## Pengaruh masukan panas terhadap struktur mikro dan sifat mekanik sambungan pipa 5L X65 dengan proses pengelasan kombinasi STT SMAW

## *Muhamad Iqbal Farhani, M Thoriq Wahyudi, Mochammad Karim Al Amin
Program Studi D4 Teknik Pengelasan, Jurusan Teknik Bangunan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Surabaya, 60111, Indonesia E-mail :iqbalppns@gmail.com

## Abstrak
Pengelasan dengan proses STT ( Surface Tension Transfer ) adalah inovasi terbaru dari proses pengelasan GTAW ( Gas  Tungsten  Arc  Welding ),  dimana  STT  biasa  digunakan  di open  root sedangkan  penelitian  yang  dilakukan adalah layer pada root dan hot pass karena dipilih untuk proses pengelasan dengan  masukan panas rendah ( low heat  input) .  Tujuan  penelitian  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  masukan  panas  atau heat  input pengelasan kombinasi STT dibandingkan dengan GTAW terhadap struktur mikro dan sifat mekanik sambungan pengelasan pipa baja karbon  5L X65. Hasil penelitian ini mengkomparasi proses pengelasan STT dengan GTAW. Pengujian dari kedua proses tersebut akan dinilai dari hasil sifat mekaniknya melalui tensile dan hardness , struktur mikro dan  SEM.  Dari  pengujian  struktur  mikro  dan  SEM  terdapat  pengaruh  yang  tidak  terlalu  signifikan  terhadap perbedaan bentuk butir serta kandungan ferrite acicular dan ferrite widmanstatten terutama pada daerah weldmetal dan  perubahan  butir  pada  daerah  HAZ.  Dari  pengujian hardness perbandingan  hasil  STT-SMAW  nilai kekerasannya  lebih  tinggi  tetapi  tidak  terlalu  signifikan  dari  pada  hasil  GTAW-SMAW  karena  pengaruh heat input . Hasil dari tensile didapatkan nilai STT-SMAW memiliki kuat tarik dan yield lebih tinggi tetapi tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan GTAW-SMAW, dan semua hasil pengelasan masih mempunyai nilai yang masuk terhadap range standart.
Kata Kunci : Surface Tension Transfer, Tensile, Hardness, masukan panas, struktur mikro

## Abstract
Welding with the STT (Surface Tension Transfer) process is the latest innovation from the GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) welding process, where STT is commonly used in the open root while the research carried out is the layer at the root and hot pass because it was chosen for the welding process with low heat input. . The research objective was to determine the effect of heat input or heat input of combination welding STT compared to GTAW on  macro  macro  structure  and  mechanical  properties  of  5L  X65  pipe  welding  joints.  The  results  of  this  study compare the STT welding process with GTAW. Testing of the two processes will be assessed from the results of their  mechanical  properties  through  tensile  and  hardness,  micro-macro  structure  and  SEM.  From  the microstructure test and SEM, there is a not too significant effect on the differences in grain shape and content of ferrite acicular and ferrite widmanstatten, especially in the weldmetal area and grain changes in the HAZ area. From  the  hardness  test,  the  comparison  of  the  results  of  STT-SMAW,  the  hardness  value  is  higher  but  not  too significant than the GTAW-SMAW results due to the influence of heat input. The results from the tensile obtained that the STT-SMAW value has higher tensile strength and yield but not too significant compared to GTAW-SMAW, and all welding results still have values that fall into the standard range
Keywords: Surface Tension Transfer, Tensile, Hardness, Heat Input, Microstructure

## 1. Pendahuluan
Pada  proses  fabrikasi  banyak  ditemukan proses  pengelasan  SMAW  (Shield  metal  arc welding),  GTAW  (Gas  tungsten  arc  welding), GMAW (Gas metal arc welding), FCAW (Flux core arc  welding),  SAW  (Sumerged  arc  welding),  STT (Surface tension transfer)®by lincoln dan lainnya[1]. Ada juga digunakan kombinasi dari beberapa proses pengelasan  tersebut.  Salah  satunya  adalah  proses pengelasan  kombinasi  antara  STT  dan  SMAW, dimana  pengaplikasian  jenis  pengelasan  kombinasi ini  digunakan  pada  pengelasan  pipa  tebal  yang
bertujuan agar efisiensi pengelasan menjadi semakin baik  dan  cepat  dibandingkan  dengan  menggunakan full STT,  tidah  hanya  dengan  SMAW,  pengelasan STT ini juga dikombinasi dengan GMAW atau MAG untuk mendapatkan hasil yang baik pada pengelasan root  pass yang  aplikasinya  diberbagai  industry minyak  dan  gas  dan  industr  lainnya[2][3][4].  Akan tetapi perbedaan jenis proses pengelasan ini menjadi hal yang sulit mengingat parameter pengelasan kedua proses pengelasan tersebut berbeda, sehingga kualitas pengelasan  pun  berbeda  dibanding  menggunakan masing-masing  jenis  proses  pengelasan  tersebut.
Proses  pengelasan  ini  berhasil  digunakan  untuk melakukan root pass pada pipa dan ruang steamboiler yang tebal[5][6].
Sering  kali  masalah  pengelasan  yang  berasal dari  HAZ  yang  cenderung  sulit  dikontrol  dan mempengaruhi  kualitas  sifat  mekanisnya  dan  lain waktu  dapat  menyebabkan  masalah-masalah  baru pada  sambungan  lasan  kedepannya  yang  sering ditemukan  pengelasan  pipa  dan  fitting  pada  sebuah project  yaitu  Tangguh  Expansion  Project.  Masukan panas sangat mempengaruhi kekuatan sambungan las dan  sifat  mekanik[7][8].  Masukan  panas  juga mempengaruhi strukturmikro karena  masukan panas yang  tinggi,  maka  laju  pendinginan  setelah pengelasan  akan  menjadi  lebih  lambat,  sehingga struktur  ferrite  acicular  yang  terbentuk  akan  lebih banyak[9][10].  Sehingga  beberapa  penelitian  telah dilakukan  untuk  mendapatkan  proses  dan  parameter pngelasan yang sesuai. Metode pengelasan
Tujuan  utama  dari  dilakukan  penelitian  ini adalah  untuk  mengetahui  kualitas  dan  hasil  dari proses  pengelasan  inovasi  terbaru  Surface  Tension Transfer  (STT)  yang  mana  dapat  menggantikan pengelasan  open  root  dari  proses  pengelasan  Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), hasil dari simulasi arus  proses  pengelasan  pada  pengelasan  kombinasi STT-SMAW  yang  di  bandingkan  dengan  proses kombinasi GTAW-SMAW dianalisa untuk mengetahui  hasil dari penetrasi pada root pass  yang mana  efisiensi  dari  proses  pengelasan  GTAW  35% dan STT 80% sehingga bisa menggantikan penetrasi yang dilakukan proses las GTAW, dari penelitian ini akan dilakukan analisa yang menggunakan beberapa pengujian  yang  dilihat  dari  struktur  mikro  dan  sifat mekanis  pada  sambungan  las  STT-SMAW  yang dibandingkan  dengan  hasil  dari  pengelasan  GTAW- SMAW.

## 2. Metodologi
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengelasan specimen menggunakan proses pengelasan kombinasi  STT-SMAW,  dimana  menggunakan  arus pada root pass yaitu 110 A, hot pass 140 A, fill 1 yaitu 100 A, Fill 2  yaitu 130 A,  cap 1  yaitu 90  A, cap 2 yaitu 110 A, dan cap 3 yaitu 120 A. Posisi pengelasan 6G. Jenis gas pelindung yang digunakan pada proses pengelasan  STT  menggunakan  mixed  Argon 80%+(CO2)20%  sedangkan  gas  pelindung  proses pengelasan  GTAW  menggunakan  Argon  99.999%. Jenis  material  yang  digunakan carbon  steel API  5L
grade  X65.  Material  ini  biasa  digunakan  untuk pipeline.  Kandungan  utama  karbon  maksimum sebesar 0.1%, sedangkan kandungan unsur manganese sebesar 0.27-0.28% untuk tebal plipa 8.18 mm,  dan  kandungan  unsur silicon sebesar  0.001%. Ukuran  pipa  yang  digunakan  8”  dengan  tebal  8.18 mm seperti gambar berikut.
(a)
(b)
Gambar 1 . Dua material pipa 5L grade X65 (a) dan dimensinya (b)
Berikut  adalah  parameter  pengelasan  yang digunakan dalam pengerjaan, dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1. Parameter pengelasan STT-SMAW
API 5L X65 same Pass Number Elektroda Diameter Polarity   Amperage   Voltase Travel Speed (mm/min) Heat Input (kJ/mm) 1 SUPRAMIG 1.2mm DCEN 111.2 17.6 119.62 0.98 2 SUPRAMIG 1.2mm DCEN 142.5 19.2 153.65 1.07 3 E7018-1 2.6mm DCEP 102.3 21.3 142.61 0.92 4 E7018-1 2.6mm DCEP 132.8 24.1 167.17 1.15 5 E7018-1 2.6mm DCEP 90 20.1 110.25 0.98 6 E7018-1 2.6mm DCEP 112.6 20.3 128.47 1.07 7 E7018-1 2.6mm DCEP 123.1 23.6 132.01 1.32
Tabel 2. Parameter pengelasan GTAW-SMAW API 5L X65 same Pass Number Elektroda Diameter Polarity Amperage Voltase Travel speed (mm/min) Heat Input (kJ/mm) 1 TG-S51T 2.4mm DCEN 112.8 30.1 83.97 2.4 2 TG-S51T 2.4mm DCEN 113.8 32.1 79.37 2.7 3 E7018-1 2.6mm DCEP 104.2 21.8 132.62 1.0 4 E7018-1 2.6mm DCEP 134.6 23.9 154.35 1.3 5 E7018-1 2.6mm DCEP 93.4 20.8 112.62 1 6 E7018-1 2.6mm DCEP 114.3 21.3 119.25 1.2 7 E7018-1 2.6mm DCEP 124.5 23.7 142.39 1.2
Setelah  dilakukan  pengelasan  material  sesuai dengan parameter pengelasan, selanjutnya dilakukan pengujian  kekerasan  atau  h ardness  test yang merupakan salah satu bentuk pengujian merusak yang bertujuan  untuk  mengetahui  kemampuan  material untuk  menerima  beban  tanpa  mengalami  deformasi plastis yaitu tahan terhadap indentasi/penetrasi, tahan terhadap  penggoresan  dan  tahan  terhadap  aus.  Pada pengujian  ini  menggunakan  metode  pengujian kekerasan Vickers dengan  menggunakan  indentor piramida  intan  dengan  beban  10  kg  dan  waktu pembebanan 15 detik. Pengambilan lokasi pengujian kekerasan  sesuai  dengan  ASME  Section  IX  dengan sketsa seperti Gambar 2.
Gambar 2 . Detil lokasi titik pengujian Hardness
Uji  Tarik  merupakan  salah  satu  pengujian untuk  mengetahui  sifat-sifat  suatu  bahan.  Dengan menarik  suatu  bahan  kita  akan  segera  mengetahui bagaimana  bahan  tersebut  bereaksi  terhadap  tenaga tarikan  dan  mengetahui  sejauh  mana  material  itu bertambah  panjang.  Alat  eksperimen  untuk  uji  tarik ini harus memiliki cengkeraman ( grip ) yang kuat dan kekakuan yang tinggi ( highly stiff ). Gambar 3 adalah test coupon untuk pengujian tarik.
Gambar 3. Spesimen plat tensile test [11]
Setelah dilakukan uji kekerasan dan uji Tarik selanjutnya  dilakukan  pengujian  metalografi  yang merupakan salah satu bentuk pengujian merusak yang bertujuan  untuk  menyelidiki  struktur  logam  dengan menggunakan  mikroskop  optik  dan  mikroskop elektron.  Sedangkan  yang  terlihat  pada  mikroskop tersebut  disebut  mikrostruktur.  Tes  SEM  (Scanning Electron Microscope) yang merupakan salah satu tes yang  digunakan  untuk  melihat  struktur  atau  ukuran butir  material  dengan  pembesaran  yang  diambil adalah  1000X  dan  5000X.  Gambar  4  adalah perangkat alat SEM.
Gambar 4 . SEM (Scanning Electron Microscope)

## 3. Hasil Dan Pembahasan
3.1 Proses  Pengelasan  STT-SMAW  dan  GTAW-

## SMAW
Hasil  pengelasan  dari  proses  STT-SMAW yang  didapat  rata-rata travel  speed yang  dilakukan oleh welding operator  adalah  136.25  mm/min sedangkan untuk masukan panas atau h eat Input rata- rata range adalah  1.07  kJ/mm.  gambar  hasil pengelasan seperti gambar berikut.
Gambar  5 .  (a)  Hasil  pengelasan  STT,  (b)  Hasil pengelasan SMAW
Hasil pengelasan GTAW-SMAW yang didapat  rata-rata travel  speed yang  dilakukan  oleh welding  operator  untuk  join  dengan  pengelasan GTAW-SMAW  yaitu  117.79  mm/min  Sedangkan untuk masukan panas atau heat input rata-rata adalah 1.54 kJ/mm. Gambar hasil pengelasan seperti gambar berikut.
3.2 Hasil dan Pembahasan Hardness
Untuk  penggunaan hardness menggunakan metode micro  hardness Vickers karena area identasi yang begitu sempit dan relatif kecil, maka digunakan micro hardness agar mendapatkan hasil  yang akurat dan maksimal. Untuk lokasi pengujian hardness dari setiap  proses  pengelasan  diambil  3  line  vertikal  ke- atas, yaitu  line base  metal,  line HAZ, dan  line weld metal. Masing-  masing  line  mempunyai  jumlah titik yang berbeda dimana hasilnya dapat dilihat pada tabel uji hardness dan nilai rata-ratanya dapat dilihat pada diagram Gambar 7.
Gambar 7 . Diagram nilai rata-rata hardness
Daftar  data  pada  dari  tabel  dan  diagram tersebut  dapat  kita  lihat  bahwa  nilai  kekerasan  dari tiap  lokasi base  metal ,  HAZ,  dan weld  metal mempunyai distribusi panas yang berbeda-beda yang mana tidak melebihi A1. Komparasi selisih rata-rata nilai  kekerasan  variasi  proses  pengelasan  STT- SMAW dan GTAW-SMAW memiliki nilai tertinggi yaitu 11.24 HVN, selisih base metal yaitu 7.37 HVN, dan selisih weld metal 4.977 HVN.

## 3.3 Hasil dan Pembahasan Uji Tarik
Pengujian  tarik  dilakukan  untuk  mengetahui sifat  mekanis  dari  suatu  logam  terhadap  tarikan dimana sifat mekanis tersebut meliputi kekuatan tarik (Ultimate  tensile  strength),  kekuatan  mulur  (Yield strength), Elongasi (Elongation), Elastisitas (Elasticity)  dan  pengurangan  luas  penampang (Reduction of area). Dari data pengujian tarik dengan membandingkan  proses  pengelasan  STT-SMAW dengan  pengelasan  GTAW-SMAW  menggunakan parameter arus yang sama akan terlihat pada Gambar 8.
Weld metal
HAZ Weld metal HAZ
Gambar 8 . Diagram maximum stress
Dari gambar tersebut dapat kita ketahui bahwa maximum  stress  pada  proses  pengelasan  STT  lebih tinggi  dibanding  dengan  proses  pengelasan  GTAW- SMAW dengan parameter arus yang sama. Hasil dari nilai  stress  tersebut  terlihat  masih  ada  di range standart API  5L  khususnya  pada  grade  X65  bahwa minimal  kuat  tariknya  yaitu  536  MPa  dan  nilai maximumnya yaitu 761 MPa.
Gambar 9 . Diagram yield stress
Dari  Gambar  9  dapat  dilihat  bahwa  proses pengelasan  STT-SMAW  memiliki  nilai  yield  yang lebih  tinggi  daripada  proses  pengelasan  GTAW- SMAW dengan parameter arus yang sama. Hasil dari nilai yield stress tersebut terlihat masih ada di range standart API  5L  khususnya  pada  grade  X65  bahwa minimal yield yaitu 454 MPa dan nilai maximumnya yaitu 600 MPa.

## 3.4 Hasil  dan  Pembahasan  Pengujian  Spesimen Struktur Mikro
Dari  hasil  makro  dapat  diketahui  bahwa  join dengan  pengelasan  STT-SMAW  menunjukan  fusi yang baik, tidak ditemukannya cacat didalam logam las dan root penetration terlihat bagus, begitupun juga dengan  tinggi reinforcement yang  tidak  melebihi 3mm, indikasi cacat juga tidak ada, untuk lebar HAZ terukur 2 mm pengukuran diambil dari lebar tertinggi nilainya.  Sedangkan  untuk  join  pengelasan  GTAW- SMAW ditemukan overlap pada capping , melainkan root tidak  ada  cacat,  untuk root penetration  terlihat bagus  begitujuga  dengan reinforcement yang  tidak melebihi  3mm,  untuk  lebar  didaerah  HAZ  pada pengelasan  GTAW-SMAW  terukur  lebarnya  yaitu 3mm  pengukuran  diambil  dari  lebar  HAZ  yang nilainya terbesar.
Dari penjelasan struktur mikro tersebut untuk mengetahui  perbedaan  bentuk  struktur  mikro  yang terbentuk  dari  setiap  daerah  yang  diamati  dengan variable  parameter  arus  yang  sama  di  proses pengelasan STT-SMAW dan GTAW-SMAW, perbandingan HAZ nya dapat dilihat seperti Gambar 10.
(a)
(b) Gambar 10 . Komparasi HAZ (a) Proses pengelasan STT-SMAW, (b) Proses pengelasan GTAW-SMAW
Terlihat struktur mikro gambar (a) mempunyai  struktur  ferrite  yang  lebih  kasar daripada  gambar  (b).  Semakin  besar  variasi  arus yang  diberikan  maka  semakin  kasar  bentuk  dari ferrite  dan  perlite  tersebut.  Semakin  kasar  struktur ferrite  maka  semakin  tinggi  nilai  kekerasannya, (Aisyah  ;2010).  Dari  hasil  pengujian  stuktur  mikro yang  telah  diamati  ini  menunjukkan  bahwa  arus
dalam  pengelasan, travel  speed ,  dan heat  input sangat  mempengaruhi  bentuk  ukuran  dari  butir ferrite  dan  perlite  tersebut  dalam  hal  ini  nilai kekerasan  juga  terpengaruhi,  yang  hasilnya  akan dibuktikan dengan adanya pengujian data hardness dan tensile yang membuktikan tingkat kekerasan dan kuat  tarik  dari  masing-masing  proses  pengelasan. Daerah  logam  las  atau weld  metal adalah  daerah
Ferrite widmanstatten Perlite Perlite Ferrite acicular
pengelasan  yang  mengalami  kondisi  cair  atau  fusi, sehingga  struktur  mikro  terbentuk  berbeda  dengan HAZ dan base metal . Hasil dari pengujian  struktur mikro  pada  logam  las  dipengaruhi  oleh  beberapa faktor antara lain adalah laju pendinginan, komposisi filler metal , dan parameter pengelasan. Dari Gambar 11 berikut adalah perbedaan struktur mikro dari weld metal proses pengelasan STT-SMAW, dan GTAW- SMAW.
(a) (b) Gambar 11 . Struktur mikro weld metal (a) Proses pengelasan STT, (b) Proses pengelasan GTAW
Hasil  dari  pengamatan  struktur  mikro  pada daerah weld  metal terdapat  struktur  butiran  ferrite yang acicular dan perlite yang ada pada gambar (a), dan  struktur  mikro  yang  terjadi  pada  gambar  (b) menunjukkan  ada  pola  seperti  keramik  yang  mana terlihat  bahwa  yang  hitam  adalah  perlit,  yang berpola  hampir  seperti  garis  adalah ferrite widmanstatten dan ferrite  acicular .  Hal  ini menjelaskan bahwa semakin besar penggunaan arus, timing  dan travel  speed yang  rendah  dapat mempengaruhi  pertumbuhan  ferrite  acicular,  dan ferrite widmanstatten, yang mana sifat dari struktur ferrite acicular menjadikan keuletan dan ketangguhan  logam  las  akan  meningkat  begitupun jika penurunan keuletan terjadi jika pada logam las ferrite  widmanstatten  dan  perlite  (Suharno,2008).
Dibuktikan dengan adanya pengujian data hardness dan  tensile  akan  terlihat  bagaimana  sifat  mekanik dari masing-masing variasi proses pengelasan.

## 4. Kesimpulan
Dari pengujian struktur mikro terdapat pengaruh  yang  tidak  terlalu  signifikan  terhadap perbedaan  bentuk  butir  serta  kandungan ferrite acicular dan ferrite  widmanstatten terutama  pada daerah weldmetal dan perubahan butir pada daerah HAZ  dengan  menggunakan  parameter  arus  yang sama  dari  masing-masing  proses  pengelasan.  Dari data pengujian kekerasan untuk proses STT-SMAW yang  dibandingkan  dengan  proses  GTAW-SMAW pada daerah base metal, HAZ, dan weld metal yang signifikan  terlihat  pengaruh  nilai  kekerasannya  ada di daerah HAZ dengan selisih 11.24 HVN. Hasil dari uji  tarik  bahwa  nilai  hasil  dari  tensile  strength  dan
yield  strength  pada  STT-SMAW  lebih  tinggi daripada GTAW-SMAW.

## Referensi
[1]  S.  Widarto, Teknologi  Pengelasan  Logam. Jakarta: Gagas Media. 2007
[2]  R. Alagesan and T. S. Kumar, “Optimization of welding cycle time by establishing full GMAW process (STT and P-GMAW) through a newly designed  semi-automatic  welding  positioner,” Int J Res Eng Technol , vol. 3, 2014.
[3]  P. Adi, H. Ismar, and T. Petar, “Advantages of MAG-STT  welding  process  for  root  pass welding  in the oil and gas  industry,” TEM  J. , vol. 5, no. 1, p. 76, 2016.
[4]  N. Milosevic, K. Marije, B. Serbia, O. Popovic, and  R.  P.  Cvetkovic,  “SURFACE  TENSION TRANSFER (STT) WELDING.”
[5]  S. Radića and N. Travnik, “MONITORING OF MAIN  WELDING  PARAMETERS  AT  STT WELDING PROCESS.”
[6]   B.  Despotović,  I.  Samardžić,  T.  Marsenić,  B. Brechelmacher: Some aspects of STT welding process application in steam boiler manufacturing,  3 rd International  conference Mechanization, automation and robotization in welding  and  allied  processes,  Zadar,  Croatia, 2005
[7]  H. Hamdani, “Pengaruh Masukan Panas Proses Pengelasan terhadap Sifat Mekanik Baja AISI 1045  suatu  Kajian  Analitis  dan  Analisa
Perlite Ferrite Acicular Ferrite widmanstatten Perlite
Numerik,” J. Polimesin , vol. 17, no. 1, pp. 1–8.
[8]  H.  Hamdani,  A.  Ibrahim,  and  S.  Sariyusda, “PENGARUH MASUKAN PANAS PROSES PENGELASAN TERHADAP SIFAT
MEKANIK  BAJA  AISI  1045,” Mek.  J.  Ilm. Tek. Mesin , vol. 1, no. 2, 2015.
[9]  S.  Mizhar  and  I.  H.  Pandiangan,  “Pengaruh Masukan  Panas  Terhadap  Struktur  Mikro, Kekerasan Dan Ketangguhan Pada Pengelasan Shield Metal Arc Welding (SMAW) Dari Pipa Baja Diameter 2, 5 Inchi,” J. Din. , vol. 2, no. 14, 2014.
[10]  Y. NUGROHO and D. Bayuseno, “ANALISIS KEGAGALAN  LAS  DAN  REKOMENDASI STANDARD  OPERATING  PROCEDURE
(SOP) PADA PENGELASAN PIPA KONDENSOR PT. SIEMENS INDONESIA.” Mechanical Engineering Departement, Faculty Engineering of Diponegoro University, 2012.
[11]  ASME  SectionIX. Welding,  Brazing  and
Fusing Qualification. New York: THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERING. 2015.