler  metal baru  yang  tidak terlalu banyak mengalami pemanasan berulang,  pemanasan  hanya  didapat dari  deposit  las  di  atasnya.  Berbeda dengan  daerah  HAZ  yang  menerima panas  dari  pengelasan  3x  proses ditambah dengan panas akibat deposit multipass logam las. Penurunan  nilai  kekerasan  ini merupakan  indikator  bahwa  telah terjadi  penurunan  kekuatan  pada daerah HAZ akibat siklus panas yang berulang  akibat  proses  repair.  Baja S690Q merupakan baja yang mempunyai  struktur fine  grain , struktur  ini  kemungkinan  besar  telah berubah atau terjadi grain growth dan perubahan fase akibat panas berulang yang  diterima  daerah  HAZ  bagian bawah lebih banyak dibanding daerah lainnya.  Panas  yang  diterima  tidak hanya dari proses pengulangan repair, tetapi  juga  dari  proses  deposit  las pada layer atau pass di atasnya.
Chen  (2018)  menyatakan  bahwa terjadi  perubahan  dari  fasa  keras martensit  menjadi  fasa-fasa  yang lebih lunak yaitu ferit, perlit maupun cementit  akibat  terekspos  panas  las yang yang mencapai temperatur kritis atas  A3  maupun  temperatur  kritis bawah  A1.  Faktor  inilah  yang menjadi penyebab terjadinya
penurunan  nilai  kekerasan  yang signifikan pada daerah tersebut. Chen (2020)  menyatakan  bahwa  akan terjadi soft  zone diantara  logam  las dan  logam  induk  pada  hasil  las material  S690Q  akibat  masukan panas pengelasan.
Persyaratan  keberterimaan  nilai kekerasan hasil sambungan las diatur
di dalam standar BS EN ISO 15614- 1,  namun  hanya  memberikan  batas nilai  kekerasan  maksimum,  jadi berdasarkan standar hasil pengelasan proses 3x repair masih dapat diterima, namun  demikian  perlu  diperhatikan telah terjadi penurunan nilai kekerasan  yang  juga  berarti  bahwa terjadi  penurunan  kekuatan  pada daerah HAZ. Distribusi nilai kekerasan  pada  seluruh  daerah  las dapat dilihat pada Gambar 8.
Tabel 4 Rata-rata nilai kekerasan pada sambungan las Nilai kekerasan rata-rata (HV) Lokasi Atas Tengah Bawah BM kiri 267,45 264,52 269,92 HAZ kiri 334,07 209,55 198,88 WM 314,74 272,58 262,04 HAZ kanan 337,40 254,34 208,64 BM kanan 264,79 267,44 267,43
Gambar  8.  Distribusi  nilai  kekerasan pada sambungan las

## KESIMPULAN
Dari seluruh hasil pengujian terhadap sambungan las 3x proses repair pada material  S690Q  dapat  disimpulkan
bahwa hasil las masih dapat memenuhi persyaratan standar BS EN ISO  15614-1.  Pada  hasil  uji  makro tidak  ditemukan  adanya  cacat  las, hasil uji bending menunjukan adanya retakan dengan ukuran 3 mm namun masih memenuhi persyaratan.
Kekuatan  tarik  sambungan  las  rata- rata 787,81 MPa masih melebihi batas minimal 770 Mpa.
Hasil  uji  ketangguhan  melebihi batas minimum sebesar 35 J, rata-rata 84 J di daerah logam las dan 142,67 J di  daerah  HAZ.  Hasil  uji  kekerasan untuk  semua  daerah  masih  di  bawah batas  maksimum  sebesar  380  HV, namun terjadi penurunan signifikan di daerah  HAZ  hingga  di  bawah  logam induk pada bagian tengah dan bawah, penurunan ini menunjukkan terjadinya  penurunan  kekuatan  di daerah tersebut.
Penurunan kekuatan yang terjadi pada  daerah  HAZ  ini  adalah  parsial, tidak  semua  area  HAZ  mengalami penurunan oleh karena itu pada hasil uji  tarik  lokasi  patahan  masih  terjadi pada  daerah  logam  induk  bukan  di HAZ.  Untuk  melakukan  pengelasan repair pada  baja quenched and tempered , perlu kontrol atas parameter  las  terutama heat  input , karena  material  tersebut  merupakan hasil  perlakuan thermo-mechanical yang  memiliki  struktur  dan  ukuran butir  halus  yang  sensitif  terhadap panas. Panas berlebih akan mengubah ukuran  butir  dan  fasa  yang  ada menjadi  lebih  lunak  dan  kekuatan rendah. Heat  input antara  10.000- 20.000  J/cm  untuk  pengelasan  baja S690Q  masih  dapat  menghasilkan sambungan  las  yang  memenuhi standar.

## DAFTAR PUSTAKA
BS EN ISO 15614-1. 2017. Specification  and  qualification of  welding  procedures  for metallic material-Welding procedure  test.  Part  1  British: BSI. BS EN ISO 17639. 2013. Destructive test  on  weld  in  metallic material-Macroscopic and microscopic  examination  of welds. British: BSI. Chen,  C.  (2018).  Welding  Effect  on
Tensile  Strength  of  Grade
S690Q Steel Butt Joint. Journal of Constructional Steel Research  :  Elsevier .  Vol  153,
page 153-156.
Chen, C. (2020). Influence of Cooling Rate  in  Tensile  Beahviour  of S690Q  High  Strength  Steel. Journal of Constructional Steel Research : Elsevier.
ISO 4136. (2012). Destructive test on
weld  in  metallic  materials- Transverse tensile test. Switzerland: ISO. ISO 5173. (2009). Destructive test on weld in metallic materials-Bend test. Switzerland: ISO.
ISO  9015-1.  (2001).  Destructive  test on  weld  in  metallic  materials- Hardness  test  on  arc  welded joints. Switzerland: ISO.
ISO 9016. (2012). Destructive test on weld  in  metallic  materials- Impact test. Switzerland: ISO.
Li, G.Q. (2020). Mechanical
Properties  Of  TMCP  Q690 High  Strength  Structural  Steel at  Elevated Temperatures. Fire
Safety  Journal:  Elsevier. Vol 116, page 103-109.
Qiang,  X.  (2012).  Dependence  of Mechanical  Properties  of  High Strength Steel S690 on Elevated Temperatures. Vol 30, page 73- 79 Netherlands: Elsevier
Song,  L.X.  (2021).  Processing  and Cooling  Effects  on  Post-Fire Mechanical  Properties  of  High Strength Structural Steels. Fire Safety Journal: Elsevier .