## STUDI PENGELASAN TUNGSTEN INERT GAS TERHADAP
KEKUATAN SAMBUNGAN DAN SIFAT MEKANIK PADA

## BAJA AISI 1045
Fajar Banjarnahor 1 *, Alfian H.Siregar 2 , M. Sabri 3 , Indra 4 , Mahadi 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Email: fajar.banjarnahor@gmail.com

## Abstract
One  of  the  metal  joining  technology  with  welding  method  is  TIG  ( Tungsten  Inert  Gas )  or GTAW ( Gas Tungsten Arch Welding ). With TIG welding we can connect metals such as: Aluminum,
Copper,  Carbon  Steel,  and  Stainless  Steel.  This  study  was  conducted  to  determine  the  effect  of  TIG welding  on  mechanical  properties,  microstructure,  and  strength  of  welded  joints  on  AISI  1045  Steel. Welding is done using AWS EWTh2 tungsten and  with ER70S-G filler, 8 bar L / m flow rate, 100 A current strength,  with V joint connection. The test methods carried out were hardness test with Brinell Hardness  Tester  method,  tensile  test  with  Tensile  Tester,  microstructure  test  with  Metallurgycal Microscope,  and  simulation  of welded  joints  with Solidworks  software.  The  average  results  from  the hardness test were obtained 227.6442269 BHN for welded specimens, 198.2885114 BHN for testing in the  HAZ  region,  and  177.8677098  BHN  for  testing  at  the  weld  point.  The  results  of  the  tensile  test without welding, the average stress is 725.849257 N/mm2, strain 20%, modulus of elasticity 3828.4847 N/mm2.  And  for  weld  specimens,  the  average  stress  is  709.925687  N/mm2,  Strain  11.33%,  and  the modulus  of  elasticity  is  6309.7133  N/mm2.  The  results  of microstructure  testing  showed  that  welded specimens  had  a  ferrite  microstructure,  a  weld  point  with  cementite  microstructure,  and  a  HAZ  area with a larger size ferrite microstructure. The strength of weld joint with simulation in Soidworks, we get the connection strength is 1090 MPa with a tensile load of 40000 N.
Keywords: TIG Welding, AISI 1045 Steel, Mechanical Property, Weld Strength

## Abstrak
Salah  satu  teknik  penyambungan  logam  dengan  cara  pengelasan  adalah  dengan  pengelasan TIG( Tungsten  Inert  gas )  atau  GTAW  ( Gas  Tungsten  Arch  Welding ).  Dengan  las  TIG  kita  dapat menyambung  logam  seperti:  Aluminium,  Tembaga,  Carbon  Steel,  dan  Stainless  Steel.  Penelitian  ini dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  pengelasan  TIG  terhadap  sifat  mekanik,  struktur  mikro,  dan kekuatan  sambungan  las  pada  Baja  AISI  1045.  Pengelasan  dilakukan  dengan menggunakan  tungsten AWS  EWTh2  dan  dengan  filler  ER70S-G,  laju  aliran  8  bar  L/m,  kekuatan  arus  100  A,  dengan sambungan kampuh V. Metode pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan dengan metode Brinell Hardness Tester, uji tarik dengan Tensile Tester, uji struktur mikro dengan Metallurgycal Microscope, dan  simulasi  sambungan  las  dengan  software  Solidworks.  Hasil  rata-rata  dari  uji  kekerasan  didapat
227.6442269 BHN untuk spesimen tanpa las, 198.2885114 BHN untuk pengujian di daerah HAZ, dan 177.8677098 BHN untuk pengujian di titik las. Untuk hasil uji tarik tanpa las didapat rata-rata tegangan 725.849257 N/mm2  , regangan 20 %, modulus elastisitas 3828.4847 N/mm2. Dan untuk spesimen las didapat rata- rata tegangan 709,925687 N/mm2, Regangan 11.33 %, dan modulus elastisitas 6309.7133 N/mm2.  Hasil  pengujian  struktur  mikro  didapat  bahwa  spesmen  tanpa  las  memiliki  struktur  mikro ferrite,  daerah  las  dengan  struktur  mikro  cementite,  dan  daerah  HAZ  dengan  mikrostruktur  ferrite dengan  ukuran  yang  lebih  besar.  Untuk  kekuatan  sambungan  dengan  simulasi  di  Soidworks  didapat kekuatam sambungan adalah 1090 MPa denga beban tarik 40000 N.
Kata kunci: Las TIG, Baja AISI 1045, Sifat Mekanik, Kekuatan Sambungan Las

## 1. Pendahuluan
Saat ini teknik penyambungan logam di bidang pengelasan sudah berkembang pesat. Pada konstruksi yang menggunakan bahan baku logam, hampir sebagian besar sambungannya dikerjakan  dengan  cara  pengelasan.  Salah  satunya  adalah  Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW) atau biasa yang disebut Tungsten Inert Gas (TIG).
Tungsten  Inert  Gas (  TIG)  welding  adalah  proses  pengelasan  busur  yang menggunakan elektroda tungsten yang digunakan tidak untuk menghasilkan lasan . Pengelasan TIG  adalah  proses  penyambungan  material  ferrous  atau  non  ferrous  dengan  memanaskan sampai suhu pengelasan, dengan atau tanpa menggunakan logam pengisi ( filler metal )[1] .
Pengelasan  baja  menggunakan  las  TIG  dengan  pelindung  gas  mulia  (Argon) diharapkan  dapat  memberikan  hasil  sambungan  las  yang  bagus,  baik  secara  fisis  maupun mekanis.  Sifat  mekanis  tersebut  salah  satunya  adalah  kekuatan  tarikan  yang  akan mempengaruhi kekuatan sambungan. Faktor yang memungkinkan mempengaruhi penurunan sifat mekanis sambungan las TIG antara lain adalah ketidak sesuaian dalam pemilihan kawat las  (filler  metal  )  dan  kesalahan  dalam  penentuan  parameter  las  TIG[2].  Las  TIG  dapat digunakan dalam pengelasan Aluminium, Stainless stell, Baja paduan, dan logam lainnya.
Salah  satu  material  yang  banyak  dipakai  dalam  pengelasan  adalah  baja  AISI  1045. Baja AISI 1045 adalah baja karbon dengan paduan karbon 0,45% tanpa tambahan sulfur dan fosfor.  Baja  spesifikasi  ini  banyak  digunakan  sebagai  komponen  automotif  misalnya  untuk komponen  roda  gigi  pada  kendaraan  bermotor.  Oleh  karena  itu  penulis  ingin  mengetahui kekuatan  sambungan  las  dan  sifat  mekanik  Baja  AISI  1045  dengan  las  TIG  dengan melakukan  penelitian  dan  beberapa  pengujian,  seperti  tensile  test,  hardness  test,  pengujian struktur  mikro,  dan  simulasi  uji  kekuatan  sambungan  di SOLIDWORKS .  Kemudian  hasil analisa akan dibandingkan dengan spesimen tanpa dilas dengan pengujian yang sama.

## 2. Metode
Proses pengelasan dilakukan  di Bengkel Team Horas USU dan pengujian dilakukan di  Lab.  Fenomena  Dasar  dan  Lab.  Ilmu  logam  Fisik  Departemen  Teknik  Mesin,  Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Bahan  yang  digunakan  adalah  Baja  AISI  1045  dengan titik lebur 1401-1539 oC, kekuatan tarik 565-700 MPa, dan komposisi kimia pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Komposisi Kimia Baja AISI 1045[3]
Element Carbon (C) Magnesium (Mg)  Sulfur (S) Phosphorous (P) Iron (Fe) Content(%) 0.43- 0.50 0.60-0.90 0.05 (Max) 0.04 (Max) Balance
Baja  AISI  1045  dilas  dengan  TIG( Tungsten  Inert  Gas )  dengan  filler  ER70S-G,  dan kuat  arus  100  Ampere.  Spesimen  uji  kekerasan  menggunakan  standarisasi  ASTM  E  10 dengan  dimensi  pada  Gambar  2.1a  dibawah,  spesimen  ini  juga  nanti  yang  akan  dilanjutkan
untuk  uji  struktur  mikro.  Untuk  spesimen  uji  tarik  menggunakan  standarisasi  ASTM  E8 dengan dimensi pada Gambar. 2.1b.
(a) (b)
Gambar 2.1. Spesimen uji kekerasan ASTM E10 (a), Spesimen Uji Tarik ASTM E8(b)[3].
Untuk pemodelan simulasi kekuatan sambungan las dengan Solidworks dibuat seperti Gambar  2.2,  dimana  panjang  total  spesimen  200  mm.  Bentuk  balok  110mm  x  50  mmx  50 mm,  dan  untuk  objek  uji  yaitu  60  mm  diameter  12  mm  dan  30  mm  untuk  diameter  8  mm. Dengan asumsi pengelasan sempurna standarisasi Amerika, dan dengan filler ER70S-G.
Gambar 2.2. Pemodelan dan Meshing Spesimen Uji di Solid Work

## 2.1 Metode Numerik

## 1. Nilai kekerasan.[4]
Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Brinell, dengan persamaan :
𝐵𝐻𝑁 = 𝑃
𝜋𝐷
√   2 2 2 ( 𝐷 − 𝐷 − 𝑑
Dimana : P = beban yang diberikan (1500 kg), D = diameter bola indentor (10mm), d = diameter indentasi (mm)
2. Uji kekerasan[5]
• Tegangan (Stress)
𝜎 = 𝑃
Dimana :σ = tegangan (N/mm2), P = Beban Maksimum (N), A = luas penampang (mm2).
• Regangan (Strain)
𝑒 = ∆ 𝐿 × 100% 𝐿𝑜
Dimana: e= regangan (%), ΔL = Perpanjangan (mm2), Lo = Panjang Awal (mm).
• Modulus Elastisitas
𝐸 = 𝜎
𝑒
Dimana: E= Modulus elastisitas (N/mm2), σ = Tegangan (N/mm2), e= Regangan (%)

## 2.2 Flow Chart

## Gambar 2.3. Flow Chart

## 3. Analisis dan Pembahasan

## 3.1 Uji Kekerasan
Tujuan pengujian kekerasan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan nilai  kekerasan  Baja  AISI  1045  sebelum  dan  sesudah  pengelasan,  yakni  pada  daerah  HAZ dan  pada  kampuh  yang  sudah  diisi  logam  pengisi.  Penghitungan  nilai  kekerasan  dari  benda uji yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan skala Brinell yang bekas injakannya atau indentasinya dapat dilihat dengan teropong Indentor dan nilai kekerasannya- nya dikonversikan dengan rumus BHN.
Tabel 3.1. Hasil Pengujian Kekerasan Metode Brinell
No Daerah Test Titik Uji Rata - rata Titik 1 Titik 2 Titik 3 1 Tanpa dilas 2.9 2.8 2.9 2.86
2 Titik las 3.3 3.2 3.2 3.23 3 Daerah HAZ 3.0 3.1 3.1 3.06

## Tabel 3.2. Nilai Kekerasan Tiap Daerah Uji Dalam BHN
Daerah Tes Titik Uji Nilai d(mm) Nilai Kekerasan(BHN) Tanpa las i 2.9 222.3270726 ii 2.8 238.8535032 iii 2.9 222.3270726 Rata- rata 2.86666666 7 227.6442269 Daerah HAZ i 3.1 193.9397546 ii 3.0 207.4245437 iii 3.1 193.9397546 Rata- rata 3.06666666 7 198.2885114 Titik las i 3.3 170.5515724 ii 3.2 181.6982431 iii 3.2 181.6982431 Rata- rata 3.23333333 3 177.8677098
Gambar 3.1. Grafik Nilai Kekerasan Spesimen Dalam Satuan BHN

## 3.2 Uji Tarik
Berdasarkan  hasil  pengujian  tarik  Baja  AISI  1045  yang  telah  mengalami  proses pengelasan  TIG  dengan  kuat  arus  pengelasan  100  A.  Pada  saat  pengujian  spesimen mengalami  patahan didaerah  HAZ.  Untuk  angka kekuatan  tarik  Baja  AISI  1045  yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 3.3. Hasil Uji Tarik
NO Do(mm ) Lo(mm ) Ao(mm2 ) Fs (N) Ff (N) Fmax (N) D1(mm ) A1 (mm 2 ) L1 (mm) I 8 50 50.24 20000 2950 0 36300 5 19.625 62
II 8 50 50.24 21000 2900 0 36000 5 19.625 57 III 8 50 50.24 21000 3000 0 37100 5 19.625 61 IV 8 50 50.24 20000 2900 0 35500 5 19.625 56 V 8 50 50.24 20000 3000 0 35600 6 28.26 55 VI 8 50 50.24 19000 2980 0 35900 5 19.625 56
Ket : I, II, dan III : spesimen yang tanpa dilas. Dan IV,V, dan VI : spesimen yang dilas.
(a)
(b)
(c) (d)
Gambar 3.2. Spesimen Uji Tarik Setelah Dilas (a), Diagram Tegangan Rata-rata (b),
Diagram Regangan Rata- rata (c), Diagran Modulus Elastisitas Rata-rata (d).

## 3.3. Uji Struktur Mikro
Pengujian  mikrostruktur  dilakukan  dengan  menggunakan  “Reflected  Metallurgical Microscope”  dengan  type  Rax  Vision  No.545491,  MM  -10A,230V-50Hz.  Pengujian mikrostruktur ini dilakukan pada spesimen Baja AISI 1045 yang telah dilakukan pengelasan TIG dengan kuat arus 100 A.
Hasil foto mikro seperti diperlihatkan pada gambar-gambar berikut:
Gambar 3.3. Foto Struktur Mikro Tanpa Dilas 100 & 200 x Perbesaran
Gambar 3.3 menunjukkan struktur mikro Baja AISI 1045 sebelum dilas. Pada gambar terlihat bahwa baja ini memiliki struktur mikro Ferrite .
Gambar 3.4. Foto Struktur Mikro Titik Las(Filler) 100 & 200 x Perbesaran
Pada  gambar  3.4  dapat  diketahui  bahwa  daerah las dengan logam  pengisi  ER70S-G memiliki struktur mikro Cementite.
Gambar 3.5. Foto Struktur Mikro Daerah HAZ 100 & 200 x Perbesaran
Struktur  mikro  pada  daaerah  HAZ  memiliki  struktur  mikro  yang  sama  dengan spesimen  yang  belum  dilas,  yakni  struktur  mikro  Ferrite.  Namun  pada  derah  HAZ  terjadi pergeseran struktur mikro yang menyebabkan berkurangnya kekerasan material.

## 3.4. Simulasi SOLIDWORKS .
Hasil  simulasi  dengan  software  SW  menunjukkan  nilai  tegangan  maksimum  terjadi pada  sambungan  las  yang  menyebabkan  spesinen  menjadi  putus  adalah  1090  MPa  untuk beban tarik 40000 N.
Gambar 3.6. Analisa Von Mises Stress dan Analisa Equivalen Strain

## 4. Kesimpulan
1. Sifat  mekanik  baja  AISI  1045  sebelum  dan  setelah  pengelasan  TIG  adalah:  nilai kekerasan sebelum pengelasan sebesar 227.6442269 BHN, pada daerah HAZ sebesar 198.2885114  BHN,  pada  titik  las  sebesar  177.8677098  BHN.  Dan  untuk  kekuatan tarik  tegangan  rata-rata  spesimen  tanpa  lasan  sebesar  725,849257 N/mm2, regangan rata-rata  sebesar  20%,  dan  nilai  Modulus Elastisitasnya  sebesar  3828,4847  N/mm2, sedangkan  pada  spesimen  yang  dilas  memiliki  nilai  tegangan  rata-rata  709,925687 N/mm2, dengan regangan rata-rata sebesar 11,33%, dan nilai Modulus Elastisitasnya sebesar 6309,71333 N/mm2. Dan pada saat uji tarik posisi patahan terjadi pada daerah HAZ (Heat Affective Zone).
2. Bentuk struktur mikro pada baja AISI 1045 sebelum pengelasan TIG adalah struktur mikro  Feritte,  pada  titik  las  (filler)  adalah  cementite,  dan  pada  daerah  HAZ  (Heat Affective  Zone)  memiliki  struktur  mikro  yang  sama  dengan  sebelum  dilas  yakni cementite,  namun  dengan  ukuran  yang  berbeda.  Struktur  mikro  cementite  pada daerah  HAZ sudah mengalami  perubahan  (mengembang), inilah  yang  menyebabkan melemahnya  sifat  mekanik  material  baja  setelah  pengelasan.  Perubahan  struktur mikro tersebut dipengaruhi oleh suhu pengelasan dan juga media pendingin.
3. Dengan simulasi menggunakan Software Solid Work, dengan pemodelan  dan set up yang  diaplikasikan,  nilai  tegangan  maksimum  terjadi  pada  sambungan  las  yang menyebabkan spesinen menjadi putus adalah 1090 MPa untuk beban tarik 40000 N.

## Referensi
[1] Alip, M, 1989. Teoridan Praktik Las. Jakarta : Departemen Pendidikan dan kebudayaan
[2] Harsono  Wiryosumatro  &  Thosie  Okumura, Teknologi  Pengelasan  Logam .  Pradnya Paramita, Jakarta Cetakan ke IX
[3] https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=9153
[4] Groover,  Mikell  P.  1996. Fundamental  Of  Modern  Manufacturing,Material,  Proses
And System . Penerbit Prentice-Hall Inc. USA
[5] Hendi  Saputra,  2014. Analisis  pengaruh  media  pendingin  terhadap  kekuatan tarik  baja  st37  pasca  pengelasan  menggunakan  las  listrik .  Jurnal
Ilmiah, Universitas Lambung Mangkurat. Kalimantan Selatan