PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PREHEAT PADA PENGELASAN SMAW TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN BAJA KARBON SS400
Savitri Ramadhani 1 , Basyirun 2 , Rusiyanto 3 , Sunyoto 4 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Email: savitri44@students.unnes.ac.id

## ABSTRACT
This  article  described  a  study  of  the  effect  of  a  SMAW  welding  process  with  no  preheating  and  varied preheating  temperatures  on  the  microstructure  and  hardness  of  SS400  steel.  The  research  used  experimental design methods. The variables in this study are the preheat temperatures which are 80 °C, 110 °C, 140 °C, and 170  °C.  Parameters  of  welding  electrode  types,  welding  current,  and  the  duration  from  preheating  to  the welding process are made for each preheat  temperature variation. Variations in  preheating temperature have different effects on the microstructure and Vickers hardness of SS400 steel. The results conclude that preheating temperature  variations  in  the  SMAW  welding  process  affect  the  microstructure  and  the  resulting  Vickers hardness value. Specimens at temperature variations of 140 °C to 170 °C did not have a martensitic structure, while martensite occurs between ferrite and pearlite in the raw materials for the specimens at 80 °C and 110 °C preheat  temperatures.  The  higher  the  preheat  temperature,  the  less  the  amount  of  martensite.  The  hardness value  is  in  line  with  the  formed  microstructure.  There  is  an  effect  of  non-preheat  welding  and  variations  in preheat  temperature  on  the  Vickers  hardness  value  of  the  SS400  steel  SMAW  welding  process.  The  preheat temperature  variations  affect  a  significantly  decreased  hardness  value  of  SS400.  Specimen  with  the  lowest preheat has the highest hardness in the weld metal area, and the highest preheat has the lowest hardness in the base metal area. The average highest hardness value is in the weld metal area, while the lowest is in the base metal area.

## Keywords: SMAW welding, preheat, microstructure, Vickers hardness

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pengelasan SMAW tanpa preheat dan dengan variasi temperatur preheat sebesar  80  C,  110  C,  140  C, dan  170  C  terhadap  struktur  mikro  dan  nilai  kekerasan  baja SS400.  Metode  penelitian  menggunakan  metode  eksperimental  design.  Variasi  dalam  penelitian  ini  adalah variasi temperatur preheat sebesar 80  C, 110  C, 140  C, dan 170  C. Parameter lain seperti jenis kawat las, arus pengelasan,  dan  jarak  waktu  dari  preheat  ke  pengelasan  dibuat  seragam  disetiap  variasi  temperatur.  Variasi temperatur preheat memiliki pengaruh yang berbeda terhadap  struktur mikro dan  nilai kekerasan Vickers baja SS400.  Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilaksanakan  dapat  disimpulkan  bahwa  terdapat  pengaruh  variasi temperatur preheat pada  proses  pengelasan  SMAW  terhadap  struktur  mikro  dan  nilai  kekerasan  Vickers  yang dihasilkan.  Spesimen  pada  variasi  temperatur  140  C  hingga  170  C  tidak  terdapat  struktur martensite . Sedangkan  spesimen raw  material ,  80  C,  110  C  terdapat martensite di  antara ferrite dan pearlite .  Semakin tinggi  temperatur preheat ,  semakin  sedikit  jumlah martensite .  Hasil  nilai  kekerasan  sejalan  dengan  struktur mikro  yang  terbentuk,  terdapat  pengaruh  pengelasan non  preheat dan  variasi  temperatur  preheat  pada  proses pengelasan SMAW baja SS400 terhadap nilai kekerasan Vickers. Pengaruh variasi temperatur preheat terhadap nilai  kekerasan  baja  SS400  adalah  terjadi  penurunan  terhadap  kekerasan  secara  signifikan  di  semua  daerah pengelasan.  Sedangkan  spesimen preheat terendah  memiliki  kekerasan  tertinggi  di  daerah weld  metal dan spesimen preheat tertinggi memiliki kekerasan terendah sebesar di daerah base metal . Rata-rata nilai kekerasan tertinggi di daerah weld metal dan terendah di daerah base metal .
Kata kunci: pengelasan SMAW, preheat , struktur mikro, nilai kekerasan Vickers
https://journal.uny.ac.id/index.php/dynamika/issue/view/2267

## PENDAHULUAN
Baja SS400 memiliki kadar karbon yang rendah  sehingga  mudah  dilakukan  pengelasan dan memiliki tensile  strength sebesar 400-560 MPa membuat baja SS400 memiliki ketangguhan dan  keuletan  yang  baik  sehingga sering  digunakan  pada  rangka  konstruksi, produksi  perkapalan  khususnya pada  lambung kapal  (Julian,  dkk.  2019:  278).  Namun,  pada penggunaanya  baja  SS400  sering  terjadi distorsi  dan  kepekaan  yang  rendah  terhadap retak  las.  Salah  satu  cara  mencegah  retak  las pada  ponton  adalah  dengan  melakukan pemanasan mula ( preheat ).
Proses perlakuan panas ( heat treatment ) merupakan  suatu  proses  yang  bertujuan  untuk mengubah  sifat  logam  dengan  cara  mengubah struktur  mikro  melalui  proses  pemasukan panas  pada  variasi  temperatur  tertentu  dan pengaturan laju pendinginan dengan atau tanpa merubah  komposisi  kimia  logam  (Saefuloh, dkk.  2018:  57).  Pemanasan  awal  adalah pemanasan  logam  dasar  hingga  mencapai temperatur  tertentu  sebelum  pengelasan  yang bertujuan  untuk  menaikkan  temperatur  logam induk  dan  merubah  struktur-struktur  mikro sesuai tujuan penggunaan.
Preheat pada  logam  sebelum  proses pengelasan  mempengaruhi  persentase  karbon (Ningrum,  dkk.  2019:  136).  Pemberian preheat sebelum  pengelasan  menyebabkan laju  pendinginan  lambat  di  daerah  logam  las dan HAZ. Preheat diperlukan untuk mencegah terjadinya retak yang disebabkan oleh munculnya  struktur martensite di  logam  las dan HAZ karena tingginya laju pendinginan.

## METODE PENELITIAN
Jenis  penelitian  pada  penelitian  ini adalah  jenis  eksperimen,  yaitu  penelitian dilaksanakan di laboraturium dengan diberikan perlakuan  ( treatment )  tertentu  dan  diujikan kemudian  didapat  data  dan  nilai  dari  hasil perlakuan yang diterapkan pada sampel.

## Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini  yaitu  baja  SS400,  Kawat  las  AWS  E6013 13D ukuran diameter 3,2 mm, Ampelas Amril grade 120 sampai 2000, autosol, cairan HNO 3 serta  alkohol  96%.  Sedangkan  alat  yang digunakan adalah:
1. Mesin las SMAW merk Lakoni 160 A dengan  arus DC ( direct  current ) polaritas balik ( reverse polarity ).
2. Peralatan dan perlengkapan pengelasan SMAW .
3. Peralatan dan perlengkapan las asetelin atau las karbid.
4. Alat  ukur:  penggaris,  jangka  sorong, bevel (pengukur sudut).
5. Thermometer infrared.
6. Timer/stopwatch.
7. Kikir dan gerinda tangan.
8. Mesin gergaji.
9. Gelas ukur dan pipet tetes
10. Alat uji komposisi ( Spectrometer ).
11. Alat foto mikro: Metallurgical
Microscop  with  Inverted  “Olympus
PME 3”.
12. Alat uji kekerasan Vickers: Microhardness Tester FM-800.
Parameter  pada  penelitian  ini  adalah sebagai berikut:
1. Variabel  bebas,  terdiri  dari raw material , non preheat ,  dan  variasi temperatur preheat sebelum
pengelasan yaitu 80 ° C, 110 ° C, 140 ° C, dan 170 ° C.
2. Variabel  terikat,  yaitu  struktur  mikro dan nilai kekerasan Vickers.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Material Awal

## Hasil Uji Struktur Mikro Material Awal
Menurut penelitian Ningrum, dkk (2019:  139),  spesimen  uji  tanpa preheat menghasilkan struktur mikro dominasi pearlite yang  menyebabkan  material  keras.  Foto struktur  mikro  menunjukkan  terdapat  fasa martensite,  ferrite, dan pearlite dengan distribusi  merata. Raw  material ini  tidak mengalami  proses  pemanasan  baik  dari preheat maupun  pengelasan  sehingga  masih terdapat  struktur martensite dan  didominasi pearlite yang  menunjukkan raw  material memiliki kekekerasan yang tinggi  dan cenderung  getas  dengan  adanya  struktur martensite.
Gambar  2.  Foto  Struktur  Mikro Raw  Material
Perbesaran 200x

## Hasil  Uji  Nilai  Kekerasan  Vickers Material Awal
Pengujian  nilai  kekerasan  Vickers  pada material  awal  dapat  dijadikan  pembanding dalam  uji  kekerasan  Vickers  pada  spesimen non preheat dan dengan preheat .
Tabel 1. Nilai Kekerasan Raw Material Spesimen Nilai Kekerasan Rata-Rata Nilai Kekerasan (HVN) Raw Material
191.3  178.7 184.7 182.1  188.8
197.7  170.3 174.3  189.7 186.2  173.5 188.3  171.2 186.1  217.1 165.2  200.1 195.6  178.4 180.3  200.8 173.3 184 178.8  181.4 Pengaruh  Proses  Pengelasan  SMAW Tanpa Preheat terhadap Struktur Mikro Baja SS400
Hasil  Foto  dan  Pembahasan  Struktur Mikro Pengelasan SMAW Tanpa Preheat
b. HAZ Kanan c. HAZ Kiri d. Base Kanan e. Base Kiri
f. Batas Butir Daerah Weld Metal ke HAZ
g. Batas Butir Daerah HAZ ke Base Metal Gambar  3.  Struktur  Mikro  Pengelasan SMAW Tanpa Preheat Perbesaran 200x (gambar a-g)
Gambar  3  di weld  metal spesimen terdapat  beberapa  struktur martensite yang bersifat  yang  keras  dan  getas.  Bagian HAZ kanan  dan HAZ kiri  berupa  butiran-butiran dominasi pearlite berbentuk  memanjang,
ferrite, dan  beberapa  struktur martensite. Bagian base kanan  dan base kiri  spesimen pengelasan  tanpa preheat memiliki  butir-butir struktur  mikro  berukuran  kecil  dengan persebaran yang lebih meluas dan renggang.
Hasil  Foto  dan  pembahasan  Struktur Mikro Pengelasan SMAW dengan Preheat 80 𝑜
a. Weld b. HAZ Kanan c. HAZ Kiri d. Base Kanan e. Base Kiri
f. Batas Butir Weld Metal ke HAZ
g. Batas Butir HAZ ke Base Metal
Gambar  6.  Struktur  Mikro  Pengelasan  dengan Preheat 140 𝑜 C  Perbesaran  200x (gambar a-g)
Bagian weld terdapat  struktur pearlite dan ferrite, ferrite lebih mendominasi dibanding weld pada  temperatur 110 𝑜 C.  Hal ini  menunjukkan  perlakukan  panas preheat yang lebih tinggi membuat kekerasan spesimen semakin menurun dengan menurunkan  kecepatan  laju  pendinginan sehingga menahan austenite untuk mentransformasikan bentuknya menjadi ferrite
dan pearlite .
Bagian HAZ temperatur ini bentuk grafit sedikit  memanjang  namun  berwarna  lebih cerah  karena  lebih  banyak ferrite daripada pearlite. Tidak  terdapat martensite yang menunjukkan kekerasannya tidak terlalu tinggi seperti pada temperatur sebelumnya.
Daerah base butir yang timbul berbentuk  bulat  besar  yang  merupakan  butir ferrite dan  mendominasi  di  daerah base.
Persebaran butir itu merata dan renggang.
Hasil  Foto  dan  pembahasan  Struktur Mikro Pengelasan SMAW dengan Preheat 170 𝑜 C
a. Weld b. HAZ Kanan c. HAZ Kiri d. Base Kanan e. Base Kiri
f. Batas Butir Weld Metal ke HAZ g. Batas Butir HAZ ke Base Metal Gambar  7.  Struktur  Mikro  Pengelasan  dengan
Preheat 170 𝑜 C  Perbesaran  200x (gambar a-g)
Variasi  temperatur preheat tertinggi  ini menghasilkan  butir-butir ferrite dan pearlite bulat  pada  bagian weld. Bentuk  butir  yaitu kasar  dan  berwarna  gelap  namun  ada  bagian yang  berwarna  terang. Perbandingan  jumlah kedua  struktur  itu  sama  banyak,  namun  bila dibandingkan dengan variasi temperatur sebelumnya  jumlah  butir  lebih  banyak,  lebih menyebar secara  luas, serta ukuran yang lebih besar  menandakan  kekerasan  yang  menurun.
Struktur  mikro  di  bagian HAZ letak  butir semakin  merapat  dan  semakin  banyak  jumlah butirnya.  Persebaran  butir  di  bagian base ini semakin  meluas  dengan  didominasi  butiran ferrite .

## Pengaruh  Proses  Pengelasan  SMAW
Tanpa  Preheat  terhadap  Kekerasan Baja SS400
Tabel  1.  Rata-Rata  Nilai  Kekerasan Raw Material dan  Hasil  Pengelasan
SMAW Tanpa Preheat Spesimen Lokasi Pengujian Rata-Rata Nilai Kekerasan (HVN) Raw Material Non Preheat 184.7 Weld 183.8 HAZ 178.6 Base 171.8
Gambar  8.  Grafik  Nilai  Kekerasan  Vickers Spesimen Pengelasan SMAW Tanpa Preheat
Berdasarkan  analisa  proses  pengelasan SMAW tanpa preheat mempengaruhi  nilai kekerasan  baja  SS400.  Hal  ini  dapat  dilihat dari  perbandingan  nilai  kekerasannya  dengan raw  material yang  memiliki  nilai  kekerasan tertinggi  sebesar  184.7  HVN  dan  mengalami penurunan  kekerasan  pada  semua  daerah karena masukan panas ( heat input ) saat proses pengelasan dilakukan.
Pengaruh  Variasi  Temperatur  Preheat pada Proses Pengelasan SMAW terhadap Kekerasan Baja SS400 Tabel  2.  Hasil  Rata-Rata  Nilai  Kekerasan Vickers Spesimen Pengelasan SMAW tanpa preheat dan  dengan variasi temperatur preheat Variasi Temperatur Percobaan Lokasi Pengujian Weld Metal HAZ Base Metal Non Preheat A 183.8 178.6 171.8 80°C B 183.2 166.3 155.5 110°C C 181.8 162.5 150.5 140°C D 166.7 151.8 150.3 170°C E 160.3 146.6 144.1
Gambar  9.  Grafik  Nilai  Kekerasan  Spesimen
Pengelasan SMAW
dengan Variasi Temperatur Preheat
Berdasarkan Tabel 2 dan grafik diagram batang pada Gambar 9 dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1. Daerah weld  metal, pengaruh  variasi temperatur preheat adalah  penurunan terhadap kekerasan sebesar -0.2793 ditambah konstanta 207.92 yaitu faktor luar atau  faktor  penambah.  Terdapat  R²  = 0.9181 yaitu  sumbangan  pengaruh  variasi temperatur preheat (t)  terhadap  kekerasan (HV)  sebesar  91.81%  dengan  nilai  8.19% sebagai faktor luar.
2. Daerah HAZ, pengaruh  variasi  temperatur preheat adalah penurunan terhadap kekerasan sebesar -0.2327.t terhadap variasi temperatur preheat ditambah dengan konstanta 185.88 merupakan faktor
luar  atau  faktor  penambah.  Terdapat  R²  = 0.9675 yang merupakan sumbangan pengaruh  variasi  temperatur preheat (t) terhadap  kekerasan  (HV)  sebesar  96.75% dengan nilai 3.25% sebagai faktor luar. 3. Daerah base  metal, pengaruh  variasi temperatur preheat adalah  penurunan terhadap kekerasan sebesar -0.1147.t terhadap variasi temperatur preheat ditambah dengan konstanta 164.43 merupakan faktor luar atau faktor penambah.  Terdapat  R²  =  0.9053  yang merupakan  sumbangan  pengaruh  variasi temperatur preheat (t)  terhadap  kekerasan (HV)  sebesar  90.53% dengan  nilai  9.47% sebagai faktor luar.

## SIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka didapatkan beberapa kesimpulan. Terdapat pengaruh proses
pengelasan SMAW tanpa preheat terhadap struktur  mikro  baja  SS400  yakni  dari martensite yang  mendominasi  (keras  dan getas)  menyebar  diantara pearlite ,  ke ferrite dan pearlite (lebih  lunak).  Selain  itu,  terdapat pengaruh  variasi  temperatur preheat pada pengelasan SMAW terhadap  struktur  mikro baja  SS400.  Semakin  tinggi  temperatur preheat yang  digunakan,  semakin  sedikit struktur martensite yang  terbentuk  dan  lebih banyak ferrite dan pearlite yang bersifat lunak.
Khusus  pada  preheat  temperatur  140°C- 170°C,  terlihat  hampir  tidak  ada martensite.
Hasil  lain  menunjukkan  bahwa  terdapat pengaruh  proses  pengelasan SMAW tanpa preheat terhadap  nilai  kekerasan  baja  SS400.
Terjadi penurunan kekerasan setelah dilakukan pengelasan  pada  semua  daerah.  Pengelasan menurunkan  nilai  kekerasan  material  yang disebabkan  oleh  panas  yang  masuk.  Di samping  itu,  terdapat  juga  pengaruh  variasi temperatur preheat terhadap  nilai  kekerasan baja  SS400  adalah  terjadi  penurunan  terhadap kekerasan  di  semua  daerah.  Berpengaruh signifikan terhadap kekerasan (HV).
Adanya  pengaruh  proses  pengelasan SMAW tanpa preheat terhadap  struktur  mikro baja  SS400  yakni  dari martensite yang
mendominasi  (keras  dan  getas)  menyebar diantara pearlite dan ferrite ,  ke ferrite (lebih lunak),  maka  dalam  pelaksanaan  di  lapangan fenomena  tersebut  harus  diperhatikan  dengan adanya efek sampingan pada sambungan yang menyebabkan  keras  dan  getas.  Penurunan kekerasan baja SS400 yang disertai berkurangnya  struktur martensite yang  keras dan  getas  serta  didominasi  struktur pearlite dan lebih banyak ferrite . Agar dihasilkan nilai kekerasan  baja  SS400  tertinggi,  sebaiknya dilakukan  pengelasan  dengan preheat pada variasi  temperatur preheat 80°C.Implikasi untuk penelitian selanjutnya adalah disarankan untuk  menambah  variasi  temperatur  preheat dan melakukan pengujian tarik agar dihasilkan kualitas pengelasan yang lebih baik.

## DAFTAR RUJUKAN
Adawiyah, R., Murdjani, A. Hendrawan. 2014. Pengaruh  Perbedaan  Media  Pendingin terhadap
Struktur Mikro dan
Kekerasan  Pegas  Daun  dalam  Proses Hardening. Jurnal  Poros  Teknik,
6(2):55-102.
Akbar,  D.Y.,  Wartono,  D.R.  Hartana.  2020. Pengaruh Temperatur Preheat terhadap Sifat  Mekanis  Las  SMAW  pada  Baja Karbon. Jurnal  Cendekia  Mekanika , 1(1): 47-56.
Askar,  S.,  S.  Sinarep,  dan  N.  H.  Sari.  2013. Pengaruh  Preheat  dan  Tempering terhadap  Kekerasan  dan  Struktur Mikro  Hasil  Pengelasan  Baja  JIS  SS 400. Dinamika Teknik Mesin , 3(1): 16- 25.
Ali,  M.  S.,  S.  Rao,  dan  N.  Rao.  2012. Modeling the Effects of Preheating on Angular  Distortions  in  One  Sided Fillet  Welds. Journal  of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering , 55(2): 578-583.
Fallahi, A., K. Jafarpur, dan M.R. Nami. 2011. Analysis  of  Welding  Condition  Based on  Inducted  Thermal  Irreversibilities in  Welded  Structures:  Cases  of Welding  Sequences  and  Preheating
Treatment. Scientia Iranica, Transactions B: Mechanical Engineering, 18(3): 398-406. Hestiawan,  H.  dan  A.  F.  Suroyo.  2014. Pengaruh  Preheat  dan  Post  Welding Heat Treatment terhadap Sifat Mekanik  Sambungan  Las  SMAW pada  Baja  Amutit  K-460. Jurnal Mekanika , 5(1): 422-426.
Julian,  N.,  U.  Budiarto,  dan  B.  Arswendo. 2019.  Analisa  Perbandingan  Kekuatan Tarik  pada  Sambungan  Baja  SS400 Pengelasan MAG dengan Variasi Arus
Pengelasan  dan  Media  Pendingin
Sebagai  Material  Lambung  Kapal.
Jurnal Teknik Perkapalan, 7(4): 277:285.
Mat, M. F., A. F.  Musah, A. G. Tham, dan S.
A. Sulaiman. 2015. Evaluation of Rail
Head  Surface  Repair  Using  SMAW Process  with  Pre  Heating  Condition. Jurnal Teknologi (Science and Engineering) , 76(6): 79-83.
Ningrum,  R.  M.  dan  Yunus.  2019.  Pengaruh Preheat Material  ST-41,  Variasi  Arus dan  Rekondisi  Elektroda  Terhadap Struktur  Mikro  dan  Kekerasan  Hasil
Las. Jurnal  Teknik  Mesin, 7(2):  135- 140.
Perdana,  S.,  U.  Budiarto,  dan  A.  W.  B. Santosa.  2020.  Pengaruh  Variasi
Waktu  Penahan  (Holding  Time)  pada Perlakuan  Panas  Normalizing  Setelah Pengelasan  Submerged  Arc  Welding (SAW)  pada  Baja  SS400  terhadap Kekuatan Tarik, Tekuk dan
Mikrografi. Jurnal Teknik Perkapalan , 8(1): 21-30.
R.  W.  Hinton.  dan  R.  K.  Wiswesser.  2008.
Estimating Welding Preheat Requirements for Unknown Grades of Carbon  and  Low-Alloy  Steels. Jurnal
Welding , 87: 273-278.
Rimpung,  I  Ketut.  2017.  Analisis  Perubahan Kekerasan  Permukaan  Baja  (St.  42) dengan Perlakuan Panas 800oC Menggunakan  Metode  Vickers  di Laboraturium  Uji  Bahan  Politeknik
Negeri  Bali. Jurnal  Logic ,  17(1):  67- 72.
Saefuloh.  I.,  Haryadi,  A.  Zahrawan.,  dan  B. Adjiantoro.  2018.  Pengaruh  Proses Quenching dan Tempering terhadap
Sifat  Mekanik  dan  Struktur  Mikro
Baja  Karbon  Rendah  dengan  Paduan Laterit. Jurnal Teknik Mesin
UNTIRTA, 4(1): 56-64.
Sulardjaka, S., D. F. Fitriyana, N. Iskandar, D.
I. Mubarok. 2018. Karakteristik Struktur  Mikro  dan  Kekerasan  Hasil Pengelasan Shielded Metal Arc Welding  (SMAW). Jurnal  Rotasi , 20(3): 184-189.
Triana, T., M. Kamil, dan Y. M. Zulada. 2018. Pengaruh  Variasi  Elektroda  dan  Arus Listrik Pengelasan terhadap Cacat Las dan  Sifat  Mekanik  Pelat  Baja. Jurnal Teknik Mesin UNTIRTA, 4(2): 50-55.
.