Volume 20 No. 2 Desember 2019 (167-180)

## PENGARUH PENGELASAN GTAW PADA LOGAM BIMETAL PLAT BAJA KARBON RENDAH DAN STAINLESS STEEL

## TERHADAP SIFAT MEKANIK SAMBUNGAN LAS
Lisa Agustriyana, Sarjiyana,  dan Suyanta
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang Email: lisa.agustriyana@polinema.ac.id

## ABSTRACT
Stainless steel material (stainless steel) is used in the home industry and the military industry,  and  also  in  the  nuclear  industry.  Steel  material  is  divided  into  five  types, namely  austenite,  ferrite,  martensite,  duplex  and  precipitation  hardening.  Ferritic stainless steel is an attractive alternative in vehicle production because of its corrosion resistance.  Different  metals  have  different  characteristics  from  one  another,  so  the welding process of dissimilar metals requires certain techniques.
The purpose of this study is to determine the tensile strength of welds in bimetallic welding  between  low  carbon  steel  plates  and  stainless-steel  plates  and  to  know  the hardness of welds in bimetal welding between low carbon steel plates and stainless-steel plates using GTAW welding.
The research method used: this research is part of the testing of technical materials conducted  by  the  destructive  test  method  with  the  category  of  science  and  technology development in the field of Mechanical Engineering.
There  is  a  trend  of  increasing  tensile  strength,  yield  strength  and  hardness  of bimetallic  welding  of  low  carbon  steel  plates  and  stainless-steel  plates  using  GTAW welding,  that  the  greater  the  welding  amperes  will  increase  tensile  strength,  yield strength and hardness. The highest tensile strength was 41.18 Kg / mm2 and the highest yield strength was 41.16 Kgf / mm2 at 60 amperes and the highest hardness was 571.01 BHN at  55 amperes  with  the corresponding amperage  range from the usage table 45  - 65  amperes.  In  the  HAZ  area  when  compared  to  the  parent  material,  the  HAZ  area hardness is higher than the parent material and lower than the weld filler.
Keywords: Bimetal, GTAW, Tensile Strength, Hardness

## 1. PENDAHULUAN
Pengelasan  bimetal  merupakan  proses  penyambungan  dua  jenis  logam  yang berbeda  dengan  pengelasan.  Pengelasan  logam  yang  tidak  sejenis  mempunyai karakteristik yang berbeda satu dengan lainnya, sehingga proses pengelasan logam yang tidak  sejenis  memerlukan  beberapa  teknik  pengelasan  tersendiri,  contohnya  dalam pemilihan logam yang akan disambung harus tepat, pemilihan elektroda yang digunakan
harus  sesuai,  pengaturan  ampere  yang  tepat.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan  cara  supaya pengelasan  bimetal  dapat  diterima  dan  akhirnya  dapat  diterapkan  dengan  baik  sesuai dengan yang diinginkan.
Dari itulah pentingnya penelitian terkait dengan  pengelasan khususnya pengelasan untuk jenis bahan yang berbeda dengan dengan menggunakan pengelasan Gas Tungten Arc Welding (GTAW)
Penelitian  terdahulu  untuk  bimetal  yaitu  Analisis  Struktur  Kristal  Hasil  Las Friction-Stir  Welding pada  Retreating  Side  Bimetal  Disimilar  Aa6061-Cu  dengan Teknik Difraksi
Masalah yang dirumuskan sebagai pengukuran perubahan kekuatan yield, kekuatan tarik dan kekerasan pada pengelasan bimetal plat baja karbon rendah dan stainless steel dengan menggunakan las GTAW
Tujuan penelitian mengetahui kekuatan tarik lasan dan kekerasan lasan, HAZ pada pengelasan  bimetal  antara  plat  baja  karbon  rendah  dengan  plat stainless steel menggunakan las GTAW.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Pengertian Sambungan
Setiap  konstruksi  mesin  terdiri  dari  beberapa  bagian  atau  komponen. yang satu dan yang lainnya dapat dihubungkan dan membentuk  suatu konstruksi mesin  yang  di rancang.  Salah  satu  cara  dalam  menyatukan  komponen-komponen tersebut adalah dengan  cara  memberikan  sambungan.  Sambungan    adalah    hasil   penyatuan    beberapa bagian  atau  konstruksi dengan  menggunakan  suatu  cara  tertentu.
Macam–macam  sambungan
a. Sambungan  Tetap,   yaitu  sambungan   yang  hanya  dapat  dilepas  dengan  cara merusaknya. Contohnya : sambungan keling dan sambungan las.
b. Sambungan  tidak  tetap,  yaitu  sambungan  yang  dapat  kita  lepas  dan  dibongkar tanpa  merusak  sesuatu.  Contohnya  sambungan  pasak,  sambungan  pena,  dan sambungan ulir.

## 2.2 Pengelasan GTAW
Pengertian pengelasan GTAW adalah sebuah proses  pengelasan busur listrik  yang menggunakan elektroda yang tidak ikut mencair. Pada pengelasan GTAW ini elektroda
atau  tungsten  ini  hanya  berfungsi  sebagai  penghasil  busur  listrik  saat  bersentuhan dengan  benda  kerja,  sedangkan  untuk  logam  pengisi  adalah filler  rod .  Pengelasan GTAW  ini  juga  sering  disebut  dengan  Las  Argon,  hal  tersebut  dikarenakan  gas pelindung yang digunakan adalah gas Argon.
Las  GTAW ini  juga  disebut  dengan  Las  TIG  yang  mempunyai  kepanjangan Tungsten  Inert  Gas ,  perbedaan ini  hanya  penyebutannya  saja.  Kalau  GTAW  itu  lebih sering  untuk  istilah  Amerika  sedangkan  TIG  adalah  untuk  daerah  Eropa.  Fungsi  Las GTAW ini biasanya digunakan untuk melakukan pengelasan Aluminium atau stainless steel yang memang banyak membutuhkan perlakuan khusus.
Gambar 2.1. Proses las GTAW .

## 2.3 Mengenal Bahan Pelat atau Plat
Pelat atau plat terdiri  dari berbagai  jenis bahan.  Secara  garis besar bahan pelat ini dikelompokkan  menjadi  dua  bagian  besar  yang  memiliki  sifat  berbeda-beda  yakni: bahan pelat logam ferro dan pelat logam non ferro. Bahan pelat logam ferro diantaranya adalah  pelat  baja  lembaran.  Bahan  pelat  dari  logam  non  ferro  diantaranya  bahan  pelat alumanium,  tembaga,  dan  kuningan.  Sifat-sifat  bahan  ferro  dan  non  ferro  sangat mempengaruhi  pembentukan  maupun  finishing  yang  akan  dilakukan  pada  bahan  pelat tersebut.  Secara  umum  bahan-bahan  logam  mempunyai  sifat  fisik  dan  sifat  kimiawi terhadap efek kualitas pengerjaannya.

## 2.4 Pengelasan Baja Paduan Rendah
Yang  termasuk  baja  paduan  rendah  adalah  baja-baja  yang  mengandung  unsur paduan dengan jumlah kurang dari  5% dan mengandung 0,25-0,5% C.
Keberhasilan  pengelasan  baja  paduan  rendah  tidak  hanya  tergantung  pada  jenis  proses dan  pemilihan electrode ,  tetapi  juga  ada  factor  lain  yang  berpengaruh  dan  harus diperhatikan seperti:
 Temperatur pemanasan awal (Preheat) dan temperatur antar lapisan ( interpass )
 Kandungan hydrogen dijaga  rendah  khususnya  dalam  kasus preheat dibawah temperature 205 o .
 Persyaratan pemanasan pada akhir pengelasan (PWHT).
2.5 Pengelasan Baja Tahan Karat  ( Stainless Steel )
Pemilihan  electrode/filler  dalam  pengelasan  baja  tahan  karat  didasarkan  pada kemiripan  komposisi  kimia  dari  logam  induk  dengan  electrode/filler.  Jadi  sebisa mungkin  electrode/filler  dan  logam  induk  sejenis.  Pertimbangan  lainnya  yang  cukup penting adalah yang berkaitan dengan sifat ketahanan korosi dan  ketahanan terhadap timbulnya  retak.  Pada  dasarnya  baja  tahan  karat  ada  3  jenis  yaitu  baja  tahan  karat Austenitik, Feritik, dan Martensitik seperti pada tabel
 Tabel 2.1 Tipe dan komposisi baja tahan karat ( Stainless Steel )

## 2.5.1 Pengelasan Baja Tahan Karat Austenitic
Baja tahan karat austenitic mempunyai sifat lebih mudah dilas dibanding baja tahan karat  feritik  dan  martensitik,  karena  pada  baja austenitic ini  tidak  terjadi  perubahan phase akibat  temperature  pengelasan.  Sambungan  las  mempunyai  sifat  liat  ( Ductile ). Baja  tahan  karat  tipe    303  dan  303  SE  mengandung  sulfur  dan  selenium  untuk memudahkan  dimesin,  tetapi  untuk  pengelasan  mudah  terjadi  ” Hot  Short  Cracking “. Untuk tipe lain seperti tipe 302, 304, dan 304L mudah dilakukan pengelasan dan untuk menghindari    terjadinya    karbida  krom  pada  batas  butir  pengelasan  dapat  dilakukan dengan kawat las Grade “L” seperti 304L, 316L,317L. Kawat las  untuk pengelasan baja tahan karat jenis austenitrik seperti yang di sarankan pada tabel berikut:
Element Ferritic Martensitic Austenitic Carbon 0.08 – 0.20 % 0.15 – 1.2 % 0.03 – 0.25 Manganese 1 – 1.5 % 1 % 2 % ( 5.5 – 10 % ) Silicon 1 % 1 % 1 – 2 % ( 0  % ) Chromium 11 – 27 % 11.5 – 18 % 16 – 26 % Nickel 3.5 – 22 % Phosphorus and Sulfur Normal ( 0 % ) Molydenum Some cases Titanium Some cases
Tabel 2.2 Kawat las yang disarankan untuk pengelasan baja tahan karat austenitic

## 2.5.2 Pengelasan Baja Tahan Karat Feritik
Baja  tahan  karat  jenis  ini  mempunyai  kandungan  12  –  30  %    chrom,  sehingga kemampuan untuk  dilas lebih rendah dibandingkan dengan baja tahan karat austenitic. Dikarenakan mempunyai fasa feritik, maka baja tahan karat jenis ini jika dilas sebagian struktur  mikronya  akan  berubah  menjadi  martensit  didaerah  HAZ  ( Heat  Affected Zone )/daerah yang terpengaruh oleh panas las.
Untuk menghindari terjadinya martensit tanpa annealing, maka dapat dipilih bahan yang kuat  untuk  membentuk  ferit  seperti  Ti,  Al  dan  Wb,  atau  pengelasan  menggunakan pemanasan  awal  atau Preheat .  Tabel  2.3  dan  2.4  adalah  pemilihan  kawat  las  (filler) yang disarankan  dan pemanasan awal untuk pengelasan baja tahan karat jenis feritik.
Tabel 2.3 Kawat las yang disarankan untuk pengelasan baja tahan karat Feritik
Bahan dasar / Logam induk AISI Kawat Las 302,304 308 304L 308L,347 303,303Sc 312 310 310 316 316 316L 318,316L 317 317 318,316(Cb) 318 312 347 347 347
348
347 Bahan dasar / Logam induk AISI Kawat Las 405 405(Cb),430,308,309,310 430 430,308,309,310 430F 430,308,309,310 442 442,308,309,310 446 446,308,309,310
Tabel 2.4 Temperatur pemanasan awal dan perlakuan panas yang disarankan untuk pengelasan baja tahan karat feritik

## 2.5.3 Pengelasan Baja Tahan Karat Martensitik
Baja  tahan  karat  martensitik  lebih  sulit  dilas  dibanding  dengan  baja  tahan  karat feritik,  karena  adanya  perubahan  fasa  dari  austenite  menjadi  martensit  pada  saat pendinginan  setelah  pengelasan,  sehingga  pengelasan  membutuhkan  cara-cara  khusus untuk mengendalikan supaya tidak retak.
Cara  yang  efektif  untuk  mencegah  keretakan  las  adalah  dengan  pemanasan  awal  dan mengontrol  temperatur  pengelasan interpass ,  dan  pemanasan  lanjutan  sesuai  kadar karbon, sebagi pedoman  adalah :
1. Karbon 0,10% umumnya tidak perlu pemanasan awal dan lanjutan
2. Karbon  0,10-0,20%  pemanasan  awal  260 o C  dan  pengelasan  interpas,  pendinginan perlahan.
3. Karbon 0,20-0.50% Pemanasan  awal  260 o C dan  pengelasan interpas, dan annealing setelah pengelasan
4. Karbon diatas 0,50% Pemanasan awal 260 o C dan pengelasan interpas dengan Heat input yang tinggi dan dilanjut  dengan annealing setelah pengelasan (langsung tidak menunggu dingin).
Jika  lasan  akan  dikeraskan (hardened ),  maka  tidak  perlu  di annealing ,  kawat  las  dan temperature annealing yang disarankan dapat dilihat seperti tabel berikut:
Bahan dasar/Logam
induk AISI Temperatur pemanasan awal o C Temperatur Pemanasan lanjut dan pendinginan o C 405 66 - 149 648-760 dinginkan diudara 409 66 – 149 648-760 dinginkan diudara 430 66 - 149 760-842 dinginkan diudara 442 149 – 260 787-898 segera didinginkan 446 149– 260 -
Tabel 2.5  Macam-macam kawat las/filler yang dapat dipakai untuk baja tahan karat Martensitik

## 3. METODE
Jenis metode penelitian yang dilakukan adalah penelitian eksperimental. Penelitian dilakukan  di  laboratorium  Perlakuan  Bahan  Jurusan  Teknik  Mesin  Politeknik  Negeri Malang.  dan  Laboratorium  Pengijian  Bahan,  Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknik, Universitas Brawijaya.

## Prosedur penelitian

## Pemilihan Bahan sampel
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu  plat  baja  karbon  rendah  tebal  3 mm dan plat stainless steel tebal 3 mm yang umum ada di pasaran sekitar Malang raya. Bahan  spesimen  plat  baja  karbon  rendah  ukuran  2400x1200x3  dan  plat stainless  steel ferritic ukuran 2400X1200x3mm di potong  menjadi 150x25x3mm.

## Pembuatan sampel
Bahan  yang  sudah  dipotong  selanjutnya  dilakukan  proses  pengelasan  antara  plat baja karbon rendah dengan plat stainless steel . Pengelasan dilakukan dengan mengatur perubahan  Ampere  las.  Hasil  pengelasan  bimetal  dari  plat  baja  karbon  rendah  dan stainles steel feritic, permukaan dibersihkan (digerinda) dan dipotong menjadi bahan uji tarik ASTM E-8M dengan ukuran menjadi 250x20x3mm
Bahan dasar /Logam induk AISI Kawat Las 403,410,416,416SE 410 403,410 308,309,310 416,416SE 308,309,312 420 420 431 420 431 308,309,310

## Gambar 3.3  Pembuatan sampel

## Pengujian sampel
Bahan spesimen setelah dilakukan pengelasan dan pemesinan, selanjutnya dilakukan pengujian sifat  mekanik  material  khususnya pengujian Tarik dan pengujian kekerasan, baik  untuk  bahan  spesimen  sebelum  dilakukan  pengelasan  (data  bahan  baku)  dan pengujian  pada  sambungan  hasil  lasan.  Pengujian  dilakukan  pada  daerah  HAZ  pada bahan  plat  baja  karbon  rendah,  HAZ  pada  bahan  plat  baja  stainless  steel  ferritic  dan sambungan lasan. Data hasil pengujian Tarik pengujian kekerasan, pada pengujian Tarik data yang dikumpulkan adalah tegangan yield , tegangan ultimate dan kekerasan.
Gambar 3.4  Pengujian sampel

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukan proses pembuatan sample, meliputi pemotongan, pengelasan plat bimetal  antara  plat  baja  karbon  rendah  dan  stainless  steel  dengan  pengaturan  ampere 45A,  50A,  55A,  60A,  65A  selanjutnya  dilakukan  proses  pemesinan  untuk  pembuatan sampel.
Selanjutnya  hasil  karakterisasi  pada  cuplikan  (sampling)  bahan  lasan  bimetal  baja karbon  rendah stainless  steel dilakukan  pengujian  tarik  pada  pusat  lasan  ( Welding Zone ).  Pengukuran  kekerasan  pada  posisi  logam  dasar  ( Base  Metal  Welding ),  daerah terpengaruh panas plat baja karbon rendah ( HAZ Low Carbon Steel ), daerah terpengaruh panas  plat  baja  stainless  steel  ( HAZ  Stainless  Steel )  dan  daerah  pusat  lasan  ( Welding Zone ).
Dari  pengumpulan  data  hasil  pengujian  maka  dapatlah  dihitung  harga  rata-rata pengujian sebagai berikut:
Tabel 4.6 Perhitungan rata hasil pengujian tarik plat baja karbon rendah dan stainless steel
Tabel 4.7 Perhitungan rata-rata hasil pengujian tarik
Tabel 4.8 Perhitungan rata-rata kekarasan plat low carbon steel dan stainless steel
Tabel 4.9 Perhitungan rata-rata hasil pengujian kekerasan
Untuk mendukung interpretasi hasil perhitungan diatas, maka perlu dibuat dibuat grafik
Gambar 4.5 Grafik tegangan tarik dan Ampere Las
Ditinjau  terhadap  perubahan  tegangan  yield,  gambar  4.5  menunjukkan  terjadinya trend  kenaikan  tegangan yield dari  perubahan  pengaturan  ampere  las  pada  pengelasan Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  dari  45  ampere  sampai  65  ampere.  Kenaikan tertinggi,    tegangan yield terjadi  pada  penggunaan  ampere  60  ampere  sebesar  35,83 Kgf/mm 2 ,  jika  dibandingkan  dengan  material  dasar  untuk  plat  baja  karbon  rendah
mengalami kenaikan kekuatan yield sebesar 20,09% dan plat stainless steel mengalami penurunan  keuatan yield sebesar  23,53%,  serta  dibandingkan  dengan  bahan filler mengalami penurunan sebesar 2,24%. Disini dapat diketahui bahwa kekuatan yield pada lasan  bimetal,  berada  diatas  kekuatan yield plat  baja  karbon  rendah  dan  plat  stainless steel serta berada dibawah kekuatan yield bahan filler .
Ditinjau  terhadap  perubahan  tegangan ultimate ,  gambar  4.5  menunjukkan terjadinya  trend  kenaikan  tegangan  yield  dari  perubahan  pengaturan  ampere  las  pada pengelasan Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  dari  45  ampere  sampai  65  ampere. Kenaikan tertinggi   tegangan ultimate terjadi  pada  60  ampere sebesar 45,14 Kgf/mm 2 , jika  dibandingkan  dengan  material  dasar  untuk  plat  baja  karbon  rendah  sebesar tegangan ultimate mengalami kenaikan sebesar 9,32%, jika dibandingkan dengan bahan stailess  steel tegangan ultimate mengalami  kenaikan  sebesar  23,53%  dan  jika dibandingkan  dengan  bahan filler mengalami  penurunan  sebesar10,03%.  Disini  dapat diketahui bahwa tegangan ultimate lasan akan berada diatas tegangan ultimate plat baja karbon rendah dan tegangan ultimate plat stainless steel
Gambar 4.6 Grafik perubahan kekerasan pada HAZ dan Lasan
Ditinjau terhadap perubahan kekerasan pada daerah HAZ plat baja karbon rendah, gambar  4.6  menunjukkan  terjadinya  trend  kenaikan  kekerasan  dari  perubahan pengaturan  ampere  las  pada  pengelasan Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  dari  45 ampere sampai 65 ampere. Trend kenaikan tertinggi,  kekerasan daerah HAZ plat baja karbon rendah terjadi pada penggunaan 55 ampere sebesar 431,65 BHN, sedangkan jika dibandingkan dengan material dasar untuk plat baja karbon rendah sebesar 77,19%.
Ditinjau  terhadap  perubahan  kekerasan  pada  daerah  HAZ  plat stainlees  steel , gambar  4.6  menunjukkan  terjadinya  trend  kenaikan  kekerasan  dari  perubahan pengaturan  ampere  las  pada  pengelasan Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  dari  45 ampere  sampai  65  ampere.  Trend  kenaikan  tertinggi,    kekerasan  daerah  HAZ  plat stainless  steel terjadi  pada  penggunaan  60  ampere  sebesar  465,07  BHN,  jika dibandingkan dengan material dasar stailess steel mengalami kenaikan sebesar 15,55,%.
Ditinjau  terhadap  perubahan  kekerasan  pada  daerah  lasan,  gambar  4.6 menunjukkan  terjadinya  trend  kenaikan  kekerasan  dari  perubahan  pengaturan  ampere las  pada  pengelasan Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  dari  45  ampere  sampai  65 ampere.  Nilai  tertinggi,    kekerasan  lasan terjadi  pada  penggunaan  55  ampere  sebesar 571,07 BHN, nilai terendah kekerasan pada penggunaan 65 ampere sebesar 516,81, jika dibandingkan  dengan  material  dasar  plat  baja  karbon  rendah  mengalami  kenaikan sebesar  134,43  %,  jika  dibandingkan  dengan  material  dasar stailess  steel mengalami kenaikan sebesar 41,89%.
Ditinjau    dari    sisi    bahan    plat  baja  karbon  rendah,  tampak  bahwa  pada  daerah pusat  lasan ( Welding Zone ) terbentuk fasa α dan ɣ.  Pada  daerah  terpengaruh panas plat  baja  karbon  rendah  (HAZLCS),  terdapat  tiga  fasa  yaitu  fasa    α,    α’,    dan    ɣ  dan pada    daerah    logam    dasar  (BM)  terbentuk  fasa  ɣ.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa bahwa  fasa  ɣ  masih  tampak  dominan  pada  semua    daerah    (WZ,    HAZLCS    dan BMLCS)    akibat  pemanasan  dan  pendinginan  secara  alami  pada  suhu  kamar. Sedangkan  pada  sisi  plat  stainless  steel,  fasa  α  tampak    pada    semua    daerah    (WZ, HAZSS,    dan  BMSS).  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  austenit  tetap  stabil    meskipun terjadi  pemanasan.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Herman W Pollack,1991, Material Science and Metalurgy, 4 th edition, Reston Publishing Company, Inc, Reston Virginia.
2. A  Simplified  explanation  of  welding  polarity,  http://stickweld.com/basic- information, diakses 19 Juni 2012.
3. Andrewd  Althouse, Artek  Turnquist  William  A  Bowdicth  Modern  Welding , The Good Heart Willcox Co. Inc, 1976
4. Maman Suratman,S.Pd, Teknik Mengelas , Pustaka Grafika, Bandung, 2001 5. Musaikan, Ir, Teknik Las , FTI Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya, 1989
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Bimetal
7. alatuji.com/article/detail/3/what-is-hardness-test-uji-kekerasan
8. http://riset.unisma.ac.id/index.php/jts/article/view/705/693
9. http://www.kobelco.co.jp/english/welding/events/files/2015_KOBELCO_Specific. pdf
10. https://hermanuloh79.blogspot.com/2015/08/cara-memilih-jenis-pengelasan-untuk- konstruksi.html
11. https://www.leonghuat.com/hardness.htm