## PENGARUH  ELEKTRODA  TERHADAP TEGANGAN SISA DAN SIFAT MEKANIK PADA PENGELASAN BAJA
Asmadi, Bahrul Ilmi Program Studi Teknik Mesin Universitas IBA Email : asmadilubay4@gmail.com

## ABSTRAK
Pada  proses  pengelasan  SMAW  terdapat  berbagai  type  elektroda  dengan  berbagai  ukuran  diameter  dan kandungan unsurnya, semuanya itu dilakukan untuk menyesuaikan dengan sifat logam induk dan ketebalannya dengan tujuan untuk memperoleh kualitas las yang sempurna khususnya sifat mekanik setelah dilakukan proses pengelasan. Pengelasan dilakukan terhadap baja  dengan kandung 0,37%C, 1,65%Ni, 0,9%Cr dan 0,30%Mo. Peroses pengelasan dilakukan dengan memvariasikan elektroda tapi dengan diameter yang sama dan arus yang dipakai sama 150 A. Kajian penelitian ini untuk mengetahui sifat mekanik yang terjadi berdasarkan hasil uji Tarik, uji Kekerasan, dan perhitungan tegangan sisa. Hasil pengujian Kekerasan tertinggi pada E7018 sebesar 454,63  pada  daerah  HAZ  dan  hasil  Uji  Tarik  E7016  sebesar  66,3  kg/mm 2 dan  regangan  nya  juga  besar  shg patahanya bersifat ulet. Hasil perhitungan tegangan sisa Tarik terendah pada logam las 1,452 kg/mm 2 E7016 dan logam induk tegangan sisa tekan terbesar – 0,902 kg/mm 2 E7018.
Kata Kunci: tegangan sisa, pengelasan SMAW, elektroda

## 1. PENDAHULUAN
Prosedur pengelasan sangat rumit apabila dihadapkan pada material yang weldabilitynya rendah.    Karena  itu  dalam  pengelasan,  pengetahuan  sifat  material  dan  standarisasi  pengelasan harus  dipakai.  Berdasarkan  definisi  dari Deutche  Industrie  Normen (DIN) [10] las  adalah  ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau  cair.  Dari  definisi  tersebut  dapat  dijabarkan  lebih  lanjut  bahwa  las  adalah  sambungan setempat  dari  beberapa  batang  logam  dengan  menggunakan  energi  panas.    Mutu  dari  hasil pengelasan di samping tergantung dari pengerjaan lasnya sendiri dan juga sangat tergantung dari persiapan  sebelum  pelaksanaan  pengelasan,  karena  pengelasan  adalah  proses  penyambungan antara  dua  bagian  logam  atau  lebih  dengan  menggunakan  energi  panas.  Pada  penelitian  ini pengelasan menggunakan las busur listrik. Hal ini sangat erat hubungannya dengan arus listrik, elektroda, kekuatan  dan tegangan sisa akibat proses las.
Maka  untuk  mendapatkan  hasil  pengelasan  yang  baik  dan  berkualitas  maka  perlu memperhatikan  sifat-sifat  bahan  yang  akan  dilas  dan  logam  las.    Berdasarkan  permasalahan yang dikemukakan , maka tujuan dari penelitian saya ini adalah sebagai berikut ; 1. Untuk mengetahui pengaruh elektroda pengelasan terhadap sifat mekanis dan tegangan sisa akibat proses las.
2. Untuk mengetahui elektroda yang tepat pada pengelasan baja carbon jenis AISI 4337.

## 2. LANDASAN TEORI
2.1. Las Busur Listrik  SMAW ( Shielded Metal Arc Wilding )
Manual Metal  Arc  Welding dapat  diartikan  sebagai  suatu  proses  pengelasan  yang panasnya  diperoleh  dari  busur  nyala  listrik  dengan  menggunakan  elektroda  yang  berselaput. Elektroda  berselaput  ini  berfungsi  sebagai  bahan  pengisi  dan  memberi  perlindungan  terhadap
kontaminasi atmosfir atau udara luar. Elektroda mencairkan logam dasar dan membentuk terak las pada waktu bersamaan. Ujung elektroda mencair dan bercampur dengan bahan yang dilas.
Pengelasan  dengan  SMAW Shield  Metal  Arc  Welding (Las  Busur  Manual)  atau  disebut juga MMAW ( Metal Arc Welding) digunakan arus listrik sampai 600 Ampere dan busur nyala listrik  itu  menimbulkan  panas  yang  tinggi  (  ±  1200 - 1400  derajat Celsius)  yang  mampu mencairkan logam yang dilas tersebut dan bersama dengan itu loncatan busur yang terdiri dari tetesan  logam elekroda akan  berfungsi  bersatu  dengan  benda  kerja,  dan  membentuk  suatu kampuh,  di  mana  kampuh  las  itu  akan  dilindungi  oleh  kerak  yang  ditimbulkan  oleh coating/pembungkus  elektroda  yang  mencair  bersama-sama  logam  pengisinya. Coating memiliki  berat  jenis  yang  lebih  rendah  dari  logam,  maka  cairan coating tersebut  akan mengembang di atas kampuh las sehingga membentuk terak.
Gambar 2.1. Las SMAW.

## 2.2 Diagram CCT
Metalurgi  hasil  pengelasan  atau  struktur  mikro  basil  pengelasan  tidak  bisa  dianalisis melalui  diagram  fasa.  Diagram  fasa  hanya  bisa  diterapkan  untuk  kondisi  dimana  laju pendinginan sangat dan proses difusi atom berlangsung.
Gambar 2.2. Perbedaan Pemakaian Diagram Fasa Dan CCT.
Untuk itu maka diperlukan cara lain agar dapat menganalisa struktur mikro pada produk hasil pengelasan. Cara yang dimaksud adalah dengan menggunakan diagram CCT (continuous cooling transformation).
Gambar 2.3. Diagram CCT Baja Karbon Medium.
Diagram CCT  merupakan diagram Temperatur (T) vs Waktu (t) yang bermanfaat untuk ferit finish memprediksi struktur mikro dan harga kekerasan dibawah laju pendinginan tertentu. Selain  memperlihatkan  hubungan  temperatur  dan  waktu,  pada  diagram  itu  juga  terdapat  fasa- fasa yang mungkin terjadi pada kasus pendinginan tertentu. Sedangkan angka-angka ditiap garis pendinginan menyatakan angka kekerasan.Garis-garis yang ada pada diagram CCT merupakan batas  antara  satu  fasa  dengan  fasa  lain.  Sebagai  contoh  daerah  F  merupakan  daerah  yang dibatasi oleh garis Fs dan Ff. Fs dan Ff berturut-turut berarti ferit start dan. Garis Fs memiliki arti  apabila  suatu  garis  pendinginan  mulai  memotong  garis  ini  maka  pada  saat  ini  terjadi transformasi fasa,  sedangkan  bila  garis  pendinginan  memotong  garis  Ff  maka  proses transformasi ferit telah selesai.

## 2.3. Tegangan Sisa
Gambar 2.4. Kondisi Tegangan Selama Pemanasan.
Sebaliknya,  selama  proses pendinginan,  daerah  dibawah  logam  las  mengalami  tegangan tarik  dan  daerah  dibawahnya  melawannya  dengan  tekan.Tegangan-tegangan  yang  terjadi  pada pelat yang dilas ini terus ada hingga temperatur kamar. Tegangan yang demikian disebut dengan tegangan sisa (residual stress). Jika tegangan yang "tersisa" itu berupa tegangan tarik maka hal ini dapat membahayakan konstruksi las, karena tegangan tarik ini jika melebihi kekuatan tarik daerah  itu  maka  dapat  rnengakibatkan  retak  (crack).  Tegangan  tarik  pada  gambar  diatas mungkin  saja  sampai  ke  permukaaan  logam  las  dan  sekali  lagi  ini  sangat  membahayakan konstruksi  las.  Seperti  yang  telah  dijelaskan,  logam  cenderung  akan  memuai  bila  dipanaskan dan  akan  menyusut  bila  didinginkan.  Besarnya  pemuaian  dan  penyusutan  logam  merupakan
hasil  perkalian  koefisien  pemuaian  material  (a)  dan  besar  temperatur  ( ∆ T)  dan  dirumuskan sebagai berikut :
e = . ∆ T (2.1)
∆ T = T2 – T1 (2.2)
Gambar 2.5. Perbedaan Penyusutan Logam Las Dan Logam Induk.
Bagian  yang  diambil  dari  logam  las  disebut  dengan  P1  sedangkan  bagian  dari  logam induk disebut dengan P2. Luas keduanya dianggap sama atau Al = A2. Bagian P2  mengalami penyusutan  lebih  kecil  dari  bagian  P1.  Penyusutan  pada  bagian  P2  dinyatakan  dengan  e2  dan pada bagian P1 dinyatakan dengan . ∆ T. Penyusutan yang terjadi pada daerah basil pengelasan itu dapat dinyatakan secara matematik sebagai berikut :
e 2 = . ∆ T + e 2
e 2 – e 1 = . ∆ T (2.3)
dari  persamaan  hukum Hooke dimana =  E.e  maka  persamaan  diatas  dapat  dimodifikasi menjadi:
e 2 – e 1 = . ∆ T
− = . ∆ T
(2.4)
− = . . ∆ T (2.5)
Luas daerah P1 dan P2 dianggap sama, sehingga A1 = A2.
F 1 = - F 2 1. A = - 2. A (2.6)
1 = -2 . 2

## 3. METODE PENELITIAN
Gambar 3.1  Diagram Alir Penelitian.

## 4. PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA
4.1 Data Pengaruh Karbon ekivalen (C ek) dan Pengaruh Parameter Retak (p c )
1. Pengaruh karbon ekivalen (C ek)
CE = C + Mn 6 + Si 24 + Cr 5 + Ni 40 + Mo 4 + (%)
CE = 0.38 + . + . + . 5 + . + . + . = 0,79 (%)
2. Pengaruh parameter retak (p c )
Pc = C + + + + + (%)
Pc = 0.38 + , + , , + . + , + , = 0.50 (%)
Hasil Pengaruh Karbon Ekivalen (C ek) Dan Pengaruh Parameter Retak.
Pengaruh komposisi kimia terhadap sensitifias retak, atau kepekaan retak dingin di daerah pengaruh  panas diakomodasi dengan  nilai  karbon ekivalen yang dinotasikan dengan  C ek dan nilai  parameter  retak  pada  perhitungan. Pengaruh  karbon ekivalen (C ek) 0,79  (%)      sedangkan Pengaruh  parameter  retak  (p c ) sebesar 0.50  (%). Nilai  karbon ekivalen dan  parameter  retak berkorelasi positif  dengan  kesensitifan  terjadinya  retak.  Artinya  kepekaan  baja  terhadap  retak dingin akan turun, jika nilai karbon ekivalen dan parameter retak juga turun. Paduan atau unsur yang  ditambahkan  pada  baja,  merupakan  usaha  untuk  mendapatkan  sifat  mekanik  yang  lebih tinggi.  Dengan  demikian,  ketika  nilai  karbon ekivalen harus  diturunkan,  maka  sifat  mekanik baja  yang  diperoleh  juga  akan  turun.  Pada  kebanyakan  baja,  nilai  karbon ekuivalen yang disarankan adalah kurang daripada 0,5 dan nilai parameter retak kurang daripada 0,36.

## 4.2 Data Hasil Pengujian Tarik.
Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Tegangan Dan Regangan Bahan  yang  dilas  mengunakan  elektroda  E7015  dan  7018  dapat  patah  begitu  saja  tanpa mengalami deformasi, yang berarti benda tersebut bersifat rapuh atau getas (brittle) dengan nilai yang didapat pada pengelasan mengunakan elektroda tipe E7015 sebesar 59,546 Kgf/mm 2 dan E7018  sebesar  49,490  Kgf/mm 2 .  Sedangkan  bahan  yang  dilas  mengunakan  eletroda  E7016 sebesar  66,294  Kgf/mm 2 ,  meregang  dan  mengalami deformasi sebelum  patah,  yang  disebut dengan  benda elastis dan  dilihat  dari  data  kekerasan  sebelumnya  bahwa  bahan  yang  dilas mengunakan elektroda E7016 kekerasannya paling kecil dibanding E7015 dan E7018.
Makin  besar  tegangan  pada  sebuah  benda,  makin  besar  juga  regangannya.  Artiny a,  ΔX juga  makin  besar.  Jadi  tegangan  terbesar  dialami  pengelasan  mengunakan  elektroda  E7016 maka  regangan  terbesar  juga  di  alaminya  sebesar  13,26  %..  Bisa  dikata specimen yang  dilas mengunakan  elektroda  tipe  E7016  lebih  ulet  dari specimen yang  dilas  mengunakan  elektroda E7015 dan E7018.

## 4.3 Hasil  Pengujian Kekerasan
59,546 66,294
49,49
7,16 13,26 5,86 0 10 20 30 40 50 60 70 E 7015 E 7016 E 7018 Tegangan Regangan
Hasil  rata  rata  pengujian  kekerasan  yang  didapat  dari  ketiga  macam  variasi  elektroda pengelasan yang telah di hitung.dapat dilihat ditabel dibawah ini
Gambar 4.2. Nilai Kekerasan Keseluruhan
Gambar. 4.3. Persentase Nilai Kekerasan Di Logam Las
Berdasarkan  tabel  dan  grafik  pengujian  kekerasan  yang  dilakukan  bahwa  bahan  uji dengan pengelasan mengunakan elektroda tipe E7018 menghasilkan nilai kekerasan yang lebih tingi  dibanding  dengan  mengunakan  eletroda  tipe  E7015  dan  E7016. Pada  daerah  HAZ  ini dipengaruhi  oleh  besarnya  panas  yang  masuk  pada  logam  induk  dan  las  serta  cepatnya  laju
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Raw Material AWS. E7015 AWS. E7016 AWS. E7018 HV Daerah Logam Las Daerah HAZ Daerah Logam Induk E 7015 32% E 7016 27% E7018 41%

## Perbandingan kekerasan di  logam Las
pendinginan  pada  logam  las  karena  terak  yang  dihasilkan  sewaktu  pengelasan  langsung  lepas dari  logam  las  sebelum  logam  las  dingin  dengan  sendirinya,  pristiwa  inilah  yang  yang menyebabkan terjadinya laju pendinginan yang cepat, pada daerah ini terjadinya kenaikan panas yang di hasilkan dari pengelasan  maka daerah ini ikut menjadi keras dan laju pendinginan yang cepat dan fasa martensit juga terjadi pada daerah HAZ.
Tabel 4.1. Data Keseluruhan Pengujian Kekerasan
No Bahan Uji Nilai Kekerasan  ( HV ) Logam las HAZ Logam induk 1 Dengan elektroda tipe AWS. E7015 320.26 431.8 368,53 2 Dengan elektroda tipe AWS. E7016 262.56 459.3 411,4 3 Dengan elektroda tipe AWS. E7018 404.3 454.63 372,33

## 4.4 Laju Pendingginan
1. Pengukuran  laju  pendinginan  pada  specimen  yang  di  las  mengunakan  elektroda  type  E 7015.
a. Percobaan 1 temperatur 798 o c – 500 o c waktu pendinginan 8 s b. Percobaan 2 temperatur 785 o c – 500 o c waktu pendinginan 5 s c. Percobaan 3 temperatur 790 o c – 500 o c waktu pendinginan 6 s Dari data diatas maka kita akan mendapatkan rata-rata laju pendingginan pada specimen yang dilas mengunakan elektroda type E7015.

## Rata rata laju pendinginan
= ∑ [ 798 °c + 785°c + 790 °c ] 3 = 791 o c ( 1064 o k )
Rata-rata Waktu pendingginan
= ∑ [ 8 s +  5 s  + 6 s ] 3 = 6.3 s
Gambar 4.4. Diagram Laju Pendinginan.
Tabel 4.2. Data Rata-rata Keseluruhan Variasi Terhadap Laju Pendinginan.
No Variasi Elektroda T 1 ( o C ) T 2 ( o C ) t ( s ) 1 AWS. E 7015 791 500 6.3 2 AWS. E 7016 783 500 9.3 3 AWS. E 7018 800,66 500 6.3

## 4.5 Tegangan Sisa
1. Tegangan Sisa Pada Specimen yang di Las Mengunakan Elektroda 7015.
Tegangan-tegangan  yang terjadi  di  daerah  hasil  pengelasan  dapat  diperkirakan    secara teoritis.  Pada  pengelasan  baja  AISI  4337  dengan  tipe  elektroda  E7015,  baja  mengalami pendinginan dari temperatur 791 o C ke 500 o C. Koefisien pemuan baja 11x10 -6  o C dan modulus elastisitas 831,64 kgf/mm 2 .
Diketahui :
= 11x10 -6  o C
E = 831,64 kgf/mm 2
= 831,64 kgf/mm 2 x , / / = 8150,072 N/mm 2
T 1 = 791 o C T 2 = 500 o C − = . . ∆ T
− = 8150,072 / (11 x 10 -6 o C ) (500 o C – 791 o C )
− = −2,608 /
Jika hasil diatas disubsitusikan kepersamaan  2.10 . maka akan diperoleh:
1 + 2 . 2 = 0
1 = - 2 2
2 - 1 = −2,608 / substitusikan ke persamaan diatas:
2 = , /
2 = - 0,869 Mpa
1 = -2. 2
1 = 1,738  Mpa
Perhitungan selanjutnya dengan cara yang sama dilanjutkan untuk elektroda E7016 dan E7018
Tabel 4.3. Tegangan Sisa yang Terjadi di Masing-masing Variasi Elektroda.
NO Variasi elektroda (logam las) 1 (Logam induk) 2 1 Tipe AWS. E7015 1,738 -0,869 2 Tipe AWS. E7016 1,016 -0,508 3 Tipe AWS. E7018 1,824 -0,912
Yang  terbaik  disini  adalah  elektroda  E7016  karena  memiliki  tegangan  tarik  terendah (logam  las) 1  = 1,016  Mpa.    Walaupun  demikian  elektroda  E7018  memiliki  tegangan  tekan yang besar pada logam induknya  ( 2 ) = -0,912 Mpa adalah tegangan tekan (negatip ) . Daerah yang  semakin  jauh  dari  logam  las  akan  mengalami  tegangan  semakin  kecil  karena  pengaruh beda  temperatur  yang  semakin  kecil.  Tegangan  tarik  yang  rendah  akan  mencegah  logam  las menjadi  retak,  sementara  itu  pada  logam  induk  dibutuhkan  teganan  tekan  yang  tinggi  untuk mencegah retak juga.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  pengelasan  yang  dilakukan dengan  mengunakan  3  macam  jenis elektroda  berhidrogen  rendah  yaitu  :  E7015  jenis fluks Natrium, Berhidrogen rendah,  E7016 jenis fluks Kalium berhidrogen rendah, E7018 jenis fluks serbuk besi berhidrogen rendah, dapat ditarik suatu kesimpulan :
1. Elektroda tipe AWS. E7016 yang tepat digunakan pada penyambungan pengelasan pada baja AISI 4337 karena dari hasil pengujian kekuatan tarik paling besar dan  regangannya juga besar, indikasi ini hasil lasnya cukup ulet,
2. Elektroda  tipe  AWS.  E7016  tegangan  sisa  tarik  (positip) terkecil  pada  logam  las  (1,452 kg/mm 2 .
3. Untuk pengelasan baja AISI 4337 direkomendasika menggunakan elektroda E7016

## DAFTAR PUSTAKA
Alibaba.    Spesipikasi    elektroda AWS    E7015  :
http://indonesian.alibaba.com/ product-gs/welding-electrode - manufacturer-aws-e7015-1746289155.html , (Diakses tanggal 19 Desember 2015) -------. Spesipikasi elektroda E7016 : http://indonesian.alibaba.com/product gs/famous-welding-electrode-brands-aws-e7016-welding-electrode  elecrod      efor- welding-60283960288.html.
(Diakses tanggal 19 Desember 2015)
-------.          Spesipikasi    elektroda E7018 http://indonesian.alibaba.com/product  gs/mild-steel- welding-electrode-aws-e7018-603185600.html.
(Diakses tanggal 19 Desember 2015)
-------.  Paduan  komposisi  baja  AISI  4337  baja : http://indonesian.alibaba.com/
product-gs/aisi-4337-sae-4337-g43370-alloy-steel-1488876204.html
(Diakses tanggal 13 November 2015)
Amstead B.H, Ostwald F.Phillip. Begeman Myron L. dan Djaprie Sriati.
(1997). Teknologi Mekanik. Jakarta: penerbit Erlangga
Beumer B.J.M..(1994),  Ilmu bahan logam,  jakarta : Penerbit  Bhratara.
Dionisius Y. Baja paduan alloy steel. : http://teknikmesin manufaktur.blogspot co.uk/2015/02/baja-paduan-alloy-steel.html
(Diakses tanggal13November   2015)
Fakultas Teknik.Universitas Pasundan.(2012). Modul Uji Tarik. Bandung.
Fakultas Teknik Universitas Trunojoyo. (2013). Modul Uji Kekerasan
Harsono Wiryosumarto Prof. Dr.Ir., dan Okumura Toshie Prof. Dr.(2000). Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta : penerbit Pradnya Paramita. Hendro.s,.(2010). Metallurgi/ilmu logam.
(online). Tersedia: https://tehnikm-
esinindustri.wordpress.com/metallurgiilmu-logam/.
(Diakses tanggal 16 Oktober 2015)