## MEKANIKA : JURNAL TEKNIK MESIN
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 10 No. 1 (2024) ISSN: 2460-3384 (p); 2686-3693 (e)

## KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN LAS GMAW ALUMINUM 5083 H112 MENGGUNAKAN FILLER METAL ER 5556 ER 5356 DAN ER 5183
Hendri Budi Kurniyanto 1 , Muhammad Nafi’ Eka Sudira 1 , Moh. Miftachul Munir 1 , Imam Khoirul Rohmat 1 , Mohammad Thoriq Wahyudi1, Mukhlis 1
1 Teknik Pengelasan, Teknik Bangunan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia email: hendribudi@ppns.ac.id

## ABSTRAK
Pengelasan GMAW plat aluminum 5083 H112 dengan ketebalan 8 mm  menggunakan tiga jenis filler metal yang berbeda secara komposisi yaitu ER 5556, ER 5356 dan ER 5183 telah dilakukan. Untuk mengetahui karakteristik sambungan las dilakukan uji kekerasan, uji tarik secara transversal, dan pengamatan struktur mikro sesuai standar yang relevan. Rata-rata kekerasan tertinggi sebesar 76,4 HV di daerah weld metal didapat dengan menggunakan filler metal ER5556  sedangkan  kekerasan  paling  rendah  sebesar  67,0  HV  diperoleh  dengan menggunakan filler metal ER5356. Kekuatan sambungan las tertinggi sebesar 273 MPa didapat dari  penggunaan filler  metal ER5183.  Keuletan  paling  tinggi  didapat  dengan  menggunakan filler metal ER5356 ini ditunjukkan oleh nilai prosesntase elongasi paling tinggi yaitu 13,5% dibandingkan  dengan  dua  jenis filler  metal lainnya  berkisar  antara  4,2%-4,7%.  Porositas ukuran kecil yang merata di daerah logam las  ditemukan pada logam las  untuk semua jenis filler metal yang digunakan, porositas pada hasil las aluminum pada umumnya disebabkan oleh kelarutan hidrogen yang tinggi di dalam aluminum cair. prosesentase partikel Mg 2 Al 3 didapat 26,2% pada weld metal filler ER 5556, 24,8% pada weld metal filler ER 5356 dan 25,1% pada weld metal filler ER 5183 dengan ukuran individual partikel relatif besar ditemukan pada weld metal ER 5356.
Kata kunci: Pengelasan, GMAW, Aluminum 5083

## PENDAHULUAN
Aluminum seri 5XXX ditemukan banyak aplikasinya di fabrikasi industri kelautan, hal ini  dikarenakan  sifat  mekanik  dan  ketahanan  korosinya  [1].  Di  dalam  industri  perkapalan, fabrikasi  kapal  kapal  dengan  ukuran  kecil  hingga  menengah  umumnya  menggunakan aluminum 5083, metode penyambungan dengan menggunakan proses pengelasan GMAW dan GTAW selalu menjadi pilihan utama. Aluminum dikenal sebagai logam yang ringan dan tahan korosi, lapisan oksida yang bersifat refraktori mudah terbentuk pada permukaan yang bersih. Oksida ini dapat mencegah terjadinya fusi antara logam induk dengan weld metal pada saat pengelasan.  Aluminum memiliki  konduktivitas  listrik  dan  panas  empat  kali  lebih besar  dari baja karbon oleh karena itu masukan panas yang lebih tinggi diperlukan pada saat pengelasan. Plat  tebal  bisa  memerlukan Preheat untuk  mengurangi heat  input yang  diperlukan  untuk pengelasan. Pengelasan aluminum memiliki tingkat kesulitan yang lebih dibanding pengelasan
baja  karbon,  ketidaksempurnaan  pengelasan  seperti  porositas, incomplete  fusion, penurunan kekuatan dan keuletan adalah masalah utama.
Kajian tentang penyambungan las aluminum 5083 dengan menggunakan filler metal yang  bervariasi  dapat  memberikan  gambaran  tentang  sifat  mekanik  sambungan  las  yang dihasilkan  sehingga  pemilihan filler  metal yang  tepat  dapat  disesuaikan  dengan  kebutuhan aplikasi
Material  aluminum  5083  H112  merupakan  paduan  aluminum  dengan  elemen Magnesium  sebagai  paduan  utama,  paduan  ini  merupakan  paduan non  heat-treatable yang hanya mengalami strain hardened , memiliki kekuatan dan keuletan  yang memadai. Paduan ini dapat dianil dengan pemanasan pada temperatur tinggi untuk menghilangkan efek dari cold work untuk  meningkatkan  keuletan.  Ketika  mengelas  paduan  ini  daerah  HAZ  bisa  saja mengalami kehilangan efek penguatan dari cold work , oleh karena itu kekuatan di area ini bisa berkurang mendekati logam aluminum yang mengalami kondisi annil.
Sambungan las aluminum yang menggunakan filler metal 5XXX akan menghasilkan kekuatan yang lebih dibanding penggunaan filler metal lainnya, juga memiliki keuletan yang cukup tinggi. Filler metal 5XXX dapat digunakan untuk mengelas paduan aluminum 5XXX, 6XXX dan 7XXX, kekuatan weld metal bertambah dan sensitifitas terhadap retak berkurang dengan bertambahnya elemen magnesium di dalam filler metal . Filler metal 5XXX memiliki karakteristik yang sagat baik untuk aplikasi cryogenic. Preheat dan interpass temperatur harus dijaga pada 150 o F atau lebih rendah untuk mencegah sensitisasi dan stress corrosion  cracking . Preheat normalnya tidak diperlukan pada pengelasan aluminum dan harus digunakan untuk mencegah atau mengatasi masalah. Preheat bisa menambah lebar HAZ dan menguragi sifat mekanik dari sambungan las pada beberapa paduan tertentu. Satu pengecualian jika plat tebal  dimana  panas  pengelasan  terkonduksi  dengan  cepat  ke  base  metal,  pada  kondisi  ini moderat Preheat dapat mengurangi heat input yang diperlukan untuk menghasilkan fusi dan penetrasi yang baik. Untuk kebanyakan paduan temperatur Preheat tidak lebih dari 300 o F dan waktu aplikasi Preheat seminimal mungkin. Paduan aluminum yang mengandung magnesium antara  3-5,5%  tidak  boleh Preheat di  atas  temperatur  250 o F  dan interpass  temperatur tidak boleh melebihi 300 o F. Pemaparan paduan ini pada temperatur 250 o F-400 o F dalam waktu relatif singkat akan mengurangi ketahanan terhadap stress corrosion cracking .

## PROSEDUR EKSPERIMEN

## 2.1 Material dan filler metal
Objek penelitian ini adalah plat aluminum paduan 5083 H112 dengan ketebalan 8 mm yang dilas menggunakan filler metal yang berbeda yaitu ER5556, ER5356 dan ER5183 dengan diameter 1,2 mm. Proses pengelasan dilakukan menggunakan proses Gas Metal Arc Welding (GMAW)  dengan  gas  pelindung  Argon  99,99%  dengan  kecepatan  alir  20  liter/menit. Komposisi paduan utama dari filler metal dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi paduan utama filler metal [2] No Filler metal Si (%)  Mn (%) Mg (%)  Zn (%) 1 ER5556 0,25 0,50-1,0 4,7-5,5 0,25 2 ER5356 0,25 0,05-0,20 4,5-5,5 0,10 3 ER5183 0,40 0,50-1,0 4,3-5,2 0,25

## 2.2 Parameter pengelasan
Pengelasan  sambungan  dilakukan  menggunakan  mesin  las  GMAW  dengan  polaritas DCRP, parameter las dijaga agar dapat konstan antara masing-masing sambungan dengan filler
metal yang berbeda, parameter dan detail sambungan dapat dilihat pada Tabel 2  dan Gambar 1 di bawah ini
Tabel 2. Parameter pengelasan No Filler metal Arus (A) Tegangan (V) Kec.las (mm/min) Masukan Panas (J/mm) 1 ER5556  125 20-24 ±600 275 2 ER5356  125 20-24 ±600 275 3 ER5183  125 20-24 ±600 275

## Gambar 1 Desain sambungan las

## 2.3 Pengujian hasil pengelasan
Hasil pengelasan dengan tiga filler metal yang berbeda dengan masing-masing dimensi 350  x  300  x  8  mm  dipotong  menjadi  spesimen  uji  tarik,  uji  kekerasan  dan  spesimen  untuk pengamatan struktur mikro.
Pengujian kekerasan hasil pengelasan dilakukan berdasarkan standar ISO 9015, metode vickers  digunakan  dengan  beban  10  kgf  dan  waktu  indentasi  selama  10  detik.  Indentasi dilakukan sebanyak 9 titik dengan masing-masing 3 indentasi di daerah HAZ sisi kiri, weld metal dan HAZ sisi kanan. Lokasi indentasi di HAZ dilakukan dengan jarak 1 mm 2 mm dan 3 mm dari fusion line .
Pengujian tarik transversal hasil pengelasan dilakukan berdasarkan standar ISO 4136 dengan jumlah sebanyak 2 spesimen untuk masing-masing sambungan las.
Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan  berdasarkan  standar  ISO  17639,  spesimen dipoles dan dietsa menggunakan larutan yang terdiri atas H 2 O dan HF, pengamatan struktur dilakukan pada daerah weld metal menggunakan mikroskop optik dengan pembesaran 100x. estimasi  atau  kuantifikasi  partikel  atau  senyawa  yang ada  dilakukan  menggunakan software image analisys

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil uji kekerasan
Hasil pengujian kekerasan dapat dilihat pada Gambar 2. di daerah weld metal secara umum  lebih  rendah  dibanding  dengan  daerah  HAZ  untuk  semua  jenis filler  metal yang digunakan. Rata-rata kekerasan tertinggi sebesar 76,4 HV di daerah weld metal didapat dengan menggunakan filler  metal ER5556  sedangkan  kekerasan  paling  rendah  sebesar  67,0  HV diperoleh  dengan  menggunakan filler  metal ER5356.  Hal  ini  disebabkan  oleh  perbedaan persentase      kandungan  elemen  paduan  yang  berbeda,  ER5556  secara  spesifikasi  memiliki kandungan elemen magnesium dan mangan yang relatif lebih tinggi dibanding filler lainnya sedangkan  ER5356  kandungan  mangan  paling  sedikit.  Nilai  kekerasan  di  HAZ  relatif  sama untuk filler  metal yang  berbeda  karena merupakan  daerah  yang tidak terdampak dilusi  oleh deposit filler metal , di daerah ini tidak terjadi penurunan nilai kekerasan dibandingkan dengan
daerah  base  metal  5083  hal  ini  dikarenakan heat  input pengelasan  yang  digunakan  relatif rendah  yaitu  275  J/mm  akibat  kecepatan  las  yang  tinggi  dengan  penggunaaan  proses  las GMAW. Untuk paduan 5083 yang kekuatannya didapat dari work hardening / cold work saat dibawah pengaruh siklus termal akibat pengelasan, penurunan sifat mekanik karena perubahan struktur butir akibat rekristalisasi tidak banyak  terjadi sehingga tidak terjadi pelunakan yang berarti  di area HAZ paduan aluminum 5083[3]
Gambar 2. Distribusi nilai kekerasan di dareah weld metal dan HAZ

## 3.2 Hasil uji kuat tarik
Gambar 3 menunjukkan permukaan patahan pada spesimen uji tarik. Semua hasil uji mengalami patah di daerah weld metal . Terlihat adanya cacat las berupa incomplete fusion pada spesimen filler metal ER5556 sehingga mempengaruhi nilai kuat tariknya. Nilai kuat tarik terendah  rata-rata  sebesar  235  MPa  pada filler  metal ini  disebabkan  oleh  adanya  cacat pengelasan  bukan  karena  sifat  mekanik  yang  buruk,  hal  ini  dapat  di  buktikan  dengan  nilai kekerasan filler metal ER5556 di weld metal adalah yang tertinggi, selain itu juga dengan nilai salah  satu  spesimen  yang  hampir  mendekati  kekuatan  tarik  rata-rata  dari  filler  ER  5183 walaupun didalamnya terdapat cacat dengan ukuran kecil. Dari nilai kuat tarik yang tercantum dalam Tabel 3 Kekuatan sambungan las tertinggi 273 MPa didapat dari penggunaan filler metal ER5183. Keuletan sambungan paling tinggi didapat dengan menggunakan filler metal ER5356 ini ditunjukkan oleh nilai prosesntase elongasi paling tinggi yaitu 13,5 % dibandingkan dengan yang lain berkisar antara 4,2%-4,7%
Tabel 3. Hasil uji tarik No Filler metal Kuat tarik (MPa) Rata-rata (Mpa) Elongasi (%) Rata-rata (%) 1 ER5556 272 235 5,2 4,7 2 ER5556 198 4,2 3 ER5356 272 267 12,7 13,5 4 ER5356 262 14,3 5 ER5183 278 273 4,1 4,2 6 ER5183 268 4,3
(a) (b) (c)
Gambar 3 Permukaan patahan di daerah logam las pada spesimen uji tarik (a) ER5556 (b) ER5183 (c) ER5356

## 3.3 Hasil pengamatan struktur mikro
Pada hasil pengamatan dengan skala makro pada Gambar 4 sampai dengan Gambar 6 tampak terlihat adanya porositas kecil yang merata di daerah logam las untuk semua jenis filler metal yang  digunakan.  Gas  terlarut  seperti  hidrogen,  oksigen  dan  nitrogen  selalu  ada  pada logam cair aluminum selama pengelasan. Porositas pada hasil las GMAW pada aluminum pada umumnya  disebabkan  oleh  kelarutan  hidrogen  yang  tinggi  di  dalam  aluminum  cair[4]. Porositas  dapat  diminimalkan  dengan  pengelasan  autogenous  atau  tanpa  penggunaan filler metal ,  ketika  menggunakan filler  metal ,  level  porositas  meningkat  karena  kontaminasi  dari filler metal , penggunaan heat input pengelasan dapat mengurangi porositas karena membuat pendinginan lebih lambat ini memberi kesempatan gas hidrogen yang terlarut dapat keluar dari logam cair[5]
Gambar 4 Porositas pada logam las filler metal ER5556
Gambar 5 Porositas pada logam las filler metal ER5356 Gambar 6 Porositas pada logam las filler metal ER5183
Gambar 7 Struktur mikro daerah logam las menggunakan filler metal ER 5556
Gambar 8 Struktur mikro daerah logam las menggunakan filler metal ER 5356
Gambar 9 Struktur mikro daerah logam las menggunakan filler metal ER 5183
Ukuran  partikel  atau  presipitat  Mg 2 Al 3 yang  dihasikan  oleh filler  metal ER  5356 berbeda  dan  menghasilkan  partikel  senyawa  Mg 2 Al 3 lebih  besar  dibanding lainnya  ini  salah satu faktor yang menghasilkan keuletan paling tinggi selain karena faktor komposisi elemen magnesium  dan  mangan  yang  rendah  ukuran  presipitat  magnesium  dan  ukuran  butir mempengaruhi  nilai  kekerasan [6] .  Hasil  pengukuran  prosesentase  partikel  Mg 2 Al 3 didapat 26,2% pada weld metal filler ER 5556, 24,8% pada weld metal filler ER 5356 dan 25,1% pada weld metal filler ER 5183

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  hasil  pengujian  dapat  disimpulkan  bahwa filler  metal ER  5356  menghasilakn sambungan las yang paling ulet dibandingkan dengan filler metal ER 5556 maupun ER 5183. Kekuatan sambunagn las paling tinggi didapat dengan menggunakan filler metal ER 5183 dan filler metal ER 5556 jika tidak ada cacat las pada weld metal . Nilai kekerasan tertinggi didapat dengan penggunaan filler metal ER 5556. Struktur mikro terdapat perbedaan ukuran partikel dan jumla sebaran senyawa Mg 2 Al 3 , presipitasi partikel dengan ukuran relatif besar didapatkan dari  penggunaan filler  metal ER  5356  sedangkan  jumlah  persentase  partikel  lebih  banyak ditemukan pada weld metal ER 5556.

## REFERENSI
[1] Av. Jebaraj, T. Sampath Kumar, and V. Jebaraj, “Mechanical and corrosion behaviour of  aluminum  alloy  5083  and  its  weldment  for  marine  applications,”  2020.  [Online]. Available: www.sciencedirect.comwww.materialstoday.com/proceedings2214-7853
[2] “SECTION II MATERIALS Par t C Specifications for Welding Rods, Electrodes, and Filler  metal s  2023  ASME  Boiler  and  Pressure  Vessel  Code  An  International  Code.” [Online]. Available: www.asme.org/cer
[3] L.  jun  WU et  al. ,  “Effects  of  welding  layer  arrangement  on  microstructure  and mechanical properties of gas metal arc welded 5083/6005A aluminium alloy butt joints,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition) , vol. 33, no. 6, pp. 1665–1676, Jun. 2023, doi: 10.1016/S1003-6326(23)66212-0.
[4] Y. Liu et al. , “Microstructure and mechanical properties of aluminum 5083 weldments by gas tungsten arc and gas metal arc welding,” Materials Science and Engineering: A , vol. 549, pp. 7–13, Jul. 2012, doi: 10.1016/j.msea.2012.03.108.
[5] Gene. Mathers, The welding of aluminium and its alloys . CRC Press, 2002.
[6] P. Peasura and A. Watanapa, “Influence of shielding gas on aluminum alloy 5083 in gas Tungsten  arc  welding,”  in Procedia  Engineering ,  2012,  pp.  2465–2469.  doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.333.