## Analisis pengaruh arus dan kecepatan pengelasan terhadap lebar manik las dan distorsi pada pengelasan gas metal arc welding (GMAW) dengan sambungan tumpul SS 304
Ario Sunar Baskoro 1 , Dhedhe Rodat Budi P 1 , Agus Widyianto 1
1 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Kampus Baru UI Depok 16424 Email korespondensi: ario@eng.ui.ac.id

## Abstrak
Pada penelitian ini  pengaruh dari  arus  dan kecepatan  pengelasan terhadap lebar manik las dan distorsi  pada pengelasan gas metal arc welding (GMAW) sambungan tumpul SS 304 telah dilakukan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja tahan karat tipe 304 (SS 304) dengan konfigurasi sambungan tumpul. Variasi parameter pengelasan  GMAW  yang  digunakan  adalah  arus  pengelasan  dan  kecepatan  pengelasan.  Arus  pengelasan  yang digunakan adalah 115 A, 120 A dan 125 A, sedangkan kecepatan pengelasan yang digunakan adalah 3,6 mm/s, 3,9 mm/s dan 4,2 mm/s. Hasil dari pengelasan akan dianalisis dari lebar manik las dan distorsi yang terjadi. Lebar manik las  dan  distorsi  diukur  menggunakan  Dino-Lite  dan  Coordinate  Machine  Measure  (CMM).   Metode  perpindahan vertikal rata-rata digunakan untuk menghitung distorsi lentur membujur dan distorsi sudut. Hasilnya menunjukkan bahwa menaikan arus pengelasan akan meningkatkan lebar manik las dan distorsi, tetapi jika menaikkan kecepatan pengelasan akan menurunkan lebar manik las dan distorsi. Pada arus pengelasan 125 A dan kecepatan pengelasan 3,6  mm/s  menghasilkan  lebar  manik  las  atas  dan  bawah  yang  terbesar  8,062  mm  dan  4,984  mm.  Distorsi  lentur membujur dan distorsi sudut yang terbesar adalah 1,748 mm dan 4,076 derajat pada arus dan kecepatan pengelasan masing-masing sebesar 125 A dan 3,6 mm/s.
Kata kunci : gas metal arc welding (GMAW), SS 304, manik las, distorsi

## Abstract
In this study the influence of welding current and welding speed on weld bead width and distortion on gas metal arc welding (GMAW) of SS 304 butt joint has been carried out. The material used in this study was type 304 stainless steel  (SS 304)  with a butt joint  configuration. The variation  of  GMAW welding parameters used  were the  welding current and the welding speed. The welding speed used were 115 A, 120 A and 125 A while the welding speed used are 3.6 mm/s, 3.9 mm/s and 4.2 mm/s. The results of welding will be analyzed from the width of the weld bead and the distortion  that  occurs.  Weld  bead  width  and  distortion  were  measured  using  Dino-Lite  and  Coordinate  Machine Measure (CMM). The mean vertical displacement method was used to calculate longitudinal bending distortion and angular distortion. The results show that increasing the welding current will increase the width of the weld bead and distortion, but if increasing the welding speed will reduce the width of the weld bead and the distortion. At a welding current of 125 A and a welding speed of 3.6 mm/s produced the largest upper and lower weld bead widths of 8.062 mm and 4.984 mm. The greatest  longitudinal  bending  distortion and angular distortion were 1,748 mm and 4,076 degrees at the welding current and welding speed of 125 A and 3.6 mm/s, respectively.
Keywords : gas metal arc welding (GMAW), SS 304, weld bead, distortion

## 1. Pendahuluan
Pengelasan  memegang  peranan  penting  dalam  bidang konstruksi  sehingga  menjadikannya  salah  satu  bagian penting  dari  perindustrian.  Saat  ini,  pengelasan  yang paling  umum  digunakan  adalah  pengelasan  cair. Pengelasan  cair  merupakan  cara  pengelasan  di  mana sambungan dipanaskan sampai mencair dengan sumber panas  dari  busur  listrik  atau  semburan  api  gas  yang terbakar  [1].  Pengelasan  cair  ini  banyak  digunakan
untuk  pembuatan  komponen-komponen  seperti  pada pesawat,  otomotif,  dan  perkapalan.  Salah  satu  contoh dari pengelasan cair ini adalah las busur Gas Metal Arc Welding (GMAW).  Las  GMAW  menggunakan  gas mulia  untuk  melindungi  proses  pengelasan.  Las GMAW  memiliki  beberapa  keunggulan  dalam  hal konsentrasi  busur,  efisiensi,  terak,  dan  ketangguhan sehingga banyak digunakan dalam perindustrian untuk
pengelasan, salah satunya adalah untuk pengelasan baja tahan karat, salah satunya jenis 304.
Baja  tahan  karat  jenis  304  banyak  digunakan  untuk berbagai aplikasi seperti untuk penampungan dan juga banyak  digunakan  dalam  Pembangkit  Listrik  Tenaga Nuklir  karena  baja  tahan  karat  jenis  304  memiliki ketahanan  korosi  paling  baik  dan  juga  kuat  untuk penggunaan  di  temperatur  yang  tinggi  [2].  Baja  tahan karat 304 juga cenderung murah dibandingkan dengan jenis  lainnya.  Namun  baja  tahan  karat  304  ini merupakan jenis austenitic dimana memiliki karakteristik koefisien ekspansi termal yang lebih tinggi dan konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan dengan baja karbon maupun baja paduan, sehingga setelah dilakukan proses pengelasan pada baja tahan  karat  ini,  dapat  terjadi  sejumlah  besar  distorsi, penyusutan, dan juga tegangan sisa [3].
Pada  pengelasan  baja  tahan  karat  menggunakan GMAW,  terdapat  parameter  pengelasan  yang  perlu diperhatikan  agar  didapatkan  hasil  pengelasan  yang baik.  Parameter  yang  harus  diperhatikan  dalam  las GMAW  antara  lain  kuat  arus, arc  voltage, dan kecepatan pengelasan. Kuat arus pada las GMAW akan berpengaruh  besar  pada  kapasitas  pencairan,  ukuran dan geometri manik las, dan kedalaman penetrasi. Arus listrik  yang  besar  juga  dapat  memperkecil  percikan butiran  dan  meningkatkan  penguatan  manik.  Tetapi dengan  arus  yang  tinggi,  daerah  HAZ  akan  semakin luas. Kecepatan pengelasan juga berpengaruh terhadap penetrasi dan geometri manik las [4].
Pengontrolan  arus  pengelasan  sangat  mempengaruhi karakteristik  hasil  pengelasan  karena  pengontrolan  ini mempengaruhi kualitas hasil las seperti kekuatan geser, kekerasan  dan  kekuatan  terhadap  pengaruh  dari  luar. Pemilihan  arus  pengelasan  akan  mempengaruhi  hasil las.  Apabila  arus  pengelasan  yang  digunakan  terlalu rendah,  maka  panas  yang  terjadi  tidak  cukup  untuk melelehkan  material,  sehingga  menghasilkan  daerah logam  las  yang kecil serta penembusan kurang dalam, sebaliknya  bila  arus  pengelasan  terlalu  tinggi,  maka pencairan logam induk terlalu cepat dan menghasilkan daerah  logam  las  yang  lebar  serta  penembusan  yang dalam  sehingga  menghasilkan  kekuatan  tarik  yang rendah dan menambah kerapuhan [5].
Penggunaan  atau  pengontrolan  parameter  yang  tidak tepat  juga  menyebabkan  terjadinya  cacat-cacat  las seperti crack, lack of fusion, undercut dan distorsi yang berpengaruh terhadap kekuatan material hasil lasan [6]. Sattari-Far  [7]  melaporkan  hasil  penelitiannya  bahwa urutan pengelasan memiliki pengaruh terhadap distorsi yang  terjadi.  Jenis  sambungan  ini  menggunakan sambungan V-groove dan hasil percobaan dibandingkan  dengan  model  FE.  Selain  itu  verifikasi hasilnya dibandingkan dengan pemodelan FE. Banyak
penelitian menggunakan model seperti elemen hingga, ANSYS  dan  ABAQUS  untuk  memprediksi  distorsi, hasil tegangan sisa dan lebar manik las dari pengelasan [8-10]. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan diteliti mengenai pengaruh kuat arus dan kecepatan pengelasan terhadap  lebar  manik  bagian  atas  dan  bawah,  distorsi lentur  membujur  dan  distorsi  sudut  hasil  las  pada material Stainless  Steel 304  serta  optimasi  parameter pengelasan GMAW untuk mendapatkan lebar manik las dan distorsi yang optimal.

## 2. Metode

## Bahan Penelitian
Pada  penelitian  ini  bahan  yang  digunakan  adalah  baja tahan karat ( stainless steel ) tipe 304 (SS 304). Dimensi dari bahan yang akan dilas adalah 120 x 75 mm dengan ketebalan 3 mm. Bahan SS 304 dan dimensi dari bahan yang akan dilas ditunjukkan oleh Gambar 1a dan b.
Gambar 1. (a) Plat SS 304 dan (b) Dimensi benda kerja
Kawat pengumpan yang digunakan dalam penelitian ini adalah ER-308. Pengujian optical emission spectrometer (OEM)  digunakan  untuk  mengetahui komposisi  kimia  dari  bahan  SS  304  dan  kawat pengumpan.  Tabel  1  dan  2  menunjukkan  komposisi kimia  dari  bahan  SS  304  dan  kawat  pengumpan  ER- 308.  Sebelum  pengelasan  dilakukan,  bahan  diamplas menggunakan  amplas  dari  kekasaran  80  sampai  400, setelah itu dibersihkan dengan cairan aseton.
Tabel 1. Komposisi kimia dari SS 304 (wt %)
C Si Mn P S Cr Mo 0,076 0,40 1,84 0,037 0,021 18,5 0,118 Ni Al Cu Nb Ti V Fe 8,26 0,006 0,096 0,018 0,002 0,078 bal. Tabel 2. Komposisi kimia dari ER-308 (wt %) C Cr Mn P S 0,08 20,2 1,6 0,03 0,03 Ni Mo Cu Si Other
9,2 0,75 0,11 0,44 0,03

## Proses Pengelasan
Metode  pengelasan  yang  digunakan  dalam  penelitian ini adalah pengelasan Gas Metal Arc Welding (GMAW) dengan sambungan tumpul dan kawat pengumpan seri ER-308  dengan  diameter  1,2  mm.  Mesin  las  yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin Optimarch CV/CC  500.  Gas  argon  murni  (99,99%)  digunakan untuk melindungi  bagian atas las dari oksidasi dengan laju  aliran  11  L/min.  Gambar  2  menunjukkan  proses pengelasan  otomatis  dengan  GMAW.  Parameter pengelasan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini ditunjukkan pada Tabel 3.

## Gambar 2. Proses pengelasan otomatis GMAW
Tabel 3. Parameter pengelasan Parameter Nilai Sumber daya DCEN Arus pengelasan 1) 115 A 2) 120 A 3) 125 A Kecepatan pengelasan 1) 3,6 mm/s 2) 3,9 mm/s 3) 4,2 mm/s Jenis elektroda ER-308 Diameter elektroda 1,2 mm Panjang busur 3 mm Celah antara spesimen 1 mm

## Metode Analisis Data

## Lebar manik las
Pengukuran lebar manik las dilakukan pada bagian atas dan bawah hasil las. Pengukuran dilakukan menggunakan  Digital-Microscope  dengan  10  titik pengukuran  dimulai  10  mm  setelah  titik  awal pengelasan  dan  berakhir  10  mm  sebelum  titik  akhir
pengelasan  dengan  jarak  masing-masing  titik  10  mm. Gambar  3  menunjukkan  metode  pengukuran  lebar manik las atas maupun bawah.
Gambar 3. Metode pengukuran lebar manik las

## Distorsi
Distorsi  terjadi  karena  adanya  penyusutan  pembekuan dan  kontraksi  termal  dari  logam  selama  proses pengelasan [11]. Benda kerja yang dilas akan menyusut dalam  arah  melintang  ( transverse )  dan  juga  arah memanjang/membujur ( longitudinal ). Selain itu akhibat penyusutan  melintang  yang  tidak  sama  dapat menyebabkan  distorsi  sudut ( angular ).  Beberapa  jenis distorsi yang dapat terjadi pada pengelasan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Distosi pada pengelasan [11]
Pengujian  distorsi  dilakukan  dengan  menggunakan mesin  Mutituyo Coordinate  Measuring  Machine (CMM) M443. Setelah itu untuk mengetahui besarnya distorsi  yang  terjadi  digunakan  perhitungan  dengan metode perpindahan vertikal rata-rata. Dalam pengukuran distorsi ini terdapat 12 titik pengukuran, 4 titik  dibagian  atas,  4  titik  dibagian  tengah  dan  4  titik dibagian  bawah  dari  spesimen  uji.  Jarak  setiap  titik dengan  tepi  spesimen  adalah  5  mm.  Gambar  5 menunjukkan ilustrasi skematis dari pengujian distorsi.
Gambar 5. (a) Skematis pengukuran distorsi dan (b) bentuk distorsi
Hasil  dari  pengukuran  ini  dapat  digunakan  untuk menghitung distorsi lentur membujur dan distorsi sudut. Distorsi lentur  membujur  U  (mm)  dapat  dihitung dengan Persamaan 1 [12]:
U = (A + B) − (C + D) 2 (1)
dimana  A,  B,  C  dan  D  merupakan  nilai  perpindahan rata-rata dari setiap titik pengukuran.
Distorsi  sudut  δ  (rad)  dapat  diestimasikan  dari pengukuran perpindahan vertikal dengan menggunakan Persamaan 2 [13]:
𝛿 (𝑟𝑎𝑑) = 𝑈 𝑅 + 𝑈 𝐿 − 2𝑈 𝐶 55 (60 − 5)
(2)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Lebar Manik Las
Profil  permukaan  las  pada  bagian  atas  dan  bawah ditunjukkan  oleh  Gambar  6a  dan  b.  Gambar  7a  dan  b menunjukkan rata-rata lebar manik las atas dan bawah dengan  variasi  arus  pengelasan  dan  kecepatan pengelasan.  Kenaikan  arus  pengelasan  memiliki pengaruh terhadap lebar manik las atas dan bawah yang dihasilkan.
Gambar 6. Profil permukaan hasil las (a) atas dan (b) bawah
Peningkatan  arus  pengelasan  akan  mengakhibatkan temperature  dan heat  input semakin  meningkat, sehingga  lebar  manik  las  semakin  lebar.  Peningkatan arus  pengelasan  berbanding  lurus  dengan  lebar  manik las  yang  dihasilkan.  Selain  itu  kecepatan  pengelasan juga berpengaruh terhadap lebar manik las. Menaikkan kecepatan  pengelasan  akan  berpengaruh  terhadap distribusi  temperature  yang  diterima  oleh  spesimen sehingga lebar manik las semakin  mengecil.  Kenaikan kecepatan pengelasan berbanding terbalik dengan lebar manik las yang dihasilkan.
Gambar 7. Perbandingan lebar manik las setiap parameter (a) atas dan (b) bawah
Arus pengelasan dan kecepatan pengelasan berpengaruh terhadap heat input dan temperature serta laju  deposisi  logam  pengisi.  Laju  deposisi  yang  besar menyebabkan  volume  logam  pengisi  yang  menyatu dengan  logam  dasar  juga  semakin  besar,  sehingga menyebabkan  manik  menjadi  lebih  lebar.  Semakin lambat  laju  pengelasan,  maka  masukan  panas  akan semakin  besar,  sedangkan  pergerakan  logam  pengisi akan  semakin  rendah,  menyebabkan  volume  logam pengisi  yang  menyatu  dengan  logam  dasar  semakin besar [14].

## Distorsi
Hasil  perhitungan  dari  distorsi  lentur  membujur  dan distorsi  sudut ditunjukkan  pada  Gambar  8a  dan  b. Menaikkan  arus  pengelasan  dapat  meningkatkan distorsi lentur membujur dan distorsi sudut yang terjadi. Sedangkan meningkatkan kecepatan dapat menurunkan distorsi lentur membujur dan distorsi sudut yang terjadi.
Gambar 8. Perbandingan distorsi setiap parameter (a) lentur membujur dan (b) sudut
Distorsi  lentur  membujur  terbesar  yang  terjadi  pada parameter  115  A  dengan  kecepatan  pengelasan  3,6
mm/s  sebesar  1,748  mm.  Sedangkan  pada  parameter yang  sama  memiliki  distorsi  sudut yang  paling  besar diantara parameter lainnya yaitu sebesar 4,076 derajat. Besar  kecilnya  distorsi  yang  terjadi  karena  pengaruh dari  besar  kecilnya heat  input dan temperature yang diterima  oleh  benda  kerja.  Dengan  menaikkan  arus pengelasan maka secara tidak langsung akan menaikkan heat  input dan temperature. Sedangkan  menaikkan kecepatan pengelasan maka secara tidak langsung akan menurunkan heat input dan temperature .

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan dari hasil penelitian tentang pengaruh arus pengelasan  dan  kecepatan  pengelasan  terhadap  lebar manik  las  dan  distorsi,  dapat  diambil  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin  besar  kuat  arus  yang  digunakan  dalam pengelasan,  maka  lebar  manik  dan  distorsi  sudut yang  dihasilkan  akan  semakin  besar,  sedangkan semakin besar  kecepatan  pengelasan yang digunakan,  maka  lebar  manik  dan  distorsi  sudut yang  dihasilkan  akan  semakin  kecil.  Kuat  arus memberikan  pengaruh  yang  lebih  dominan dibanding kecepatan pengelasan.
2. Lebar  manik  las  terbesar  terjadi  pada  parameter arus  pengelasan  125  A  dan  kecepatan  pengelasan 3,6 mm/s dengan  lebar  manik atas 8,062  mm dan manik  bawah  4,984  mm.  Sedangkan  lebar  manik terkecil terjadi pada parameter arus pengelasan 115 A  dan  kecepatan  pengelasan  4,2  A  dengan  lebar manik atas 6,899 mm dan manik bawah 2,043 mm.
3. Distorsi  lentur  membujur dan  distorsi  sudut terbesar  adalah  1,748  mm  dan  4,076  derajat  pada parameter  arus  dan  kecepatan  pengelasan  sebesar 125  A  dan  3,6  mm/s,  sedangkan  distorsi  lentur membujur dan distorsi sudut terkecil adalah 1,280 mm  dan  2,939  derajat  pada  parameter  arus  dan kecepatan pengelasan sebesar 115 A dan 4,2 mm/s.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  atas  pendanaan kegiatan penelitian ini melalui skema Penelitian Dasar Unggulan  Perguruan  Tinggi  Kementerian  Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Republik Indonesia tahun 2019 dengan nomor: NKB- 1627/UN2.R3.1/HKP.05.00/2019.

## Daftar Pustaka
[1]  W.  Harsono,O.  T.  Okumura.  2000, Teknologi Pengelasan  Logam .  Cetakan  ke  delapan  Jakarta, PT Raja Grafindo Persada.
[2]  J. Xu, J. Chen, Y. Duan, C. Yu, J. Chen, H. J. J. o. M. P. T. Lu. 2017, Comparison of residual stress
induced by TIG and LBW in girth weld of AISI 304 stainless steel pipes . Vol. 248: 178-184.
[3]  J.  Xu,  J.  Chen,  Y.  Duan,  C.  Yu,  J.  Chen,  H.  Lu. 2017, Comparison  of  residual  stress  induced  by TIG and LBW in girth weld of AISI 304 stainless steel  pipes .  Journal  of  Materials  Processing Technology , Vol. 248: 178-184.
[4]  H.  Ghazvinloo,  A.  Honarbakhsh-Raouf,  N. Shadfar.  2010, Effect  of  arc  voltage,  welding current and welding speed on fatigue life, impact energy  and  bead  penetration  of  AA  6061  joints produced by robotic MIG welding . Indian Journal of Science and Technology , Vol. 3, no. 2.
[5]  S.  Ariffin, Las  listrik  dan  Otogen .  Ghalia Indonesia, 1982.
[6]  E.  Karadeniz,  U.  Ozsarac,  C.  Yildiz.  2007, The effect of process parameters on penetration in gas metal arc welding processes . Materials & design , Vol. 28, no. 2: 649-656.
[7]  I. Sattari-Far,Y. Javadi. 2008, Influence of welding sequence  on  welding  distortions  in  pipes . International  Journal  of  Pressure  Vessels  and Piping , Vol. 85, no. 4: 265-274.
[8]  G.  Fu,  M.  I.  Lourenço,  M.  Duan,  S.  F.  Estefen. 2016, Influence  of  the  welding  sequence  on residual  stress  and  distortion  of  fillet  welded structures . Marine Structures , Vol. 46: 30-55.
[9]  K.  C.  Ganesh et  al. 2014, Modeling,  prediction and validation of thermal cycles, residual stresses and distortion in type 316 LN stainless steel weld joint  made  by  TIG  welding  process .  Procedia Engineering , Vol. 86: 767-774.
[10]  W.  Jiang,K.  Yahiaoui.  2012, Effect  of  welding sequence  on  residual  stress  distribution  in  a multipass  welded  piping  branch  junction .
International  Journal  of  Pressure  Vessels  and Piping , Vol. 95: 39-47.
[11]  S.  Kou.  2003, Welding  metallurgy .  New  Jersey, USA: 431-446.
[12]  K.  Tseng,C.  Chou.  2001, Effect  of  pulsed  gas tungsten  arc  welding  on  angular  distortion  in austenitic  stainless  steel  weldments .  science  and Technology of welding and joining , Vol. 6, no. 3: 149-153.
[13]  S.  Okano,M.  Mochizuki.  2017, Transient distortion  behavior  during  TIG  welding  of  thin steel  plate .  Journal  of  Materials  Processing Technology , Vol. 241: 103-111.
[14]  P. Mistry. 2016, Effect  of  process parameters on bead  geometry  and  shape  relationship  of  gas metal  arc  weldments .  Int  J  Adv  Res  Mech  Eng Technol (IJARMET) , Vol. 2: 24-27.