## PENGARUH MASUKAN PANAS (HEAT INPUT) TERHADAP KETANGGUHAN IMPAK SAMBUNGAN LAS TIG Al-13,5Si

## Wijoyo
Fakultas Teknologi Industri, Program Studi Teknik Mesin Universitas Surakarta Email: joyowi@yahoo.co.id
Bayu Indriyanto Fakultas Teknologi Industri, Program Studi Teknik Mesin Universitas Surakarta Email: bayu.indriyanto1993@gmail.com

## ABSTRAK
Sambungan las masih menjadi pilihan utama pada bidang automotif. Hal ini dikarenakan kendaraan menjadi  ringan,  murah  dan  cepat  dalam  proses  pengerjaanya.  Kekuatan  las  sangat  dipengaruhi  oleh komposisi  dan  sifat  logam  induk  maupun  logam  pengisi,  proses  pengelasan,  pemanasan  serta  adanya tegangan  sisa.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  menyelidiki  pengaruh  masukan  panas (heat  input) terhadap ketangguhan impak sambungan las TIG Al-13,5Si. Penelitian menggunakan bahan  Al-13,5Si dan logam pengisi ER5356, dengan variasi masukan panas (heat input) berturut-turut adalah 2970 J/mm, 3300 J/mm dan  3630  J/mm.  Pengujian  ketangguhan  impak  dengan  menggunakan  mesin  uji  impak  charpy,  serta didukung  dengan  foto  makro  penampang  patahan  uji  impaknya.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa pada  masukan  panas (heat  input) 3300 J/mm,  ketangguhan  impak  las  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan ketangguhan  impak  pada  masukan  panas (heat  input) 2970  J/mm  dan  3630  J/mm.  Hasil  foto  makro penampang patahan uji impak pada masukan panas (heat input) 3300 J/mm, menunjukkan bentuk patahan lebih didominasi oleh patahan ulet yang ditandai dengan steriasi.
Kata kunci : heat input , TIG, ketangguhan, Al-Si.

## ABSTRACT
Weld joint is still the main choice in the automotive field. This is because the vehicle to be lighter, cheaper and faster in the  working process. Weld strength is strongly influenced by the composition and properties  of  the  raw  material  and  filler,  welding  process,  the  heating  and  the  presence  of  residual stresses.  The  purpose  of  this  study  was  to  investigate  the  effect  of  heat  input  of  the  TIG  welded  joints impact  toughness  Al-13,5Si.  Research  using  Al-13,5Si  materials  and  filler  ER5356,  with  variations  in heat input in a row is 2970 J/mm, 3300 J/mm and 3630 J/mm. Impact toughness testing using the Charpy impact test machine, and supported by a cross-fault macro photo impact test. The results showed that the heat  input  3300  J/mm,  weld  impact  toughness  higher  than  the  impact  toughness  in  the  heat  input  2970 J/mm  and  3630  J/mm.  The  results  of  the  macro  image  cross-sectional  fracture  impact  test  on  the  heat input 3300 J/mm, shows the fracture is more dominated by ductile fracture characterized by steriasi.
Keywords: heat input, TIG, toughness, Al-Si.

## 1. PENDAHULUAN
Sambungan  las  banyak  digunakan  dengan  pertimbangan  bahwa  konstruksi  ringan,  murah  dan pengerjaan  cepat.  Perancangan  las  dan  cara  pengelasan  harus  betul-betul  memperhatikan  kesesuaian antara  sifat-sifat  las  dengan  kegunaan  konstruksi  serta  keadaan  disekitarnya  [1].  Komposisi  dan  sifat logam  yang  dilas,  komposisi  dan  sifat  logam  pengisi  (elektroda),  proses  pengelasan,  daerah  pemanasan langsung,  daerah  yang  terkena  pengaruh  panas  serta  adanya  tegangan  sisa  pada  daerah  las  sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan las.
Proses pengelasan adalah proses penyambungan dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas. Energi panas pada pengelasan tersebut akan menimbulkan terjadinya siklus termal. Adanya siklus termal tersebut akan  mengakibatkan terjadinya tegangan sisa, distorsi serta laju pendinginan pada logam  las  dan  daerah  sekitarnya.  Struktur  mikro  logam  las  yang  terjadi  sangat  dipengaruhi  oleh  laju pendinginan  dan  komposisi  kimia  bahan  (logam  induk  dan  elektroda).  Pada  akhirnya  tegangan  sisa  dan
struktur mikro logam las tersebut akan mempengaruhi sifat mekanis dari logam lasan, terutama terjadinya penurunan sifat fatik [2].
Heat  input sangat  berpengaruh  terhadap  struktur  mikro  logam  las.  Hal  ini  terjadi  disebabkan  oleh kuat  arus  yang  besar  akan  meningkatkan  masukkan  panas,  sehingga  memperlambat  laju  pendinginan. Peningkatan heat input meningkatkan jumlah prosentase ferrite acicular dan ketangguhan sambungan las [3]. Preheat pada  proses  pengelasan  mempengaruhi  struktur  mikro  hasil  pengelasan,  yaitu  terbentuk struktur mikro berupa ferrite batas butir. Kekuatan impak optimum pada suhu transisi -15 o , dengan energi serap sebesar 125 Joule pada preheat 100 o C sambungan las GTAW baja A283C [4]. Ketangguhan  impak  HAZ  pada  baja  HQ130  menurun  dengan  masukan  panas  las  ( heat  input )  dari 9,2  kJ/cm  ke  26,4  kJ/cm.  Sedangkan  waktu  pendinginan  (t 8/5 )  antara  10-20  detik  pada  masukan  panas ( heat  input )  antara  13,1-18,6  kJ/cm  meningkatkan  ketangguhan  impak  HAZ  hasil  pengelasan  GMAW baja HQ130 [5].
Penelitian  yang  dilakukan  [6]  bertujuan  untuk  mengetahui  komposisi  kimia  paduan  aluminium, struktur mikro, tingkat kekerasan dan kekuatan impak sebelum dan sesudah dilakukan pengelasan dengan metode pengelasan MIG pada cast wheel aluminium menggunakan elektroda ER 5356, memperoleh hasil sebagai berikut. Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa cast wheel aluminium mengandung unsur Al  91,36%,  Si  7,38%  dan  Fe  0,803%  serta  Cu  dan  Mg  sekitar  0,05%.  Dari  hasil  uji  struktur  mikro menunjukkan bahwa struktur butiran Al pada daerah HAZ menyatu dengan aluminium primer (α-Al) dan butiran Si membentuk paduan Si primer diantara α-Al. Hasil uji kekerasan spesimen pada raw material adalah  sebesar  57,56  kgf/mm²,  pada  daerah  las  sebesar  44,20  kgf/mm²  dan  daerah  HAZ  sebesar  37,73 kgf/mm².  Hasil  uji  impak  pada raw  material adalah  sebesar  0,118  Joule/mm²,  sedangkan  daerah  las adalah sebesar 0,067 Joule/mm².
Nilai  kekerasan  tertinggi  hasil  pengelasan  oksi  asetilin  sebesar  54,80  BHN  pada  daerah  lasan  dan 38,69 BHN pada daerah HAZ. Nilai kekerasan terendah pada hasil pengelasan MIG yaitu  sebesar 44,18 BHN pada daerah lasan dan hasil las TIG yaitu sebesar 30,47 BHN pada daerah HAZ. Dari ketiga proses pengelasan  yang  dilakukan  diperoleh  hasil  bahwa  nilai  kekuatan  impak  tertinggi  yaitu  hasil  pengelasan TIG dengan kekuatan impak rata-ratanya sebesar 0,114 Joule/mm². Kekuatan impak terendah yaitu hasil pengelasan oksi asetilin dengan kekuatan impak rata-rata sebesar 0,085 Joule/mm² [7].
Penelitian  tentang  kekuatan  sambungan  las  Aluminium  seri  1100  terhadap  variasi  kuat  arus  listrik pada proses las metal inert gas (MIG) pernah dilakukan. Spesimen uji menggunakan standar ASTM E 8. Variasi kuat arus yang dipakai adalah 150 A, 165 A, 180 A, 195 A dan 210 A, dengan tegangan konstan 24  V  dan  kecepatan  konstan  25  inchi/menit.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa;  kuat  arus  listrik mempunyai  pengaruh  yang  nyata  terhadap  kekuatan  tarik  sambungan  las  Aluminium  seri  1100  dengan proses las MIG; pola hubungan yang paling mendekati antara kuat arus dengan kekuatan tarik sambungan las  Aluminium  seri  1100  dengan  proses  las  MIG  adalah  model  hubungan  polinomial  orde  2;  kekuatan sambungan las tertinggi diperoleh pada pengelasan dengan menggunakan kuat arus 180 Ampere, dengan kekuatan sambungan las yang dihasilkan sebesar 11,900 kgf/mm 2 [8]. Pengelasan  TIG  dengan  kuat  arus  100  A,  125  A  dan  150  A  berdasarkan  variasi  sudut  kampuh dengan kuat arus 100 A sudut kampuh 90 o mempunyai tegangan tarik rata-rata lebih baik dibandingkan sudut kampuh 80 o dan 70 o . Tegangan tarik yang dihasilkan untuk sudut kampuh 70 o adalah sebesar 78.85 MPa, sudut kampuh 80 o sebesar 96.82 MPa dan suduh kampuh 90 o adalah sebesar 135.04 MPa. Pengujian pada  pengelasan  TIG  untuk  paduan  Al-Mg  5083,  faktor  kuat  arus  sangat  mempengaruhi  hasil  lasan (kekuatan tarik). Kuat arus 100 A dapat menghasilkan kekuatan las yang lebih baik dibandingkan 125 A dan  150  A.  Secara  umum  penampakan  struktur  makro  pada  setiap  variasi  arus  pengelasan  dan  sudut kampuh  memiliki  bentuk  butir  yang  sama,  pengamatan  dilakukan  pada  bagian  tengah  dan  tepi  pada patahan Al-Mg 5083 hasil pengujian tarik dengan pembesaran 50x [9].
Kuat  arus  pengelasan  sangat  berpengaruh  terhadap  sifat  mekanik  dan  struktur  mikro  paduan aluminium  AA-5083.  Pengelasan  dari  tiga  arus  las  yang  digunakan  adalah  70  A,  75  A  dan  80  A.  Kuat arus 75 A mempunyai hasil pengelasan yang optimal baik dari struktur mikro dan sifat mekaniknya [10].
Masukan  panas  ( heat  input )  adalah  besarnya  energi  panas  tiap  satuan  panjang  las  ketika  sumber panas  bergerak.  Besarnya  masukan  panas  ( heat  input )  pada  proses  pengelasan  dapat  dihitung  dengan persamaan (1) berikut [11]:
(1)
dengan  :  q  =  masukan  panas  ( heat  input )  (J/mm),  v  =  kecepatan  pengelasan  (mm/s),  η  =  efisiensi,  E  = potensial listrik (volt) dan I = arus listrik ( ampere )
Proses  pembekuan  logam  cair  sangat  sensitif  terhadap  kecepatan  pendinginan.  Pada  umumnya waktu  pendinginan  ( cooling  time )  antara  temperatur  800 o C  -  500 o C  dipakai  sebagai  acuan  pada
v
EI q  
pengelasan baja karbon rendah, karena pada interval suhu tersebut terjadi transformasi fasa dari austenite menjadi ferrite atau bainite yang dipengaruhi oleh  kecepatan pendinginannya. Struktur mikro baja yang terbentuk selama pendinginan antara temperatur 800 o C – 500 o C (Δt 8/5 ) ditentukan oleh laju pedinginan. Waktu pendinginan dapat dihitung dari persamaan (2) berikut [11]:
(2)
dengan :  Δt 8/5 = waktu pendinginan antara temperatur 800 o C - 500 o C (s), k = konduktifitas panas (J/mms - 1 K -1 ) dan T 0 = suhu awal ( o C)
Tujuan  penelitian  ini  adalah  menyelidiki  pengaruh  masukan  panas (heat  input) terhadap ketangguhan impak sambungan las TIG Al-13,5Si.

## 2. METODOLOGI

## 2.1 Bahan
Bahan  material  yang  digunakan  adalah  Aluminium  Silicon  (Al-13,5Si).  Sedangkan filler yang digunakan adalah 5356. Tabel 1, menunjukkan komposi material yang digunakan dalam penelitian ini.
Tabel 1. Komposisi kimia material induk logam las dan filler 5356
Unsur Material Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Be Material Induk Balance 13,5 0,202 0,147 <0,020  <0,050  <0,015 0,14 0,000 Filler ER5356 Balance <0,25 <0,40 <0,01 0,05- 0,20 4,5- 5,5 0,05- 0,20 <0,10 <0,0008 Unsur Material Ti Sn Pb Ca V Zr Ni Sr Material Induk <0,010 0,0715  <0,060 0,005 <0,010  <0,006  <0,020 0,0384 0 Filler ER5356 0,06- 0,20 . . . . . . .

## 2.2 Proses Pengelasan
Pengelasan  menggunakan  pelat  Aluminium  AL-13,5Si  dan filler 5356.  Pengelasan  TIG  dilakukan dengan variasi masukan panas (heat input) berturut-turut adalah 2970 J/mm, 3300 J/mm dan 3630 J/mm, mesin las TIG AC frekuensi tinggi (ACHF) dengan polarisasi bolak-balik, debit gas argon 2,5 sampai 5 ltr/menit. Tebal pelat yang digunakan adalah 10 mm, alur las dibuat bentuk V ganda dengan sudut 90 o dan las multirun seperti terlihat pada Gambar 1. Dimensi plat adalah 300 mm x 100 mm x 10 mm.
Gambar 1. Bentuk Alur Las
           0 0 5 8 800 1 500 1 2
T T k v q t 
1,5 2 10 90 o

## 2.3 Pengujian
Pengujian  ketangguhan  impak  menggunakan  mesin  uji  impak  charpy.  Pengamatan  penampang patahan  uji  impak  pada  masing-masing  hasil  las  dengan  variasi  masukan  panas (heat  input) juga dilakukan untuk mendukung hasil uji ketangguhan impak.

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian  ketangguhan  impak  dilakukan  pada  daerah  las  dan  logam  induk.  Hasil  pengujian ketangguhan  impak  dapat  dilihat  pada  Gambar  2,  yang  menunjukkan  bahwa  ketangguhan  impak  logam las  mengalami  penurunan  yang  cukup  signifikan  dibandingkan  dengan  logam  induknya.  Penelitian  ini hanya  terfokus  pada  daerah  las,  sehingga  pembahasan  mengenai  pengujian  ketangguhan  impak  hanya pada daerah las saja.

## Gambar 2. Hubungan Kuat Arus Pengelasan Dengan Nilai Ketangguhan Impak
Dari Gambar  2, diperoleh nilai ketangguhan impak paling tinggi  terjadi pada masukan panas (heat input) pengelasan  3300  J/mm,  yaitu  mencapai  0,057  J/mm 2 .  Sedangkan  ketanguhan  impak  pada  logam induk  ( raw  material) memiliki  ketangguhan  impak  sebesar  0,116  J/mm².  Hal  ini  berarti  ketangguhan impak  logam  induk  ( raw  material )  lebih  tinggi  dari  ketangguhan  impak  logam  las  pada  setiap  variasi masukan panas (heat input) . Hasil ini sejalan dengan [3], [4] dan [5], bahwa peningkatan arus listrik akan meningkatkan heat  input pada  pengelasan  yang  berdampak  pada  memperlambat  laju  pendinginan  dan peningkatan  kekuatan  sambungan  las,  tetapi  ketangguhannya  menjadi  turun,  selain  itu  akibat  adanya pemanasan  dan  pendinginan  yang  mendadak  pada  proses  pengelasan  mengakibatkan  rusaknya  struktur mikro  di  sekitar  logam  las.  Begitu  juga  dengan  [6],  [7],  [8],  [9]  dan  [10],  bahwa  proses  pengelasan mengakibatkan  terjadinya  penurunan  sifat  mekanik  logam  hasil  las  khususnya  ketangguhan  impak  dari logam  induknya.  Sedangkan  masukan  panas (heat  input) berpengaruh  terhadap  laju  pendinginan  pada proses pengelasan yang sangat mempengaruhi sifat fisik dan mekanik logam las.
Hasil  di  atas  menunjukkan  bahwa  pada  pengelasan  TIG  untuk  paduan  Al-13,5Si,  faktor  masukan panas (heat  input) sangat mempengaruhi  hasil  lasan,  dalam  hal  ini  adalah  ketangguhan  impaknya. Masukan  panas (heat  input) 3300  J/mm  menghasilkan  kekuatan  las  yang  lebih  baik  daripada  masukan panas (heat input) 2970 J/mm dan 3630 J/mm.
Foto  makro  penampang  patahan  hasil  uji  impak  juga  menguatkan  hasil  pengujian  ketangguhan impak  yang  dilakukan.  Hasil  penampang  patahan  pada  logam  las  dengan  masukan  panas (heat  input) 3300  J/mm,  menunjukkan  adanya  steriasi-steriasi  yang  lebih  dominan  dibandingkan  dengan  patahan logam  las  pada  masukan  panas (heat  input) 2970  J/mm  dan  3630  J/mm.  Bentuk  penampang  patahan
dengan  steriasi  adalah  menunjukkan  bahwa  patahan  yang  terjadi  adalah  patah  ulet.  Sedangkan  bentuk patahan  yang  cenderung  datar  tanpa  adanya  steriasi  menunjukkan  terjadinya  patah  adalah  patah  getas. Ketangguhan impak dapat digunakan untuk mengetahui sifat material tersebut berkaitan dengan keuletan dan  kekuatannya.  Ketangguhan  yang  tinggi  berarti  material  tersebut  selain  ulet  juga  kuat,  begitu  juga sebaliknya. Foto makro penampang patahan hasil uji impak dapat dilihat pada Gambar 3 dibawah ini.
Gambar 3. Foto Makro Penampang Patahan Hasil Uji Impak Pada Variasi Masukan Panas (Heat Input) Las :
(a) 2970 J/mm, (b) 3300 J/mm, (c) 3630 J/mm
4. KESIMPULAN
1) Masukan panas (heat input) pada pengelasan sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik logam las khususnya  ketangguhan impaknya.
2) Bentuk penampang patahan juga dapat digunakan untuk mengenali suatu material tersebut patah ulet atau patah getas.
3) Sifaf-sifat  mekanis  yang  lain  hasil  pengelasan  pada  variasi  masukan  panas (heat  input) sangat mungkin  dipengaruhi  oleh  ketangguhan  impak  dan  bentuk  penampang  patahan  dari  hasil  lasan tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Wiryosumarto,  H.  dan  Okumura,  T.  1996. Teknologi  Pengelasan  Logam .  Jakarta:  PT.  Pradya Paramita.
[2] Radaj,  D.  1992. Heat  effects  of  Welding:  Temperature  Field,  Residual  Stress,  Distortion .  Berlin: Springer-Verlag.
[3] Subekti,  N.  2005.  ”Pengaruh  Heat  Input  Terhadap  Ketangguhan  dan  Struktur  Mikro  Pada Pengelasan Busur Terendam Pipa Spiral”. Simetris 4. 10-18.
[4] Sembiring, A.S.F. et al. 2005. “Pengaruh Preheat Terhadap Struktur Mikro dan Ketangguhan Impak Sambungan Las GTAW Pada Pengelasan Baja A283C”. Simetri 4. 1-9.
[5] Juang, W.,  et al. 2003. “Effect of Weld Heat Input on  Toughness and Structure of HAZ of a New Super-high Strength Steel”. Indian Academy of Sciences 26. 3, 301-305.
[6] Andoko,  Awi.,  dkk.,  2012.  “Analisis  Struktur  Hasil Repair  Welding Tentang  Sifat  Fisik  Dan Mekanik Pada Cast Wheel Aluminium Dengan Metode Pengelasan MIG”. Tugas Akhir, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
[7] Kusmanto.,  dkk.,  2013.  “Studi  Tentang  Kualitas  Hasil Repair  Welding Pada Cast  Wheels Aluminium  Dengan  Metode  Pengelasan  Oksi  Asetilin,  TIG  Dan  MIG  Terhadap  Sifat  Fisis  Dan Mekanis”. Tugas Akhir, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
[8] Muku,  I  Dewa  Made  Krishna.  2009.  “Kekuatan  Sambungan  Las  Aluminium  Seri  1100  dengan Variasi  Kuat  Arus  Listrik  Pada  Proses  Las  Metal  Inert  Gas  (MIG)”.  Tugas  Akhir,  Universitas Udayana, Bali.
[9] Aljufri.    2008.  “Pengaruh  Variasi  Sudut  Kampuh  V  Tunggal  Dan  Kuat  Arus  Pada  Sambungan Logam  Alumunium–Mg  5083  Terhadap  Kekuatan  Tarik  Hasil  Pengelasan  TIG”.  Tugas  Akhir, Universitas Sumatera Utara, Medan.
[10] Mayur  S.,  dkk.,  201).  “Effect  of  Welding  Current  on  the  Mechanical  and  Structural  Properties  of TIG  Welded  Aluminium  Alloy  AA-5083”. International  Journal  of  Mechanical  Engineering  and Research , 3. 5, 431-438.
(b) (c)
steriasi (a)
[11] Kou, S. 1987. Welding Metallurgy . New York: John Willey, Sons, Inc.
.