Volume 4, Nomor 1, April 2023, hlm 83-89 JTTM: Jurnal Terapan Teknik Mesin p ISSN 2721-5377| e ISSN 2721-7825 http://jurnal.sttmcileungsi.ac.id/index.php/jttm
Pengaruh pengaturan voltase terhadap kekuatan tarik pada gas metal arc welding antara pipa STKM 13B dan pelat SPH 440
The effect of voltage setting towards tensile strength of gas metal arc welding between STKM 13B pipe and SPH440 plate
Juliyanto Simamora 1 , Adhes Gamayel 1 , Ida Bagus Indra 2 , Mohamad Zaenudin 1*
1* Jurusan Teknik Mesin, Universitas Global Jakarta, Jl. Boulevard Raya No. 2, Tirtajaya, Sukmajaya, Depok 16412, Indonesia
2 Jurusan Teknik Industri, Universitas Global Jakarta, Jl. Boulevard Raya No. 2, Tirtajaya, Sukmajaya, Depok
16412, Indonesia *E-mail: mzaenudin@jgu.ac.id Article Submit: 07/02/2023 Article Revision: 20/03/2023 Article Accepted: 26/03/2023
Abstrak: Gas  Metal  Arch  Welding (GMAW)  adalah  suatu  metode  pengelasan  yang  saat  ini  sudah  banyak digunakan  di  industri  manufaktur.  Hal  ini  dikarenakan  GMAW  memiliki  beberapa  keunggulan  seperti pengelasan yang cepat dan dapat digunakan dalam berbagai posisi dan material. Namun demikian, cacat pada las  berupa  porositas  masih  sering  terjadi,  sehingga  untuk  mendapatkan  hasil  yang  maksimal  melalui  teknik pengelasan  GMAW  masih diperlukan penelitian lebih  lanjut secara ekstensif. Penelitian  ini  bertujuan untuk mempelajari  mengenai  pengaruh  pengaturan  voltase  terhadap  kekuatan  tarik  hasil  las  GMAW,  yang  mana sangat dipengaruhi oleh porositas hasil lasnya. Dalam hal ini, material yang digunakan yaitu berupa pipa STKM 13B dan pelat SPH 440. Pengelasan antara pipa dan pelat secara saling tegak lurus memiliki kemungkinan yang besar untuk terjadinya porositas pada hasil las, sehingga sangat menarik dan penting untuk diteliti. Arus yang digunakan pada penelitian ini yaitu 110 Ampere dengan variasi voltase 18, 20, dan 22 Volt. Hasil pengelasan menunjukkan bahwa pengelasan dengan voltase yang meningkat menunjukkan peningkatan kekuatan tarik dari material  yang  sudah  dilas.  Namun  demikian,  pada  sampel  dengan  20  Volt  menunjukkan  hasil  terbaik  yang terjadi  dikarenakan  pada  hasil  foto  mikro  terlihat  bahwa  pada  sampel  tersebut  tidak  terdapat  porositas  atau paling tidak minim porositas. Lebih lanjut lagi, nilai standar untuk area las menunjukkan bahwa pengelasan dengan  voltase  yang  tinggi  mendukung  tercapainya  standar  ketebalan,  kedalaman,  dan  panjang  las  yang disarankan. Penelitian ini berhasil memberikan gambaran hasil kekuatan tarik dari las GMAW pada material pipa dan pelat dengan perbedaan nilai tegangan.
Kata kunci: GMAW; pipa STKM 13B; pelat SPH 440, kekuatan tarik; foto mikro .
Abstract . Gas metal arch welding, also known as GMAW, is currently very well-liked in the industrial industry. This is because GMAW has a number of advantages, such as fast welding and adaptability to various materials and circumstances. To get the best outcomes with GMAW welding techniques, however, significant additional study is still required due to the prevalence of porosity-related weld defects. This research aims to investigate the  effect  of  voltage  regulation  on  the  tensile  strength  of  GMAW  welds,  which  is  greatly  influenced  by  the porosity of the welds. The items used in this case are SPH 440 plates and STKM 13B pipes. Due to the high probability that the resulting weld will contain porosity, studying welding between parallel pipes and plates is both intriguing and important. This study made use of voltage changes of 18, 20, and 22 volts along with 110 amps  of  current.  The  welding  data  show  that  welding  at  higher  voltage  increases  the  tensile  strength  of  a material's welded joint. However, because micro-photo analysis of the sample with a voltage of 20 V showed that it had no or very little porosity, the sample with that voltage gave the best results. Additionally, high voltage welding supports meeting the recommended standards for weld thickness, depth, and length, according to the standard values for the weld area. It was successful for this study to provide a summary of the results regarding the tensile strength of GMAW welds on materials for pipes and plates with different stress values.
Keywords: Evaporator; air filter; compressor operation; cooling effectiveness; car air conditioner.
84 Juliyanto Simamora, Adhes Gamayel, Ida Bagus Indra, Mohamad Zaenudin
Pengaruh pengaturan voltase terhadap kekuatan tarik pada gas metal arc welding antara pipa STKM 13B dan plat SPH 440

## 1. PENDAHULUAN
Berbagai jenis logam memiliki keunggulan dan kekurangan dalam proses penyambungan melalui pengelasan. Fleksibilitas merupakan salah satu keunggulan yang diperlukan dalam proses pengelasan [1]. Jenis pengelasan yang sering dipakai oleh industri adalah pengelasan cair dengan kombinasi busur listrik dan gas [2] . Jenis pengelasan yang dimaksud berupa SMAW ( Shield Metal Arc Welding ) dan GMAW ( Gas Metal Arc Welding ). Penelitian yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan sambungan lap joint terhadap hasil pengelasan SMAW pada baja AISI 1050 dengan elektroda 7016 dan Variasi arus 100A, 125A dan 150A telah dilakukan [3][4] . Hasil yang didapat berupa nilai kekuatan tegangan tarik tertinggi terjadi pada arus 100A sebesar 74.05 kgf/mm 2 , sedangkan untuk tegangan tarik terendah pada arus 150A sebesar 68.60 kgf/mm 2 . Pengujian impak dari pengelasan GMAW pada baja ST-42 secara zig-za g  dan  non  zig-zag  menghasilkan  nilai  ketangguhan  pada  proses  pengelasan non  zig-zag lebih tinggi daripada pengelasan zig-zag [5] . Pengujian impak lainnya dilakukan pada logam AISI 1050 dan sudut kampuh V sudut 70 o pada arus 100, 120, 140 ampere menghasilkan ketangguhan terendah terjadi pada  arus  120  ampere  dan  ketangguhan  tertinggi  pada  100  ampere [6] .  Selain  itu,  telah  dilakukan pengujian kekerasan ( hardness test ) pada proses las GMAW terhadap baja ASTM A-36 dengan kampuh V sudut 60̊ dan variasi arus yang digunakan yaitu 80,100, dan 120 Ampere [7][8]. Kekerasan terendah terjadi pada arus 80 A yaitu 65.60 Hrc dan kekerasan tertinggi pada arus 100 A sebesar 80.40 Hrc [9] . Ketebalan pelat dengan variasi 8 mm, 10 mm, dan 12 mm pada sambungan las mild steel SS 400 berpengaruh terhadap nilai kekuatan tarik [2] . Tebal pelat 12 mm memiliki nilai kekuatan tarik tertinggi pada  penelitian  tersebut.  Penelitian  lain  mengenai  pengelasan  pipa  ke  pelat,  menyatakan  bahwa ketebalan pelat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kelelahan ( fatigue ) dan titik awal retak pada daerah  sambungan [10][11][12] .  Penelitian  selanjutnya  mengarah  kepada  hasil  yang  diperoleh memberikan wawasan yang mendalam tentang distribusi tegangan sisa di dekat las untuk spesimen yang diperiksa dan akan digunakan untuk penilaian kelelahan selanjutnya [13][14] .
Dari beberapa penelitian yang diuraikan, belum ada penelitian tentang pengelasan GMAW antara pipa dan pelat menggunakan bahan logam yang berbeda. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui struktur mikro dan kekuatan tarik dari pengelasan GMAW antara Pipa STKM 13B dan Pelat SPH 440

## 2. METODE
Alur penelitian dapat dilihat pada Gambar 1 . Penelitian ini menggunakan material pipa STKM13B dengan diameter 28.6 mm dan tebal 2.3 mm dengan panjang 100 mm. Pipa STKM13B merupakan baja dengan kandungan karbon (C) 0.072, Silicon (Si) 0.008, Mangan (Mn) 0.793, Fosfor (P) 0.014, Sulfur (S) 0.004. Pelat SPH 440 dibentuk menjadi spesimen benda kerja dengan ukuran 35mm x 100 mm dan ketebalan  3.2  mm.  Pelat  SPH  440  baja  dengan  kandungan  karbon  (C)  0,102%,  Silicon  (Si)  0,08%, Mangan (Mn) 1.10%, Fosfor (P) 0,012%, Sulfur (S) 0,003%. Tabel 1 memperlihatkan komposisi kimia lengkap pipa logam STKM13B dan pelat SPH 440.
Tabel 1 . Komposisi kimia pipa logam SKM13B dan pelat SPH 440.
Jenis Material Elemen C Si Mn P S Pipa STKM13B Max 0.25  Max 0.35  0.3 – 0.9 Max 0.04 Max 0.04 Pelat SPH 440 - - - Max 0.04 Max 0.04 Mulai Persiapan alat dan bahan Proses pengelasan robot Pengujian dan analisis spesimen Analisis data Selesai Mengukur dan persiapan spesimen untuk proses Apakah hasil pengelasan sesuai Ya Tidak Laporan Penelitian Gambar 1 . Diagram alur penelitian.
Kedua material ini diletakkan pada jig welding untuk dilakukan pengelasan menggunakan mesin las robot OTC Daihen tipe Almega II-V6. Arus listrik yang digunakan sebesar 110 ampere dan tegangan listrik bervariasi dari 18V, 20V, dan 22V. Adapun skema pengelasan dapat dilihat seperti Gambar 2 .
Gambar 2 . Skema pengelasan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengelasan yang sudah didapat sesuai Gambar 3 pengamatan yang dilakukan dari hasil pengelasan Pipa STKM 13B dan Pelat SPH 440 adalah kekuatan tarik hasil pengelasan dan pengamatan penetrasi pengelasan menggunakan mikroskop mikro struktur. Penetrasi pengelasan diamati pada daerah fusion line (garis warna merah pada gambar 1) yaitu daerah antara logam las dan HAZ. Pengamatan penetrasi pengelasan berdasarkan gambar 3 , di mana tebal, kedalaman, dan panjang las merupakan poin yang diamati.
Gambar 3 . Hasil pengelasan (a) A110, 18V, (b) A110,20V, (c) A110, 22V
Gambar 4 . Tebal, kedalaman, dan panjang las yang diamati.
86 Juliyanto Simamora, Adhes Gamayel, Ida Bagus Indra, Mohamad Zaenudin
Pengaruh pengaturan voltase terhadap kekuatan tarik pada gas metal arc welding antara pipa STKM 13B dan plat SPH 440
Adapun keterangan dari Gambar 4 yaitu sebagai berikut:
1. t1: tebal material tertipis (tmin)
2. t2: tebal material tertebal (tmax)
3. a1: kedalaman las t1
4. a2: kedalaman las t2
5. b1: panjang las t1
6. b2: panjang las t2
7. c: tinggi las
Gambar 5 , Gambar 6 , Gambar 7 merupakan hasil uji tarik dari masing-masing variasi tegangan listrik pada proses pengelasan
Gambar 5 . Hasil uji tarik (A) 110A,18V
Gambar 6 . Hasil uji tarik (B) 110A, 20V
A B
Gambar 7 . Hasil uji tarik (C) 110A, 22V
Dari Gambar  5 , Gambar  6 dan Gambar  7 terlihat  bahwa  hasil  las  dengan ultimate  strength tertinggi  terjadi  pada  penggunaan  voltase  senilai  20V,  yang  ada  pada  Gambar  4(B).  Pada  tegangan tersebut  tegangan  tarik  maksimal  sebesar  31.400  N  dengan  mulur  sejauh  7,2  mm.  Hasil  las  dengan kekuatan tarik terendah ada pada penggunaan Voltase sebesar 18V (Gambar 4(A)). Pada tegangan ini dihasilkan pembebanan tarik maksimal sebesar 18.959 N dengan mulur sejauh 4.5 mm. Variasi Voltase menyebabkan permukaan las menjadi melebar sehingga terbentang merata dan hasil las cenderung datar. Akibat adanya perbedaan  Voltase, maka tegangan tarik pada hasil las cenderung meningkat. Hal ini sesuai dengan apa yang disimpulkan oleh peneliti sebelumnya bahwa variasi Voltase terhadap hasil las memiliki pengaruh yang signifikan [15].
Apabila dilihat pada unsur penyusun di kedua material, kadar silikon (Si) pada pelat SPH 440 lebih tinggi  daripada  kadar  Silikon  pada  pipa  STKM  13B.  Hal  ini  menjadi  salah  satu  faktor  yang menyebabkan hasil uji tarik memiliki nilai minimal 18.000 N. Secara keseluruhan, perbedaan komposisi kimia masing-masing menjadikan kekuatan hasil las berbeda-beda dan cenderung sensitif pada tingkat Voltase  tertentu,  yaitu  pada  saat  tegangan  berkisar  20  V.  Elemen  pembentuk  tersebut  juga mempengaruhi hasil las yang ditampilkan pada Gambar 8 dan Gambar 9 .
Gambar 8 . Hasil foto mikro dengan Arus 110 A dan Voltase berbeda-beda, yaitu (a) 18V, (b) 20V
Apabila Gambar 8 dan Gambar 9 disesuaikan dengan Gambar 3 , di mana tebal t1 = 2.30 mm dan t2 = 3.20 mm, maka akan didapatkan Tabel 1 .

## C
88 Juliyanto Simamora, Adhes Gamayel, Ida Bagus Indra, Mohamad Zaenudin
Pengaruh pengaturan voltase terhadap kekuatan tarik pada gas metal arc welding antara pipa STKM 13B dan plat SPH 440
Gambar 9 . Hasil foto mikro dengan Arus 110 A dan Voltase berbeda-beda (c) 22V
Secara umum, kedalaman las pada pelat (a2) lebih tinggi daripada kedalaman las pada pipa (a1). Hal ini dimungkinkan karena komposisi unsur mangan (Mn) pada pelat jauh lebih banyak daripada pipa. Unsur Mn berperan untuk mengurangi kadar porositas pada hasil las. Sehingga kecenderungan logam dengan unsur Mn yang tinggi akan memiliki ketangguhan yang baik. Unsur mangan (Mn) pada pelat adalah 1.10% dan pada pipa sebesar 0.793%.
Tabel 2 . Nilai hasil pengelasan.
Spesimen Parameter a1 (pipa) (mm) a2 (pelat) (mm) b1 (pipa) (mm) b2 (pelat) (mm) c (mm) 1 110A; 18V 1.15 1.32 3.27 3.28 2.86 2 110A; 20V 1.41 1.42 3.38 3.50 2.79 3 110A; 22V 0.83 1.44 3.39 3.90 3.02
Jika diamati pada panjang las pipa  (b1) dan panjang las pelat (b2) memiliki nilai dua kali lipat daripada kedalaman las (a1 dan a2). Hal ini membuktikan bahwa variasi voltase menyebabkan hasil las lebih melebar dan datar. Tinggi las menjadi lebih tinggi akibat dari voltase tinggi. Voltase 20V memiliki tinggi las paling rendah karena nilai kedalaman las dan panjang las memiliki selisih yang kecil.
3 SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  didapatkan  kesimpulan  bahwa ultimate  strength tertinggi  senilai 31.400 N dan mulur 7.4 mm terjadi pada penggunaan 20 Volt. Sedangkan, ultimate strength terendah senilai 18.959 N dengan mulur sejauh 4.5 mm terjadi pada penggunaan voltase 18 V. Pelat mengalami penetrasi terdalam yaitu 1.44 mm dan panjang las tertinggi yaitu 3.90 mm ketika beroperasi pengelasan dengan 110 A dan 22 V, yaitu pada Voltase tertinggi. Pipa mengalami penetrasi terdalam dan panjang las  terbesar  ketika  mengalami  pengelasan  pada  operasi  110  A  dan  20  V.  Material  pipa  lebih  susah melebur dikarenakan komposisi unsur yang dimiliki lebih rendah daripada yang dimiliki material pelat.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Peneliti  mengucapkan  terima kasih  kepada  Universitas  Global  Jakarta  atas  dukungannya  dalam bentuk fasilitas dan pendanaan dalam pelaksanaan penelitian ini

## REFERENSI
[1] H. Muzakki, A. S. Baskoro, G. Kiswanto, and  Winarto, “Mechanical properties of the micro resistance  spot  welding  of  aluminum  alloy  to  stainless  steel  with  a  zinc  interlayer,” Int.  J. Technol. , vol. 9, no. 4, pp. 686–694, 2018, doi: 10.14716/ijtech.v9i4.1867.
[2] M. A. I. Afit Reni Prastiwi, “Analisa pengaruh variasi ketebalan plat terhadap kekuatan tarik
pada sambungan las butt joint mild steel ss 400,” Jptm , vol. 08, no. 03, 2019.
[3] Azwinur, A. S. Ismy, R. Nanda, and Ferdiyansyah, “Pengaruh arus pengelasan SMAW terhadap kekuatan sambungan las double lap joint pada material AISI 1050,” J. Weld. Technol. , vol. 2, no. 1, 2020.
[4] M. Farhan,  F. Azharul, and H. Sholih, “Pengujian Pengelasan Plat Stainless Steel JIS SS304 Menggunakan Mikro Struktur,” vol. 3, no. 1, pp. 33–44, 2023.
[5] M.  Z. dan T. A. Badaruddin Anwar, “Analisis Ketangguhan Hasil Pengelasan  GTAW Posisi Vertikal pada Baja ST 42 dengan Pola,” Teknologi , vol. 21, no. 1, pp. 42–45, 2020.
[6] N.  J.  Zainal  Fakri,  Bukhari,  “Analisa  pengaruh  kuat  arus  pengelasan  GMAW  terhadap ketangguhan sambungan baja AISI 1050,” J. Weld. Technol. , vol. 1, no. 1, pp. 5–10, 2019.
[7] Juwanda,  Saifuddin,  and  Marzuki,  “Analisa  pengaruh  kuat  arus  hasil  pengelasan  GMAW terhadap kekerasan material ASTM A 36,” J. Weld. Technol. , vol. 3, no. 1, pp. 6–11, 2021.
[8] R.  Chakrabarti,  J. Roy,  P.  Biswas,  and  S.  C.  Saha,  “Influence  of  microstructural  changes  on residual stress characteristics and macro-hardness of submerged arc welded p-91 steel plates,” Soldag. e Insp. , vol. 26, 2021, doi: 10.1590/0104-9224/SI26.01.
[9] Heni Hendaryati, M. Mamungkas, Iis Siti Aisyah, and Muhammad Hasbi Rusmana, “The effect of variations in thickness of 2024 T42 aluminum plate on tensile strength and macrography in the process of resistance spot welding,” JTTM  J. Terap. Tek. Mesin , vol. 3, no. 2, pp. 96–107, 2022, doi: 10.37373/jttm.v3i2.299.
[10]  L. Bertini, F. Frendo, and G. Marulo, “Effects of plate stiffness on the fatigue resistance and failure location of pipe-to-plate welded joints under bending,” Int. J. Fatigue , vol. 90, 2016, doi: 10.1016/j.ijfatigue.2016.04.015.
[11]  Joni  Arif  and  Koswara,  “Pengaruh  Variasi  Sudut  Kampuh  V  Terhadap  Sifat  Mekanis  Pada Sambungan Las Aluminium 5083 Engine Girder Kapal Laut,” TEKNOSAINS  J. Sains, Teknol. dan Inform. , vol. 8, no. 1, pp. 54–62, 2021, doi: 10.37373/tekno.v8i1.63.
[12]  C. K. Lee, S. P. Chiew, and J. Jiang, “Residual stress study of welded high strength steel thin- walled plate-to-plate joints, Part 1: Experimental study,” Thin-Walled Struct. , vol. 56, 2012, doi: 10.1016/j.tws.2012.03.015.
[13]  A. Chiocca, F. Frendo, and L. Bertini, “Evaluation of residual stresses in a pipe-to-plate welded joint by means of uncoupled thermal-structural simulation and experimental tests,” Int. J. Mech. Sci. , vol. 199, 2021, doi: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106401.
[14]  P.  Ferro,  F.  Berto,  and  N.  M.  James,  “Asymptotic  residual  stress  distribution  induced  by multipass welding processes,” Int.
J. Fatigue , vol. 101, 2017, doi: 10.1016/j.ijfatigue.2016.11.022.
[15]  D. Febriyanto and R. E. Purwanto, “Pengaruh Variasi Voltase dan Waktu Penekanan Sambungan Pengelasan Titik ( Spot Welding ) Terhadap Kekuatan Geser dan Kekuatan Peel Baja,” vol. 4, pp. 59–64, 2018.