## LAJU PENDINGINAN PENGELASAN BAJA CARBON SEDANG PADA TEMPERATUR LINGKUNGAN BERBEDA
R.N. Akhsanu Takwim 1 , Kris witono 2 , Pondi Udianto 3
Politeknik Negeri Malang
E-mail  : 1 akhsanu140174@gmail.com , 2 k_witono@yahoo.com , 3 pondi_udianto@yahoo.co.id

## ABSTRACT
The  quality  of  welding  results  is  influenced  by  the  shape  of  the  microstructure  of  the welding material especially in the HAZ region. The shape of the welding microstructure is  largely determined by the cooling rate of the  weld  material.  The  cooling  rate of the weld is greatly influenced by the heat input from the arc and the ambient temperature. This study aimed to determine the effect of different environmental temperatures on the cooling  rate  of  welding  results.  Welding  of  GMAW  fillets  on  medium  carbon  steel plates S50C, with variations in welding currents 90 A, 100A and 110A and carried out at variations in environmental temperature of 15 o C, 10 o C and 5 o C. Temperature data on the  middle,  welding  part  is  taken  with  a  digital  thermometer  to  compare  the  effect  of each variable. The test results show that the greater the welding current, the slower the cooling rate. Similarly, an increase in ambient temperature causes a decrease in the weld metal's cooling rate.
Keywords: GMAW, ambient temperature, welding current, S50C steel.

## 1. PENDAHULUAN
Lingkup  penggunaan  teknik  pengelasan  dalam  kontruksi  mencakup  bidang yang  sangat  luas  termasuk  di  dalamnya  untuk  bidang  pertambangan.  Pengelasan kontruksi  dalam  pertambangan  terkadang  harus  dilakukan  dalam  kondisi  cuaca  dan iklim  setempat.  Pada  daerah  dataran  rendah  atau  negara  beriklim  tropis  perubahan temperatur  lingkungan  tidak  terlalu  ekstrim.  Berbeda  dengan  daerah  dataran  tinggi atau  negara  beriklim  subtropis,  dimana  perubahan  temperatur  bisa  terjadi  sangat ekstrim.
Pada  temperatur  lingkungan  normal  atau  cenderung  tinggi  tidak  banyak mempengaruhi  hasil  pengelasan  karena  laju  pendinginan  yang  cenderung  lambat. Namun  pada  temperatur  lingkungan  yang  cenderung  rendah  disinyalir  akan mempercepat  laju  pendinginan  yang  berakibat  pada  penurunan  kualitas  hasil pengelasan.
Dalam penelitian ini, material pelat baja karbon S50C,dilas fillet menggunakan
proses  GMAW  dengan  variasi  arus  pengelasan,  90  A,  100  A,  dan  110  A,  pada temperatur  lingkungan  15 o C,  10 o C    dan  5 o C  .  Data  temperatur  pada  bagian pengelasan  diambil  dengan  termometer  data  logger.  Selanjutnya  dilakukan perhitungan  masukan  panas  yang  terjadi  selama  proses  pengelasan  dengan menggunakan persamaan berikut:
(  ) (         ) (  ) (1)
Di  mana adalah  efisiensi  termal  proses  las  (0,84  untuk  GMAW), V adalah tegangan (volt) dan S adalah kecepatan pengelasan (mm/menit), (Kou, 2003)
Sedangkan  perbandingan  laju  pendinginan  dapat  diperoleh  dari  hasil pengukuran   gradien  temperatur  dari  temperatur puncak  sampai  temperatur  pada saat 30 detik setelah  pengelasan berakhir. Laju pendinginan dipengaruhi oleh perpindahan panas  yang  terjadi  dari  logam  lasan  menuju  lingkungan  sekitarnya  baik  secara konduksi  melalui  logam  induk,  konveksi,  maupun  radiasi.  Besarnya  laju  panas  yang berpindah  ke  lingkungan  melalui  konveksi  dihitung  berdasarkan  persamaan  (2) berikut:
( ) (2)
Untuk    laju  perpindahan  panas  secara  radiasi  dapat  dihitung  menggunakan persamaan (3) berikut ini:
( ) (3)
Dan  untuk  laju  perpindahan  panas  secara  konduksi  sebagaimana  persamaan (4).
( ) (4)
Di  mana, A surf adalah  luas  permukaan  , h adalah  koifisien  konveksi, ε adalah emisivitas termal, σ adalah konstanta stefan boltzmann , K adalah koifisien konduksi, T p adalah  temperatur  puncak  pengelasan, T 0 adalah  temperatur  lingkungan  dan L adalah jarak logam las ke ujung logam induk, (Dutta,2014)
A. Kawat Las
Kawat las  yang digunakan adalah  AWS.A5.18  ER70S-6 dengan diameter 0,8 mm

## B. Gas Pelindung
Gas  pelindung  yang  digunakan  adalah  CO2  dengan  debit  aliran  10  liter  per menit.

## 2. METODOLOGI
Langkah-langkah  untuk  meneliti  laju  pendinginan  pengelasan  baja  karbon sedang pada temperatur lingkungan yang berbeda adalah sebagai berikut:
 Persiapan logam induk
 Persiapan bilik pengelasan
 Mengembangkan matriks desain.
 Melakukan percobaan sesuai dengan matriks desain.
 Pengukuran temperatur  selama pengelasan.
 Membandingkan  laju pendinginan.
A. Persiapan Logam Induk
Logam  induk  yang  digunakan  adalah  pelat  baja  karbon  sedang  S50C  dengan tebal 10 mm dan diatur untuk pengelasan fillet seperti gambar 1.
Gambar 1. Dimensi logam induk
Sedangkan  komposisi  kimia  dari  S50C  sesuai  sertifikat  material  adalah sebagaimana tabel 1.
T ABEL 1. K OMPOSISI KIMIA LOGAM INDUK ( SUMBER : ANONIM , 2019) Standard Grade C Mn P S Si JIS G4051 S50C 0.47-0.53 0.60-0.90 0.030 0.035 0.15-0.35

## B. Persiapan Bilik Pengelasan
Untuk  mengkondisikan  proses  pengelasan  berada  pada  kondisi  temperatur lingkungan  yang  sesuai, maka  dibuat  bilik  pengelasan  dengan pendingin campuran es
1 0 0 100 10 T
dan garam, sebagaimana tampak pada gambar 2. Tinggi rendah temperatur bilik diatur berdasarkan volume campuran es dan garam yang diberikan.  Semakin banyak volume pendingin  pada  dinding  bilik,  maka  semakin  rendah  temperatur  di  dalam  bilik pengelasan.  Demikian  sebaliknya,  untuk  menaikkan  temperatur  di  dalam  bilik pengelasan, dengan cara mengurangi volume pendingin pada dinding bilik las .
Gambar 2. Bilik Pengelasan dengan Pendingin Es dan Garam
C. Matrik Desain
Selanjutnya  mempersiapkan  matrik  desain  penelitian  yang  ditunjukkan  dalam tabel 2.
T ABEL 2. M ATRIK DESAIN PENELITIAN Arus Pengelasan (I) Temperatur Lingkungan Tegan gan (V) Travel  Speed (S) 15 o C 10 o C 5 o C 90 A Sp. 1 Sp. 2 Sp.3 13 V 10 mm/ menit 100 A Sp. 4 Sp.5 Sp.6 13 V 10 mm / menit 110 A Sp.7 Sp.8 Sp.9 13 V 10 mm / menit

## D. Pengukuran Temperatur Selama Pengelasan
Termokopel    tipe  k  dipasang  pada  lubang  berdiameter  1,5  mm  sedalam  7mm, berjarak 10 mm dari ujung bawah pelat  yang terletak pada bagian belakang salah satu logam  induk  (gambar  1).  Satu  termokopel  dipasang    di  udara  lingkungan  di  sekitar ruang  pengelasan.  Semua  termokopel  terhubung  dengan  digital  meter  untuk  mencatat temperatur  masing-masing  dalam  rentang  waktu  yang  sama.  Alat  ukur  temperatur hanya sebagai pembanding bukan nilai yang sebenarnya .
Selanjutnya  proses  pengelasan  dilakukan    menggunakan    kawat  las  ER  70S-6 dengan  debit  gas  10  liter/menit  untuk  masing-masing  variabel  pengujian.  Gambar  3 menunjukkan proses pengelasan spesimen pada bilik las berpendingin.
Gambar 3. Proses Pengelasan spesimen

## 3. Hasil dan Pembahasan
Dalam  penelitian  ini  pengaruh  arus  pengelasan  dan  temperatur  lingkungan terhadap  laju  pendinginan  telah  diteliti.  Laju  pendinginan  lasan  dipengaruhi  oleh masukan panas yang diberikan oleh busur las pada lasan.

## A. Arus Pengelasan
Arus  pengelasan  merupakan  salah  satu  variabel  yang  mengontrol    masukan panas  selain  tegangan  (voltage)  dan  kecepatan  pengelasan  (travel  speed).    Hasil perhitungan  masukan  panas  untuk  beberapa  arus  pengelasan  berbeda  sebagaimana terlihat pada tabel 3.
Tabel 3. Masukan Panas Untuk Tiap Arus Pengelasan No. Arus Pengelasan (A) Tegangan (V) Kecepatan Pengelasan (m/menit) Masukan Panas (KJ/mm) 1 90 13 100 0,58968 2 100 13 100 0,6552 3 110 13 100 0,72072
Gambar 4. Perbandingan temperatur pada arus pengelasan yang berbeda
Untuk  tegangan  dan  kecepatan  pengelasan  yang  sama,  semakin  besar  arus pengelasan  menghasilkan  masukan  panas  yang  semakin  besar.  Sehingga  pada  arus pengelasan  yang  lebih  besar  akan  menghasilkan    temperatur  pengelasan  yang  lebih besar pula. Hal ini terlihat pada grafik temperatur hasil pengujian sebagai mana tampak pada gambar 4.
Tampak  juga  dalam  grafik,  bahwa  pada  arus  pengelasan  yang  lebih  besar memiliki laju pendinginan yang lebih lambat dibandingkan pada arus pengelasan yang lebih  kecil.  Dari  data  rekaman  temperatur,  menunjukan  pada  saat    detik  ke  87 temperatur  lasan  dengan  arus  pengelasan    90  A  sudah  mencapai  624 o C,  sedangkan pada  arus  pengelasan  100  A  dan  110  A  masing-masing  masih  mencapai  714 o C  dan 786 o C.
0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 Tem p e ratu r ( o C) Waktu (s) Arus 90A Arus 100A Arus 110A

## B. Temperatur Lingkungan
Pengelasan  pada  temperatur  lingkungan  yang  berbeda  menghasilkan  grafik temperatur  yang  berbeda  pula.  Pengelasan  pada  temperatur  lingkungan  yang  lebih tinggi dengan arus pengelasan yang sama, menyebabkan temperatur puncak yang lebih tinggi  dibandingkan  dengan  pengelasan  pada  temperatur  lingkungan  lebih  rendah sebagai mana tampak pada gambar 5.
Gambar 5. Perbandingan Temperatur Pengelasan Dengan Arus 90 A Pada  Beberapa Temperatur Lingkungan yang Berbeda
Hal  ini  disebabkan  oleh  perbedaan  temperatur  awal  pelat  yang  akan  di  las, dimana temperatur pelat cenderung mengikuti temperatur lingkungan. Pada temperatur lingkungan  yang  tinggi,  maka  temperatur  awal  pelat  juga  tinggi.  Sebaliknya  jika temperatur  lingkungan  rendah,  maka  temperatur  awal  logam  induk  juga  cenderung rendah.
Pada proses  pengelasan, masukan energi  panas dari busur las digunakan untuk menaikkan  temperatur  logam  induk  dari  kondisi  awal  sampai  mencapai  temperatur leburnya.  Pada  proses  ini,  gradien  temperatur    cukup  besar  dan  dipengaruhi  oleh temperatur  awal  material.    Pada  tahap  selanjutnya,  energi  panas  dari  busur  las digunakan  untuk  proses  peleburan  material,  di  mana  pada  tahapan  ini  gradien temperatur berkurang (terjadi pada logam paduan) atau sama dengan  nol (untuk logam murni)  sampai  proses  peleburan  selesai.  Setelah  itu,  energi  panas  digunakan  untuk
0 200 400 600 800 1000 0 50 100 Tem p e ratu r ( o C) waktu (s) Laju Pendinginan pada Arus Pengelasan 90 A Temperatur lingkungan 5 derajat C
Temperatur Lingkungan 10 derajat C
Temperatur Lingkungan
15 derajat C
menaikkan  temperatur  cairan  logam.  Dengan  demikian  untuk  logam  induk  dengan temperatur  awal  lebih  tinggi  disamping  memiliki  temperatur  puncak  lebih  tinggi  juga memiliki gradien temperatur lebih tegak dibandingkan logam induk dengan temperatur awal yang lebih rendah.
Walaupun  besar  arus  pengelasan  sama  (90  A)  tetapi  temperatur  puncak pengelasan  tergantung  pada  temperatur  awal  logam  induk.  Demikian  pula  laju pendinginan  yang  terjadi    dipengaruhi  oleh  temperatur  puncak  pengelasan.  Semakin tinggi temperatur puncak pengelasan maka laju pendinginan semakin lambat.
Selain  mempengaruhi  temperatur  awal  logam  induk,  temperatur  lingkungan juga  secara  langsung  mempengaruhi  laju  pendinginan  logam  las  melalui  perpindahan panas  dari  logam  las  ke  lingkungan  sekitar,  baik  secara  konduksi,    konveksi  maupun secara radiasi sesuai dengan persamaan ( 2), (3)dan (4).
Kondisi  yang  sama  juga  berlaku  pada  arus  pengelasan  yang  lebih  besar,  baik pada temperatur 100 A maupun 110 A. Seperti terlihat pada gambar 6a dan 6b. Yang membedakan  adalah  temperatur  puncak  pada  arus  110  A    lebih  tinggi  dibandingkan temperatur puncak pada 100 A dan 90 A.
(a)
(b) Gambar 6. Perbandingan  grafik temperatur (a) pada arus 100 A (b) pada arus pengelasan 110 A, untuk temperatur lingkungan yang berbeda
0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 Tem p e ratu r ( o C) waktu (s) Laju Pendinginan pada Arus Pengelasan 100 A Temperatur lingkungan 5 derajat C Temperatur Lingkungan
10 derajat C Temperatur Lingkungan 15 derajat C 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 Tem p e ratu r ( o C) waktu (s) Laju Pendinginan pada Arus Pengelasan 110 A Temperatur lingkungan 5 derajat C
Temperatur Lingkungan 10 derajat C
Temperatur Lingkungan 15 derajat C
Gambar 7. Cara menghitung laju pendinginan dari grafik temperatur
Perbedaan yang lain adalah gradien temperatur awal sampai temperatur puncak, dimana semakin tinggi arus pengelasan,semakin besar gradien temperatur yang terjadi.
Laju pendinginan  yang terjadi pada tiap perlakuan, dapat dihitung dengan cara membuat  perpanjangan  garis  gradien  temperatur  pendinginan  dari  temperatur  puncak sampai menyentuh sebuah garis  temperatur mendatar tertentu sebesar 500 o C, seperti tampak pada gambar 7.
Selanjutnya menghitung selisih temperatur batas atas 800 o C dengan temperatur batas bawah (∆T), dan waktu yang dibutuhkan dari temperatur batas atas ke temperatur batas bawah (∆s). Laju pendinginan (CR) dapat dihitung dengan persamaan (5) berikut ini:
(  )
(5)
Berdasarkan  rekaman  data  pengelasan,  hasil  perhitungan  laju  pendinginan, disajikan pada tabel 4 berikut ini:
Tabel 4. Laju Pendinginan untuk arus pengelasan dan temperatur lingkungan berbeda
No. Arus Pengelasan (A) Laju Pendinginan o C/s Temperatur lingk. 5 o C Temperatur lingk. 10 o C Temperatur lingk. 15 o C 1 90 9,38 7,69 7,32 2 100 7,14 6 5 3 110 5,77 5,45 4,76
Dari  tabel  4.  Tampak  bahwa  laju  pendinginan  semakin  lambat  dengan peningkatan  arus  pengelasan.  Demikian    halnya  dengan  peningkatan  temperatur lingkungan juga dapat memperlambat laju pendinginan logam las.
.
4. Kesimpulan
Arus  pengelasan  berpengaruh  secara  langsung  terhadap  laju  pendinginan,  di mana  semakin  besar  arus  pengelasan,  maka  laju  pendinginan  semakin  lambat. Sebaliknya semakin kecil arus pengelasan, maka laju pendinginan semakin cepat.
Semakin rendah temperatur lingkungan sekitar, menyebabkan laju pendinginan semakin  cepat.  Sebaliknya  peningkatan  temperatur  lingkungan  menyebabkan  laju pendinginan semakin lambat.
Laju  pendinginan  yang  cepat  pada  temperatur  lingkungan  pengelasan  yang rendah dapat dikurangi dengan menaikkan arus pengelasan..

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2019. www.astmsteel.com
Dutta, J., and Narendranath, S., 2014. ESTIMATION OF COOLING RATE AND ITS EFFECT  ON  TEMPERATURE  DEPENDENT  PROPERTIES  IN  GTA WELDED  HIGH CARBON STEEL JOINTS.  Review of  Industrial  Engineering letters 2014 Vol. 1, No. 2, pp. 1-20
Kou,S.,  2003  “Welding Metallurgy,”  A  Wiley-Interscience  Publication John  Willey  & Sons, New York.
Rahul,  Arya,  K  Harish,and  Saxena,  R  K.,  2014.    Effect  of  Cooling  Rate  on Microstructure  of  Saw  Welded  Mild  Steel  Plate  (Grade  C  25  as  Per  IS  1570), International  Journal  Of  Modern  Engineering  Research  (IJMER), Vol.  4    Iss.  1 Jan. 2014
Syahida,  Nurul  Mohd  Nasir,  Azhar,  Mohammad  Khairul  Abdul  Razab,  Iqbal, Muhammad Ahmad and Mamat, Sarizam. 2017. INFLUENCE OF HEAT INPUT
ON CARBON STEEL MICROSTRUCTURE. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences VOL. 12, NO. 8, APRIL 2017 ISSN 1819-6608