## Analisis variasi arus dan jenis pelarut fluks terhadap struktur mikro dan kekerasan baja tahan karat austenitik tipe 304 yang dilas dengan pengelasan Tungsten Inert Gas
Moh. Syaiful Amri * , Mukhlis , Arya Triananda Kusuma Program Studi D4 Teknik Pengelasan, Jurusan Teknik Bangunan Kapal, Politeknik Perkaplan Negeri Surabaya,
Suarabaya, 60111, Indonesia
* e-mail : amri@ppns.ac.id

## Abstrak
Baja  tahan  karat  adalah  bahan  yang  banyak  digunakan  di  berbagai  industri  seperti  dirgantara,  pemrosesan  kimia,  dan transportasi.  Pengelasan  TIG  ( Tungsten  Inert  Gas )  mempunyai tingkat  produktivitas  yang  rendah  dibandingkan  dengan proses pengelasan yang lainnya. Hal  tersebut disebabkan karena penetrasinya dangkal dan nilai  efisiensi pengelasannya yang paling rendah. Penggunaan Aktif fluks dapat memberikan efek terhadap penetrasi pada saat pengelasan, karena aktif fluks merupakan serbuk yang mempunyai kandungan oksida didalamnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek dari beberapa jenis solvent yaitu aseton, methanol, dan ethanol untuk  canpuran aktif fluks TiO 2 pada pengelasan A-TIG ( Aktived  –  Tangsten  Inert  Gas ) dengan  arus  150  A dan  200  A pada  material  austenite  stainless  steel  tipe  304  terhadap kedalaman penetrasinya, kekerasan dan struktur mikro di daerah weld metal,  HAZ dan Base Metal. Penelitian ini di uji hardness dan metalografi. Uji hardness dihasilkan bahwa nilai paling tinggi terdapat pada variasi solvent ethanol dengan arus  200  A  yaitu  sebesar  187,14  HVN.  Pada  Hasil  makro  menunjukan  bahwa  penetrasi  yang  paling  dalam  terdapat  di variasi solvent  ethanol dengan  arus  150  A  yaitu  sebesar  6.99  mm.  Hasil  struktur  mikro  yang  terjadi  pada weld  metal berbentuk  fase vermicular  ferrite dan lathy  ferrite yang  disebabkan  karena heat  input yang  rendah  sehingga  kecepatan pendinginannya tinggi.
Kata kunci : Aktif – TIG, Arus, Solvent, Kekerasan, Struktur Mikro
Analysis of current variation and solvent flux type on microstructure and hardness of type 304 austenitic stainless steel welded by Tungsten Inert Gas welding

## Abstract
Stainless  steel  is  a  widely  used  material  in  various  industries  such  as  aerospace,  chemical  processing,  and transportation.  TIG  (Tungsten  Inert  Gas)  welding  has  a  low  level  of  productivity  compared  to  other  welding processes. This is because the penetration is shallow and the welding efficiency is the lowest. The use of active flux can have an effect on penetration during welding, because active flux is a powder that has an oxide content in it. This study aims to determine the effect of several types of solvents, namely acetone, methanol, and ethanol for the active mixture of TiO2 flux in A-TIG (Actived – Tangsten Inert Gas) welding with a current of 150 A and 200  A  on  austenite  stainless  steel  type  304  material  to  depth.  penetration,  hardness  and  microstructure  in  the weld metal, HAZ and Base Metal areas. This research was tested for hardness and metallography. The hardness test resulted that the highest value was found in the variation of solvent ethanol with a current  of 200 A, which was 187.14 HVN. The macro results show that the deepest penetration is in the variation of solvent ethanol with a current of 150 A, which is 6.99 mm. The results of the microstructure that occurs in weld metal are in the form of  vermicular  ferrite  and  lathy  ferrite  phases  which  are  caused  by  low  heat  input  so  that  the  cooling  speed  is high.
Keywords: Active-TIG, Current, Solvent, Hardness, Micro Structure.

## 1. Pendahuluan
Baja  tahan  karat  adalah  bahan  yang  banyak digunakan  di  berbagai  industri  seperti  dirgantara, pemrosesan  kimia,  dan  transportasi.  Proses Tungsten Inert  Gas (TIG)  atau Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW) banyak digunakan untuk menyambung bagian tipis  baja  tahan  karat.  Namun,  itu  tidak  berguna  dalam menggabungkan  bagian  tebal  dalam  satu  pass  [1,2]. Pengelasan TIG ( Tungsten Inert Gas ) adalah Pengelasan yang  menggunakan  busur  antara non  consumable elektroda  tungsten  dan  benda  kerja  untuk  membentuk kolam  las  yang  menggunakan  gas  pelindung  mulia
sebagai  pelindung  hasil  pengelasannya  tanpa  penerapan tekanan,  dan  dapat  digunakan  dengan  atau  tanpa penambahan  logam  pengisi  [3].  Pengelasan  TIG mempunyai keterbatasan utama yaitu penetrasi pengelasannya  rendah  atau  dangkal.  Bisa  saja  dengan cara menaikkan arus pengelasan yang dapat meningkatkan kedalaman penetrasi, tatapi hanya saja juga dapat  memperlebar  hasil  pengelasan  [4].  Pengelasan  A- TIG ( Activated – Tungsten Inert Gas ) ditemukan sekitar tahun 1960 oleh para peneliti di Paton Electric Welding Institute  (PWI)  di  Ukraina.  Dengan  menerapkan pengolesan lapisan aktif fluks tersebut, maka pengelasan
TIG dengan menggunakan aktif fluks dapat menghasilkan  peningkatan  kedalaman  penetrasi.  Aktif fluks  adalah  penggabungan  bubuk  anorganik  yang dicampur kedalam pelarut organik yaitu solvent. Larutan solvent  memiliki  viscosity  dan vapour  preassure yang berbeda  [5,6].  Untuk  meningkatkan  penetrasi  pada pengelasan  TIG  ( Tungsten  Inert  Gas ),  berbagai  analisa telah dilakukan dalam penggunaan aktif fluks. Proses A- TIG  ( Activated-Tungsten  Inert  Gas )  dapat  meningkatan kedalaman  penetrasi  hingga  300%  atau  1,5  –  4  yang hanya  membutuhkan  pengelasan single  pass pada material  stainless  steel  hingga  ketebalan  10  mm  tanpa menggunakan  bevel  dan  tanpa  penambahan  kawat  las (filler)  [1,2].  Meskipun  pengelasan  A-TIG  ( Activated  – Tungsten  Inert  Gas )  masih  dalam  penelitian,  efek  dari kuantitas  fluks  oksida  pada  penetrasi  las  menunjukkan bahwa  adanya  penyempitan  busur  dan  sehingga cenderung  meningkatkan  penetrasi  dan  membuat hasil  lasan  tidak  melebar  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1 [7].
Gambar 1 . Perbedaan Bentuk Busur Las TIG Konvensional dengan A-TIG [7]
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek dari beberapa  jenis solvent yaitu aseton,  methanol,  dan ethanol untuk canpuran aktif  fluks  TiO 2 pada pengelasan  A-TIG  ( Aktived  –  Tangsten  Inert  Gas ) dengan  arus  150  A  dan  200  A  pada  material austenite stainless steel tipe 304 terhadap kedalaman penetrasinya, kekerasan dan struktur mikro di daerah weld metal ,  HAZ dan Base Metal .

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  proses  pengelasan TIG  tanpa  kawat  pengisi  ( filler )  yang  biasa  disebut autogeneous  weld dengan  arus  150  A  dan  200  A, shielding  gas  99,99%  Argon  dengan flow  rate 12 L/min  pada  material  baja  tahan  karat  tipe austenitic yaitu SA 240 tipe 304 dengan dimensi 150  x 50 x 5 mm  dan  menggunakan square  grove  butt  joint sebagai  desain  sambungannya  yang  dapat  dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 . Square grove butt joint
Pada pengelasan A-TIG ini menggunakan jenis aktif  fluks  TiO 2 (Titanium  Oxide)  dengan  3  macam solvent yaitu  aseton,  methanol,  dan  ethanol.  Dari ketiga solvent tersebut  mempunyai viscosity dan vapour  preassure yang  berbeda,  sebagai  mana  yang ditunjukkan pada Tabel 1. Solvent tersebut berfungsi sebagai  pelarut  dari  serbuk  aktif  fluks,  setiap  20  ml solvent  dicampur  dengan  10  gram  aktif  fluks  lalu diaduk  dengan  menggunakan  mixer  selama  2  menit sampai berbentuk seperti pasta. Setelah itu dioleskan menggunakan kuas cat yang lembut dengan lebar 10 mm  pada  permukaan  spesimen  material  yang  akan dilakukan  proses  pengelasan  yang  dapat  dilihat hasilnya pada Gambar 3.
Tabel 1 . Karakteristik Solvent [8]
Carrier solvent Acetone Methanol Ethanol Viscosity (20 0 C, mPas) 0,389 0,817 1,770 Vapor  pressure (  20 0 C, mm Hg) 184 96 44
Gambar 3 . Pengaplikasian aktif fluks
Pada  proses  pengelasannya,  parameter  yang digunakan  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Yang  mana pengelasannya hanya 1 layer atau singgle pass tanpa menggunakan filler metal.
Tabel 2 . Parameter Pengelasan
Jenis Solvent Current (Ampere) Voltage (Volts) Travel Speed ( mm/s ) Heat Input ( kJ/mm ) Acetone 150 17 2,5 1,02 200 20 1,60 Methanol 150 17 2,5 1,02 200 20 1,60 Ethanol 150 17 2,5 1,02 200 20 1,60
Setelah dilakukan proses pengelasan, dilakukan DT Visual Test , uji metallography (mikro & makro), dan  yang  terakhir  dilakukan  pengujian hardness . Sebelum  melakukan  pengujian  metallography, spesimen  terlebih  dahulu  dipoles  menggunakan mesin  dan  kertas  gosok  hingga  grade  2000  sampai terlihat  sangat  bersih  dan  tidak  ada  noda  pada permukaannya. Setelah melakukan polishing , dilakukan  etsa  dengan  menggunakan  larutan  (30% HNO3+  70%  HCL)  dan  diuji  mikro  menggunakan mikroskop  optik  (OLYMPUS)  dengan  perbesaran 100x,  200x,  500x  pada  daerah  fusion  line  dan weld metal .  Kemudian  dilakukan  foto  makro,  dan  yang terakhir  dilakukan  pengujian hardness  vickers dengan  pembebanan  10  Kgf  dan  lama  identasi  10 detik.  Setelah  itu  ukur  diagonal  identasi  yang terbentuk,  lalu  lihat  pada  mesin  uji.  Pengujian  ini dilakukan di daerah Weld Metal , Heat Afective Zone (HAZ),  dan Base  Metal .  Lokasi  pengambilan  uji tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 . Titik Pengambilan Uji Kekerasan

## 3.   Hasil dan Pembahasan
Pada  pengujian visual dari  semua  variasi terdapat  cacat underfill pada  daerah  Capping  dan excessive penetration pada daerah Root, hal tersebut masih  memenuhi  syarat  keberterimaan.  Cacat tersebut  diakibatkan  karena  pengelasannya  tanpa menggunakan  filler  metal  dan  efek  dari  kuantitas fluks oksida pada penetrasi las [7].
Dari  hasil  pengujian  kekerasan  bahwa pengelasan aktif fluks - TIG pada daerah base metal tidak  memberikan  pengaruh  yang  segnifikan  dari ketiga  jenis  solvent  tersebut,  karena  panas  yang dihasilkan  oleh  pengelasan  tidak  berdampak
langsung pada daerah tersebut. Nilai kekerasan yang dihasilkan  pada  daerah  fusion  line  dan  weld  metal, yang  paling  tinggi  terdapat  pada  aktif  fluks  yang menggunakan  solvent  ethanol  jika  dibandingkan dengan  solvent  aseton  dan  methanol.  Hasilnya  bisa dilihat pada Gambar 5.
Dari  grafik  pada  Gambar  5  bahwa  hasil  nilai rata-rata  kekerasan  yang  paling  tinggi  terletak  pada daerah  fusion  line  dengan solvent  ethanol dan  arus 200  A  sebesar  187,14  HVN,  sedangkan  nilai  yang paling  rendah  terdapat  pada  daerah  weld  metal dengan solvent  aseton dan  arus  150  A  sebesar 181,68 HVN. Solvent ethanol mempunyai viskositas 1,770  mPas  pada  suhu  20 0 C  [8]  yang  mana  nilai tersebut  lebih  pekat  dibandingkan  dengan solvent aseton dan methanol .  Karena  hal  tersebut, ethanol mempunyai gaya kohesif yang lebih baik dibandingkan  dengan yang  lainnya  yang mana  akan menyempitkan busur las yang lebih maksimal karena pasta oksida yang dioleskan pada permukaan logam induk mempunyai daya rekat yang tinggi.
Gambar 5 . Hasil uji kekerasan pengelasan aktif fluks TIG
Dari  grafik  diatas  bahwa  hasil  nilai  rata-rata kekerasan  yang  paling  tinggi  terletak  pada  daerah fusion  line dengan solvent  ethanol dan  arus  200  A sebesar  187,14  HVN,  sedangkan  nilai  yang  paling rendah  terdapat  pada  daerah  weld  metal  dengan solvent aseton dan arus 150 A sebesar 181,68 HVN. Solvent  ethanol mempunyai  viskositas  1,770  mPas pada  suhu  20 0 C  [8]  yang  mana  nilai  tersebut  lebih pekat  dibandingkan  dengan solvent  aseton dan methanol. Karena  hal  tersebut,  ethanol  mempunyai gaya  kohesif  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan yang  lainnya  yang  mana  akan  menyempitkan  busur las  yang  lebih  maksimal  karena  pasta  oksida  yang dioleskan pada permukaan logam induk mempunyai daya rekat yang tinggi.
Hasil  pengujian  makro  bertujuan  untuk mengetahui  dan  mengamati  hasil  lasan  yang disebabkan  pengaplikasian  pasta  aktif  fluks  dengan arus  150  A,  200  A  dan  jenis  solvent  yang  berbeda
seperti  yang  ditunjukan  pada  Tabel  3  dan  Tabel  4. Untuk  mengukur  kedalaman  penetrasi  dan  lebar lasan  dari  masing-masing  spesimen,  digunakan software AutoCAD .
1. DoP: Depth  of  Penetration (kedalaman
penetrasi)
2. BW: Bead Width (lebar lasan)
Dari  hasil  makro  yang  menggunakan  arus  150 A, menunjukkan bahwa penetrasi yang paling dalam terdapat pada variasi solvent ethanol jika dibandingkan  solvent  aseton  dan  methanol.  Hal tersebut karena solvent ethanol mempunyai viskositas  yang  lebih  pekat  karena  dapat  gaya kohesif  dari  solvent  tersebut,  sehingga  aktif  fluks yang  dicampur  dengan  solvent  etanol  akan  lebih maksimal  untuk  aplikasi  penembusan  pada  proses pengelasan.

## Tabel 3. Foto Makro Variasi Arus 150 A
Hasil  foto  makro  pada  arus  200  A menggambarkan  bahwa  penggunaan  ketiga solvent tidak  memberikan  dampak yang  signifikan  terhadap
penetrasi  karena  pada  arus  tersebut  merupakan  titik jenuh  dari  ketiga  solvent.  Sedangkan  hasil bead width yang paling sempit pada solvent ethanol yaitu sebesar 9,18 mm dan yang paling lebar pada solvent aseton yaitu sebesar 10,21 mm. Hal ini membuktikan  bahwa  semakin  besar Depth  of Penetration maka  lebar  lasan  semakin  sempit.  aktif fluks  yang  menggunakan solvent  ethanol memiliki hasil  lebar  las  yang  lebih  sempit  jika  dibandingkan dengan aktif fluks yang menggunakan solvent aseton dan methanol .  Kedalaman  penetrasi  dipengaruhi oleh  arus  pengelasan  yang  digunakan,  sedangkan lebar hasil lasan dipengaruhi oleh  voltase. Meningkatnya  arus  dalam  proses  pengelasan  akan diikuti  dengan  meningkatnya  voltase,  sehingga kedalaman penetrasi dan lebar lasan akan berbanding lurus.
Tabel 4. Foto Makro Variasi Arus 200 A
Solvent Arus 200 A
A S E T O N
DOP: 6.43 mm BW: 10.21 mm M E T H
A N O L DOP: 6.96 mm BW: 9.60 mm E T H A N O
L DOP: 7.28 mm BW: 9.18 mm
Solvent Arus 150 A A S
E T O N
DOP: 6.49 mm BW: 9.94 mm M E T H A N O
L DOP: 6.97 mm BW: 9.41mm
E
T H
A N O L DOP: 6.98 mm BW: 9.90 mm
Gambar 6 . Grafik rata-rata DoP dan Bead Width
Hasil  pengujian  struktur  mikro  menunjukkan bahwa  fasa  yang  terbentuk  adalah  austenite  dan ferrite,  yang  mana  fasa  austenite  mempunyai  warna yang  terang  sedangakan  fasa  ferrite  mempunyai warna gelap [9].
Gambar 7 . Morfologi ferrite pada daerah fusion line
(A) arus 150 A
Gambar 8 . Morfologi ferrite pada daerah fusion line (B) arus 200 A
Pada  Gambar  7  dan  8  menunjukkan  bahwa didaerah fusion  line terdapat  fasa ferrite  stringers yang bentuknya memanjang kearah base metal yang diakibatkkan  oleh welding  process .  Keberadaan
ferrite  stringers dipengaruhi  oleh  laju  pendinginan ( cooling  rate ),  dimana  semakin  tinggi heat  input maka semakin rendah laju pendinginannya, semakin rendah laju pendinginannya maka akan memperbanyak  fasa ferrite yang  terbentuk  pada material austenitic  stainless  steel [10].  Heat  input sendiri  dapat  dipengaruhi  oleh  besarnya  arus, dimana semakin besar arus maka semakin besar pula heat input sehingga akan memperbanyak fasa ferrite didalamnya,  hal  tersebut  dapat  dilihat  pada  Gambar 7 .
Gambar 9 . Morfologi ferrite pada daerah weld metal (A) arus 150 A
Gambar 10 . Morfologi ferrite pada daerah weld metal (B) arus 200 A
Fasa  akhir  yang  terbentuk  pada weld  metal bisa  diprediksi  dengan  cara  menghitung  Cr equavalen  dan  Ni  equivalen  dengan  diagram  WRC- 1992  berupa ferrite  number .  Pada  daerah weld metal, fasa  yang  terbentuk  adalah austenite dan ferrite .  Fasa  ferrite  yang  ditemukan  berbentuk vermicular ferrite dan lathy ferrite. Diman biasanya fasa lathy  ferrite berada  diantara  fasa vermicular ferrite .  Hal  tersebut  disebabkan  karean  transformasi difusinya  terbatas  dan  menghasilkan  pola residual ferrite yang  berlawanan  arah  dengan  original dendrite atau  arah  pertumbuhan vermicular  ferrite [11].  Pada  arus  200  A  menunjukkan  bahwa  fasa ferrite tergolong  lebih  banyak  dibandingkan  dengan Arus 150 A, hal tersebut dikarenakan semakin besar arus  maka heat  input akan  meningkat  dan  laju pendinginannya rendah.

## 4. Kesimpulan
Berdasartakn  pengujian  yang telah  dilakukan hasil  uji  hardness  dihasilkan  bahwa  nilai  paling tinggi  terdapat  pada  variasi solvent  ethanol dengan arus  200  A  yaitu  sebesar  187,14  HVN,  sedangkan nilai  yang  paling  rendah  terdapat  pada  daerah weld metal dengan solvent aseton dan arus 150 A sebesar 181,68 HVN.  Pada Hasil makro menunjukan bahwa penetrasi  yang  paling  dalam  terdapat  di  variasi solvent  ethanol dengan  arus  150  A  yaitu  sebesar 6.99  mm.  Hasil  struktur  mikro  yang  terjadi  pada weld  metal  berbentuk  fase vermicular  ferrite dan lathy ferrite yang disebabkan karena heat input yang rendah sehingga kecepatan pendinginannya tinggi

## Referensi
[1] Dipali  Pandya,  Amarish  Badgujar,  Nilesh
Ghetiya, “ A novel perception toward welding of stainless  steel  by  activated  TIG  welding:  a review”, Materials
and
Manufacturing
Processes, Volume 36, pages 877-903, 2021.
[2] Vidyarthy, R. S. and D. K. Dwivedi. “ Activating Flux  Tungsten  Inert  Gas  Welding  for  Enhanced Weld  Penetration .”  Journal  of  Manufacturing Processes 22:211–28. 2016
[3] Annette  O’Brien, Welding  Processes,  Part  1 ,
Welding  Hanbook  Ninth  Edition ,  American
Welding Society, 2004
[4] Huang  HY,  Shyu  SW,  Tseng  KH,  Chou  CP.
“ Study  of  the  Performance  of  Stainless  Steel  A- TIG  Welds ” . Journal  of  Material  Engineering and  Performance . 2007
[5] Khanna, O.P.” A Text Book of Advance Welding Technology ”. Dhanpat Rai Publicat ion (P) Ltd.,
1999.
[6] Eistein  Yazid,  Kimia  Fisika  Untuk  Paramedis. Penerbit Andi, Yogyakarta. 2005
[7] Kurtumulus,  Memduh.  “ Activated  TIG  Welding of  Austenitic  Welding ”.  Marmara  University
Technology Faculty, Goztepe Campus, Istanbul, 2017.
[8] Tseng, Kuang-Hung. “ Development and Application  of  Oxide-based  Flux  Powder  for Tungsten  Inert  Gas ” . Institute  of  Materials Engineering . National  Pingtung  University  of Science  and  Technology,  Pingtung  91201, Taiwan. 2013.
[9] Sido Kou, “ Welding Metallurgy ”, A John Wiley
& Sons, Inc., Publication, 2003
[10] A.  Rodrigues  and  A.  Loureiro,  “ Effect  of Cooling  Rate  on  the  Microstructure  and
Hardness  of  Austenitic  Stainless  Steel  Welds ,”
Mater. Sci. Forum - MATER SCI FORUM, vol. 455–456,  pp.  312–316,  May  2004,  doi:
10.4028/www.scientific.net/MSF.455- 456.312
[11] Lippold J.C., Kotecki D.J. “ Welding Metallurgy and  Weldability  of  Stainless  Steels ”,  Wiley- Interscience. 2005.