## PENGARUH KELEMBABAN FLUKS ELEKTRODA E 6013 LAS SMAW PADA KEKUATAN SAMBUNGAN TUMPUL BAJA PADUAN BERKEKUATAN
TARIK TINGGI AISI 4340
Bahrul Ilmi* *Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA Email : bahrulilmi@iba.ac.id

## ABSTRAK
Pada artikel ini, dilakukan  penelitian terhadap kekuatan tarik  sambungan  pada baja  paduan berkekuatan tarik tinggi AISI 4340 dengan metode pengelasan SMAW (Shielded  Metal Arc Welding) menggunakan elektroda E 6013 dengan kondisi fluks  normal tanpa  perlakuan, dengan  kondisi fluks  yang dikeringkan terlebih dahulu dalam oven  pemanas pada temperatur 135 derajat Celcius selama 1 jam sesaat sebelum digunakan,  dan  dengan  kondisi  fluks  yang  dibasahi  dengan  air.  Material  disambung  dengan  bentuk kampuh V dengan sudut 60 derajat. Spesimen pengujian tarik dibuat berdasarkan standar JIS Z3121. Dari hasil  pengujian  yang  dilakukan  didapat  kekuatan  tarik  spesimen  dengan  kondisi  fluks  normal  sebesar 45,33 kgf/mm2 dan kekuatan luluh 19,44 kgf/mm2, kekuatan tarik spesimen dengan kondisi fluks yang dikeringkan sebesar 49,64 kgf/mm2 dan kekuatan luluh 21,76 kgf/mm2, kekuatan tarik spesimen dengan kondisi  basah  sebesar  40,79  kgf/mm2  dan  kekuatan  luluh  17,79  kgf/mm2.  Dari  penelitian  ini  dapat disimpulkan bahwa  kelembaban fluks elektroda E 6013 pada las SMAW sangat berpengaruh pada  hasil pengelasan dan kekuatan sambungan las baja AISI 4340.
Kata Kunci: kelembaban fluks E 6013, las SMAW, baja AISI 4340

## 1. PENDAHULUAN
Berdasarkan  definisi  Deutch  Industrie  Normen  (DIN),  Las  adalah  ikatan  metalurgi  pada sambungan  logam  paduan  yang  dilakukan    dalam  keadaan  cair.  Dari  definisi  tersebut  dapat dijelaskan  lebih  lanjut  bahwa  las  adalah  sambungan  setempat  dari  beberapa  batang  logam menggunakan energi panas (Beumer1994).
Pada  las  SMAW  (Shielded  Metal  Arc  Welding),  elektroda  akan  meleleh  dan  ditransfer melalui  busur  listrik  ke  benda  kerja  yang  disambung.  Atmosfir  busur  tergantung  pada komposisi  fluks,  dimana  akan  mempengaruhi  polaritas  yang  panasnya  maksimum.  Jadi  fluks berperan  penting  dalam  proses  pengelasan,  karena  mempengaruhi  sifat  mampu  las  material yang disambungnya. Suatu penelitian pada pengelasan busur terendam (SAW) pada pelat baja A36 (Lestari2014), menyimpulkan bahwa kondisi fluks yang lembab dapat menyebabkan cacat porositas,  menurunkan  kekuatan  impak  dan  kekerasan.  Oleh  sebab  itu  pemilihan  dan penanganan  elektroda  tidak  boleh  sembarangan  dan  harus  memenuhi  persyaratan  yang  telah ditentukan  American  Welding  Society  (AWS)  agar  hasil  pengelasan  memenuhi  keinginan  dan standar yang telah ditetapkan.
Pada penelitian ini dilakukan serangkaian pengujian dengan berbagai kondisi kelembaban fluks  elektroda  E  6013  yang  digunakan  dalam  pengelasan  SMAW  dengan  mesin  las  listrik (SMAW)  arus  searah,  dengan  tujuan  untuk  melihat  pengaruh  kelembaban  fluks  terhadap kekuatan  sambungan  yang  dihasilkan  oleh  pengelasan  SMAW  pada  batang  baja  paduan berkekuatan  tarik  tinggi  AISI  4340.  Dari  hasil  pengujian  tarik  akan  dilihat  apakah  ada perbedaan  dan  berapa  besar  nilai  kekuatan  tarik,  kekuatan  luluh  dan  regangan  dari  spesimen yang diuji.

## 2. LANDASAN TEORI

## 2.1.  Las SMAW
Pengelasan  busur  listrik  dengan  logam  terlindung  (Shielded  Metal  Arc  Welding,  SMAW)
atau  biasa  disebut  juga  dengan  las  listrik,  adalah  suatu  proses  pengelasan  yang  menggunakan panas  untuk  mencairkan  kawat  elektroda  las  sebagai  bahan  pengisi  dan  material  dasar  atau logam  induk  yang  disambung  (Harsono2000),  panas  tersebut  dihasilkan  oleh  lompatan  ion listrik yang terjadi antara katoda dan anoda yang membentuk busur listrik.
Panas  yang  dihasilkan dari  lompatan  ion  listrik  ini  besarnya dapat  mencapai  4000  derajat Celcius  sampai  4500  derajat  Celcius.  Pada las  SMAW  ini  dapat  digunakan  dua  jenis  sumber tegangan,  yaitu  arus  bolak  balik  (AC)  dan  arus  searah  (DC).    Panas  yang  dihasilkan  akan mencairkan  elektroda  itu  sendiri  dan  logam  dasar  yang  akan  disambungnya,  sehingga  cairan elektroda  dan  cairan  logam  dasar  akan  menyatu  menjadi  logam  lasan  (weld  metal).  Untuk menghasilkan kualitas busur yang baik dan konstan jarak ujung elektroda dan permukaan logam dasar dijaga tetap sama, yaitu 1,5 x diameter elektroda yang dipakai.

## Gambar 2.1 Las SMAW

## 2.2.  Elektroda Las
Berdasarkan  klasifikasi  American  Welding  Society  (AWS),  kode  elektroda  dinyatakan dengan  huruf  E  dan  diikuti  dengan  empat  atau  lima  digit  angka  yang  artinya  adalah  sebagai berikut (Sonawan2003): E = Elektroda, dua atau tiga digit pertama: menunjukkan nilai kekuatan tarik minimum x 1000 psi pada hasil pengelasan yang diperkenankan.
Digit  ketiga  atau  empat:  menunjukkan  tentang  posisi  pengelasan  yang  artinya  sebagai berikut:
1 = Elektroda dapat digunakan untuk semua posisi (E xx1x). 2 = Elektroda dapat digunakan untuk posisi di bawah tangan (E xx2x).
3 = Hanya untuk posisi di bawah tangan saja (E xx3x). 4 = Untuk semua posisi kecuali arah turun (E xx4x).
Digit  terakhir  (keempat  atau  kelima)  menunjukkan  jenis  arus  dan  tipe  salutan.  Digit tersebut  mulai  dari  0  sampai  8  yang  menunjukkan  tipe  arus  dan  polaritas  yang  digunakan, dimana ada empat pengelompokan yang dapat menunjukkan tipe arus untuk tiap tipe elektroda, yaitu:
1. Elektroda  dengan  digit  terakhirnya  0  dan  5  dapat  digunakan  hanya  untuk  tipe  arus  searah polaritas terbalik (DCRP).
2. Elektroda  dengan  digit  terakhirnya  2  dan  7  dapat  digunakan  untuk  arus   bolak balik  (AC) atau arus searah polaritas lurus (DCSP).
3. Elektroda  dengan  digit  terakhirnya  3  dan  4  dapat  digunakan  untuk  arus  bolak  balik  (AC) atau arus searah polaritas terbalik dan lurus ( DCRP dan DCSP ).
4. Elektroda dengan digit terakhirnya 1, 6 dan 8 dapat digunakan untuk arus bolak balik (AC) atau arus searah polaritas terbalik (DCRP).
Khusus untuk tipe salutan  fluks  elektroda,  secara umum adalah  sebagai berikut: 1,0 dan 1 = tipe salutannya adalah: celluloce (E xxx0 atau E xxx1). 2,3 dan 4 = tipe salutannya adalah: rutile (E xxx2, E xxx3 atau E xxx4). 5,6 dan 8 = tipe salutannya adalah: basic (E xxx5, E xxx6). 7 = tipe salutannya adalah: oksida besi (E xxx7).
Berdasarkan penjelasan di atas, maka elektroda E 6013  adalah jenis elektroda las dengan kekuatan tarik minimum 60.000 psi, elektroda dapat digunakan untuk semua posisi pengelasan, dan tipe salutan (fluks) adalah Rutile (Titania Potasium).

## 2.3.  Metalurgi Las
Pemanasan  yang  terjadi  pada  saat  pengelasan  berpengaruh  pada  material  dan  akan mengakibatkan perubahan  struktur  mikro di  sekitar daerah  lasan  sebagaimana penjelasan  gambar berikut ini (Harsono2000).
Gambar 2.2 Daerah Pengaruh Panas pada Sambungan las
1. Logam  las  (weld  metal)  adalah  daerah  dimana  terjadi  pencairan  logam  dengan  cepat  dan kemudian membeku.
2. Fusion line adalah daerah  perbatasan  antara daerah  yang mengalami pencairan dan  yang tidak mencair. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara logam las dan HAZ.
3. HAZ  adalah daerah  yang dipengaruhi panas  dan  juga  logam dasar  yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan  mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur.
4. Logam induk adalah logam dasar di mana panas dan temperatur pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan struktur dan sifat.
Pada  proses  pengelasan  terjadi  suatu  siklus  termal  las  yaitu  proses  pemanasan  dan pendinginan  yang  terjadi  pada  daerah  lasan  atau  dapat  dikatakan  proses  perubahan  panas  yang bersifat lokal, tidak seperti proses perubahan panas pada umumnya (Harsono2000).

## 3. METODE PENELITIAN
Langkah-langkah  yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  diagram  alir penelitian berikut ini:
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

## 3.1. Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Baja AISI 4340.
2. Elektroda E 6013 diameter 2,6 mm.
Baja AISI 4340  yang digunakan adalah berbentuk batang (silinder pejal), dengan ukuran diameter 20 mm dan dipotong dengan panjang 300 mm berjumlah 9 potong. Bentuk kampuh las yang dibuat  adalah  kampuh  V  dengan  sudut  60  derajat.  Komposisi  dan  karakteristik  bahan  yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1 dibawah ini.

## Tabel 3.1 Komposisi dan Karakteristik Baja AISI 4340
Komposisi (%) Kekerasan (Brinell) Kekuatan Impact (joule) Kekuatan Tarik (kg/mm²) C Cr Ni Mo 0,30 - 0,38  1,30 - 1,70  1,30 - 1,70  0,15 - 0,30 270 – 330 45 90 – 100
Mulai
Persiapan Spesimen Baja AISI 4340
Las dengan Fluks Elektroda Normal Las dengan Fluks Elektroda  Dikeringkan
Las dengan Fluks Elektroda Dibasahi Uji Tarik Pengolahan Data Analisa Kesimpulan Selesai
Elektroda  yang  digunakan  adalah  elektroda  AWS  E  6013  dengan  diameter  2,6  mm.  Untuk pengelasan  dengan  fluks  normal  adalah  pengelasan  menggunakan  elektroda  langsung  dari bungkusnya  tanpa  perlakuan  apapun.  Untuk  pengelasan  dengan  fluks  yang  dikeringkan  adalah pengelasan dengan menggunakan elektroda yang dipanaskan terlebih dahulu dalam oven pemanas pada  temperatur  135  derajat  Celcius  selama  1  jam  sesaat  sebelum digunakan.  Untuk  pengelasan dengan fluks yang dibasahi adalah pengelasan dengan menggunakan elektroda yang salutnya telah dibasahi air.
Proses  pengelasan  dilakukan  dengan  menggunakan  mesin  las    listrik  (SMAW)  arus  searah, dengan tegangan 28 Volt, kuat arus 110 A dan polaritas lurus.
Peralatan  yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Mesin Las DC.
2. Sikat kawat.
3. Gerinda.
4. Jangka Sorong.
5. Mesin Uji Tarik GT-7001-LC-50.

## 3.2.  Persiapan Spesimen
Spesimen  uji  tarik  yang  dibuat  berjumlah  sembilan  spesimen,  masing-masing  spesimen dibentuk sesuai dengan standar  JIS Z  3121, yaitu metode pengujian tarik sambungan las tumpul. Bentuk dan dimensi spesimen dapat dilihat pada Gambar 3,1 dibawah ini.
Gambar 3.1 Spesimen Uji Tarik
Setelah dibentuk sesuai standar, kemudian dilakukan uji tarik pada masing-masing spesimen untuk mendapatkan data kekuatan tarik, kekuatan luluh dan regangan.

## 4.  PENGOLAHAN DATA
Kekuatan tarik dihitung berdasarkan persamaan berikut ini (Dieter1996):
σ = .............. (4.1)
dimana:
σ = Kekuatan tarik maksimum (kgf/mm2)
Fmaks   = Beban tarik maksimum (kgf)
A = Luas penampang (mm2)
Regangan dihitung berdasarkan persamaan berikut ini:
ε = x 100%
.............. (4.2)
dimana:
ε = Regangan (%) Lf = Panjang setelah diberi beban (mm)
Lo = Panjang mula-mula (mm)
Data-data hasil pengujian tarik yang telah dilakukan untuk semua kondisi kelembaban fluks, dapat dilihat pada tabel-tabel berikut ini.

## Tabel 4.1  Data Uji Tarik untuk Fluks Normal
No. Luas (mm2) Beban Maks (kgf) Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Kekuatan Luluh (kgf/mm2) Regangan (%) 1 314, 3 14933 46,2 20,4 6 2 314,3 13895 44,2 18,8 5 3 314,3 13897 44,2 18,9 5 Rerata 314,3 14241,7 44,9 19,4 5,3 Tabel 4.2  Data Uji Tarik untuk Fluks Dikeringkan No. Luas (mm2) Beban Maks (kgf) Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Kekuatan Luluh (kgf/mm2) Regangan (%) 1 314,3 15617 49,7 21,5 6 2 314,3 15655 49,8 21,6 7 3 314,3 15618 49,7 21,5 6 Rerata 314,3 15630 48,7 21,5 6,3 Tabel 4.3  Data Uji Tarik untuk Fluks Dibasahi No. Luas (mm2) Beban Maks (kgf) Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Kekuatan Luluh (kgf/mm2) Regangan (%) 1 314,3 12969 41,2 16,3 5 2 314,3 13897 44,2 19,5 5 3 314,3 13233 42,1 18,9 5 Rerata 314,3 13366,3 42,5 18,2 5

## 5.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 5.1.   Hasil
Dari data-data hasil pengujian tarik yang telah dilakukan dan disajikan pada tabel-tabel di atas, maka  dibuat  tabel  nilai  rerata  kekuatan  tarik,  rerata  kekuatan  luluh  dan  rerata  regangan  hasil pengujian tarik untuk semua kondisi kelembaban fluks elektroda, yang dapat dilihat pada Tabel 5.1. berikut ini.

## Tabel 5.1 Nilai Rerata Uji Tarik
No. Kondisi Fluks Luas (mm2) Beban Maks (kgf) Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Kekuatan Luluh (kgf/mm2) Regangan (%) 1 Normal 314,3 14241,7 44,9 19,4 5,3 2 Dikeringkan 314,3 15630 48,7 21,5 6,3 3 Dibasahi 314,3 13366,3 42,5 18,2 5
Hasil  pengolahan  data  pengujian  diatas  yang  disajikan  dalam  bentuk  grafik  dapat  dilihat pada Gambar 5,1 di bawah ini.
Gambar 5.1 Grafik Nilai Rerata Uji Tarik

## 5.2.   Pembahasan
Hasil  dari  pengujian  pada  semua  kondisi  kelembaban  elektroda  didapat  hasil  pengujian spesimen  yang dilas dengan fluks elektroda yang dipanaskan 135 derajat  Celcius selama satu jam  sesaat  sebelum  digunakan  mendapat  nilai  paling  tinggi,  yaitu  nilai  rerata  kekuatan tariknya  48,7  kgf/mm2,  nilai  rerata  kekuatan  luluhnya  21,5  kgf/mm2  dan  nilai  rerata regangannya  6,3%.  Sedangkan  nilai  kekuatan  tarik,  kekuatan  luluh  dan  regangan  spesimen yang  dilas  menggunakan  elektroda  dengan  fluks  yang  dibasahi  air  mendapat  nilai  paling rendah, yaitu nilai rerata kekuatan tariknya 42,5 kgf/mm2, nilai rerata kekuatan luluhnya 18,5 kgf/mm2  dan  nilai  rerata  regangannya  5%,  nilai-nilai  ini  lebih  rendah  dari  nilai  hasil pengujian untuk spesimen pengelasan dengan fluks yang  telah dikeringkan maupun spesimen pengelasan dengan fluks normal.
Hasil pengelasan untuk spesimen dengan fluks yang telah dikeringkan juga terlihat mulus menutup sempurna tidak ada yang terputus dan tidak terlihat cacat porositas atau lubang pada hasil  lasan.  Hasil  ini  terlihat  lebih  baik  dibanding  hasil  lasan  dua  perlakuan  spesimen  yang lain.  Pada  spesimen  pengelasan  dengan  kondisi  elektroda  yang  telah  dibasahi  terdapat  hasil yang  sangat  buruk,  dimana  hasil  lasan  tidak  mulus  dan  terdapat  banyak  lubang-lubang  pada hasil  lasan.  Selain  itu  pada  pengelasan  spesimen  dengan  kondisi  dibasahi  juga  sangat  sulit dilakukan  disebabkan  busur  listrik  yang  dihasilkannya  tidak  stabil,  karenanya  elektroda menjadi lengket pada material, selain itu asap yang ditimbulkannya sangat banyak.
Perbedaan  hasil  pengelasan  pada  ketiga  kondisi  fluks  elektroda  ini  disebabkan  oleh perbedaan  kandungan  air  (H2O)  pada  fluks,  dimana  kehadiran  unsur  Hidrogen  yang  tinggi pada  fluks  tidak  dikehendaki  dalam  proses  pengelasan  SMAW.  Jadi,  walaupun  elektroda  E 6013  tidak  termasuk  dalam  kelompok  elektroda  low  hydrogen  yang  rentan  terhadap kelembaban,  tetapi  kondisi  kelembaban  fluks  elektroda  E  6013  juga  berpengaruh  terhadap proses pengelasan, kualitas hasil lasan dan kekuatan sambungan pada baja AISI 4340.

## 6.   KESIMPULAN
Dari  pembahasan  terhadap  hasil  penelitian  ini,  maka  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Terdapat  pengaruh  yang  signifikan  pada  kekuatan  sambungan  terhadap  perbedaan kelembaban  fluks  elektroda  E  6013  yang  dilas  dengan  proses  pengelasan  SMAW  pada batang baja AISI 4340.
2. Hasil pengelasan spesimen dengan perlakuan fluks elektroda yang telah dikeringkan terlebih dahulu  pada  temperatur  135  derajat  Celcius  selama  satu  jam  sebelum  dilas  pada  baja  AISI 4030  terlihat  paling  baik  dan  mendapat  nilai  kekuatan  tarik,  kekuatan  luluh  dan  regangan paling tinggi dibandingkan spesimen dengan kondisi fluks elektroda normal tanpa perlakuan dan spesimen dengan kondisi fluks elektroda yang telah dibasahi dengan air (H2O).
3. Pada sambungan yang dilas menggunakan elektroda dengan fluks pada kondisi normal tanpa perlakuan,  nilai  rerata  kekuatan  tariknya  adalah  44,  9  kgf/mm2,  nilai  rerata  kekuatan luluhnya  19,4  kgf/mm2  dan  nilai  rerata  regangannya  5,3%.  Pada  sambungan  yang  dilas menggunakan elektroda dengan fluks yang dipanaskan 135 derajat Celcius selama satu jam sesaat sebelum digunakan, nilai rerata kekuatan tariknya 48,7 kgf/mm2, nilai rerata kekuatan luluhnya  21,5  kgf/mm2  dan  nilai  rerata  regangannya  6,3%.  Pada  sambungan  yang  dilas menggunakan  elektroda dengan  fluks  yang  dibasahi  air, nilai  rerata  kekuatan  tariknya  42,5 kgf/mm2, nilai rerata kekuatan luluhnya 18,5 kgf/mm2 dan nilai rerata regangannya 5%.

## DAFTAR PUSTAKA
_______,  4340  High  Tensile  Steel: http://www.interlloy.com.au/our-products/high-tensile- steels/4340-high-tensile-steel/?output=pdf . (Diakses tanggal 2 Februari 2017).
_______, AISI 4340: www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/show_alloy.cfm? IDE=AISI_4340&prop=all&Page_Title=AISI%204340 . (Diakses tanggal 2 Februari 2017).
_______.  E-6013  Flux  Formulation: www.linkedin.com/pulse/e-6013  -flux-formulation-i-g- vallal. (Diakses tanggal 2 Februari 2017).
Amanto, Hari dan Daryanto. 2003. Ilmu Bahan. Penerbit Bumi Aksara. Jakarta.
Amstead,  B.H,  Phillip  F.  Oswald  dan  Myron  L.  Begemen.  1995.  Teknologi Mekanik. Jilid 2. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Beumer. 1980. Pengetahuan Bahan. Penerbit Bhatara Karya Aksara. Jakarta.
Dieter, E. George. 1996. Metalurgi Mekanik. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Harsono, Wiryosumarto dan  Okumura Toshie. 2000. Teknologi Pengelasan Logam. PT Pradnya Paramita. Jakarta.
Lestari,  Famessa  Fitria.,  Putu  Suwarta.  2014.  Pengaruh  Perubahan  Arus  dan  Kecepatan  serta Kelembapan Flux terhadap Hasil Impact dan Kekerasan serta Microstructure Fillet Weld Hasil Pengelasan Submerged Arc Welding (SAW). Jurnal Teknik POMITS. Volume 3 No 1. ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print). Hal. B-130 – B-135.
Sonawan, Hery dan Suratman Rochim. 2003. Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam. Penerbit Alfabeta. Bandung.
JIS Z 3121. 2013. Methods of Tensile Test for Butt Welded Joints. Japanese Standard Assosiation. Tokyo.
Voorf,   Vander   F.   George   dan   Buehler   LTD.   2000.   Mechanical   Testing Evaluation. ASM Metals Handbook Vol 8.
Vlack, L.H. Van. 1984. Ilmu dan Teknologi Bahan. Penerbit Erlangga. Jakarta.