Analisa Pengaruh Proses Pengelasan

Pramono Sidi, (2 (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

ISSN : 1411-0741

ANALISA PENGARUH PROSES PENGELASAN MIG TERHADAP DISTORSI SUDUT DAN KEDALAMAN PENETRASI PADA SAMBUNGAN BUTT SAMBUNGAN  BUTT-JOINT  -JOINT  Pranowo Sidi Staf Pengajar Jurusan Teknik Permesinan Kapal Politeknik Perkapalan Perkapalan Negeri Surabaya ITS Jl. Teknik Kimia, Kampus ITS, Sukolilo, Keputih, Surabaya 60111 Telp. 031-5947186, Fax.031- 5925524 Email: [email protected]

Abstrak 

Pada proses pengelasan busur gas (MIG= (MIG = Metal Inner Gas) Gas) sering terjadi distorsi sudut yang dapat memberikan gangguan terhadap dimensi. Selain itu, kedalaman penetrasi yang berlebihan akan mengakibatkan kekuatan hasil las menjadi berkurang. Permasalahannnya adalah bagaimana mengatur variabel proses pengelasan agar distorsi sudut dan kedalaman penetrasi dapat diminimalkan.Untuk melakukan optimasi proses terlebih dahulu ditentukan hubungan antara distorsi sudut dan kedalaman  penetrasi dengan variabel variabel proses pengelasan kuat arus, kecepatan pengelasan dan panjang panjang pelat; dengan menggunakan metode permukaan respon. Model hubungan tersebut didapatkan dari eksperimen yang dilakukan berdasarkan rancangan Central Composite Design (CCD). Proses (CCD).  Proses optimasi dilakukan dengan metode non-linier programming, dimana programming, dimana sebagai respon primer adalah distorsi sudut dan sebagai respon sekunder adalah kedalaman penetrasi. Melalui penelitian ini didapatkan model empiris polinomial orde kedua dari distorsi sudut dan kedalaman penetrasi. Optimasi dengan teknik non-liniear programming  menghasilkan distorsi sudut minimum 0.139 [radian] pada kedalaman penetrasi 2.77 [mm]. Kedua nilai tersebut diperoleh dengan setting  dengan  setting  variabel   variabel proses pengelasan panjang pelat 355.75 [mm], kuat arus 30 [Ampere], kecepatan pengelasan 30 [cm/menit].  Kata kunci :

1.

MIG, disto MIG, distorsi rsi sudu sudut, t, keda kedalam laman an pene penetra trasi, si, CCD CCD,, panja panjang ng pel pelat, at, kua kuatt arus arus dan dan kecepatan pengelasan.

PEND NDA AHULUAN

Proses pengelasan adalah penyambungan dengan pemasanasan lokal dengan kecepatan yang relatif singkat/cepat. Akibat pemanasan ini terjadi pertumbuhan butir, peregangan dan  penyusutan logam dengan cepat dan tidak seragam, yang selanjutnya mengakibatkan  perubahan bentuk dan dimensi (distorsi). Pengelasan telah banyak digunakan dalam dunia  perindustrian, termasuk industri perkapalan perkapalan, kereta api, pembuatan bejana tekan dan masih  banyak lagi. Untuk menjamin kesesuaian ukuran maka untuk setiap proses proses pengelasan digunakan jig and fixture untuk mencegah  perubahan bentuk. Beberapa peneliti telah mempelajari proses  pengelasan terutama yang berhubungan dengan  parameter pengelasan. Anggono (1999), dalam artikelnya menjelaskan bahwa kecepatan  pengelasan (í) dan besar arus listrik las (I)

 berpengaruh atas besarnya distorsi distorsi.. Penelitian ini dilakukan terhadap sambungan T pada proses SMAW. Oleh sebab itu perlu dilakukan  penelitian terhadap distorsi sudut dan kedalaman  penetrasi pada sambungan butt-joint   dengan  pros  pr oses es la s MI G ya ng se ka kara ra ng ba ny nyak ak digunakan. Tujuan Penelitian Penelitian dilaksanakan dengan tujuan untuk mendapatkan model hubungan antara  parameter proses terhadap distorsi sudut dan kedalaman penetrasi. Selain itu untuk mengetahui pengaruh masing-masing parameter  proses pengelasan terhadap distorsi sudut dan kedalaman penetrasi. Selanjutnya dapat diperkirakan parameter mana yang harus lebih dicermati dalam pemilihannya, sehingga distori yang terjadi pada proses pengelasan selanjutnya dapat diminimumkan.

10

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

Batasan dan Asumsi Karena luasnya permasalahan, maka dalam  pembahasan ini diambil beberapa batasan, yaitu:  Material yang digunakan adalah Pelat Baja Grade A;  Efek akibat proses pemotongan dan  penyiapan spesimen/benda uji diabaikan;  Material benda uji dianggap rata dan memiliki struktur yang homogen;  Jenis elektrode yang digunakan dalam  penelitian ini adalah jenis AWS A/SFA 5.18:ER70S-6, dengan diameter 1,2 [mm]. (ESSAB);  Tidak dilakukan pengukuran tegangan sisa yang terjadi akibat pengelasan;  Kekuatan hasil proses pengelasan tidak diukur;  Tidak menguji struktur mikro;  Semua alat uji yang digunakan dianggap  bekerja dengan baik. Persiapan dan Rancangan Percobaan a Pelat Baja Grade A, ketebalan 12 [mm], dipotong menjadi benda uji berukuran 100 x 200 [mm], 100 x 300 [mm] dan 100 x 400 [mm].  b Pen gu ji an aw al seb el um di la ku ka n  pengelasan. c Pembuatan alur V. d Pengelasan MIG dengan kuat arus 200, 250 dan 300 [Amper]. e Pengambilan data 2. TINJAUAN PUSTAKA Proses pengelasan telah banyak digunakan dalam berbagai konstruksi bangunan seperti

Gambar 1.

ISSN : 1411-0741

dalam pembuatan  pressure vessel , pembuatan kapal baja, perkeretapian, dan masih banyak lagi. Las Metal Innert Gas (MIG) Las MIG lebih dikenal sebagai mesin las busur gas, sehingga dapat disebut juga GMAW (Gas  Metal Arc Welding ) yaitu Suatu proses pengelasan busur listrik. Pada las MIG kawat las pengisi yang juga berfungsi sebagai elektrode yang diumpankan secara kontinyu. Kawat las yang digunakan biasanya  berupa kawat yang digulung dalam gulungan  besar. Kawat las diumpankan melalui pemegang elektrode (torch) dari mekanisme pengumpan kawat (wire feeder ), selanjutnya kawat las bila mengenai benda kerja akan bereaksi menghasilkan poros busur listrik yang diselubungi oleh gas. Pada proses pengelasan MIG gas pelindung yang dihembuskan melalui torch  berfungsi untuk melindungi busur, kawat las, logam lasan dan logam induk dari kontaminasi udara. Gas  pe li ndun g ya ng di guna ka n pa da pr os es  pengelasan MIG umumnya adalah gas helium (He), gas Argon (Ar), gas karbondioksida (CO 2) atau campuran dari keduanya Saat ini las MIG  banyak sekali digunakan dalam prakte k, terutama untuk pengelasan baja dan logamlogam baja yang tidak dapat dilas dengan cara lain. Berdasarkan fungsi elektrodanya tersebut maka las MIG tergolong pengelasan dengan elektroda terumpan, dimana elektroda selain  berfungsi sebagai pembangkit busur (arc) juga  berfungsi sebagai logam pengisi ( filler metal ). Gambar 1 menunjukkan Mesin las GMAW  beserta skemanya.

Mesin las GMAW dan skema mesin las GMAW (GMAW Welding Guide)

11

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

ISSN : 1411-0741

Metalurgi Pengelasan

d. Logam induk ( parent metal )

Pada saat peleburan logam las akibat busur listrik, terjadi aliran panas yang merambat ke logam induk. Panas tersebut menyebabkan terjadinya siklus termal pada logam induk. Temperatur pemanasan mulai dari temperatur terendah yakni pada jarak yang paling jauh dari garis lebur, sampai pada temperatur tertinggi  pada cairan logam di garis lebur. Sementara itu  pada saat pendinginan, tingkat pendinginan yang  berbeda dialami oleh tiap titik pada logam induk. Akibat pemanasan dan pendinginan tersebut, maka daerah di sekitar logam las akan mengalami perubahan struktur mikro yang selanjutnya lebih di kenal sebagai HAZ (heat affected zone). Perubahan ini tergantung pada  beberapa faktor antara lain: a. Temperatur Puncak Yang Dicapai Setiap Posisi  b. Kecepatan Pendinginan c. dan lain sebagainya

Parameter Pengelasan

Dalam proses pengelasan ada banyak parameter  pe ng el as an , di ma na ti ap -t ia p pa ra me te r mempunyai pengaruh yang berlainan terhadap hasil pengelasan. Beberapa parameter tersebut anatara lain: a.

Kuat Arus Berpengaruh langsung pada penetrasi logam las, bentuk manik, lebar HAZ dan dilusi. Semakin besar arus las dapat memperdalam penetrasi logam las dan juga memperlebar HAZ, demikian sebaliknya. Besarnya kuat arus listrik pada proses  pengelasan tergantung dari jenis logam induk, dimensi dan diameter elektrode.

 b.

Kecepatan Pengelasan Makin tinggi kecepatan pengelasan  biasanya dipengaruhi oleh tingginya arus  pengelasan. Untuk mencairkan ujung elektrode/kawat las diperlukan energi panas yang cukup. Apabila energi panas yang diberikan lebih dari cukup misalnya dengan memberikan arus yang lebih tinggi, maka  proses pencairan ujung elektrode ( feeding rate) berlangsung cepat. Kecepatan  pencairan elektrode yang tidak diimbangi dengan kecepatan pengelasan akan menyebabkan penumpukancairan logam las di permukaan logam induk.

c.

Panjang Pengelasan Merupakan fungsi waktu dari proses  pengelasan. Semakin panjang pengelasan yang dilakukan maka waktu yang dibutuhkan semakin lama untuk kecepatan  pengelasan yang sama. Karena waktu yang dibutuhkan saat proses pengelasan yang dilakukan lebih lama, maka panas yang diserap oleh logam induk juga lebih banyak sehingga kemungkinan distorsi yang terjadi semakin besar.

Gambar 2, menunjukkan skema distribusi temperatur pada proses pengelasan

Gambar 2. Skema distribusi temperatur pada saat pengelasan. Daerah Las Pada proses penyambungan logam dengan menggunakan mesin las akan dijumpai daerahdaerah atau bagian-bagian dari sambungan las yang biasanya disebut daerah las. Daerah las dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu: a. Logam las (weld metal )  b. Garis penggambungan ( fusion line) c. Daerah pangaruh panas (HAZ , Heat Affected  Zone)

Distorsi Menurut Kou (2005) [4], karena adanya  penyusutan pembekuan dan kontraksi termal dari logam las selama proses pengelasan, benda kerja akan mempunyai kecenderungan untuk menyimpang yang menyebabkan terjadinya

12

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

distorsi. Benda kerja yang dilas dapat menyusut dalam arah melintang (transvere shrinkage) dan dapat juga dalam arah memanjang (longitudinal  shrinka ge), yaitu serarah dengan proses  pengelasan. Perubahan bentuk dalam arah menyudut disebabkan adanya perbedaan temperatur permukaan yang dilas dengan  p e r m u k a a n s e b a l i k n y a . G a m b a r 3 menggambarkan beberapa jenis distorsi akibat  pengelasan.

ISSN : 1411-0741

Kedalaman penetrasi dipengaruhi oleh input  panas, yaitu kuat arus, kecepatan pengelasan dan tegangan. Gambar 5, menunjukkan ilustrasi  pengukuran kedalaman penetrasi. Kedalaman penetrasi

Gambar 5. Pengukuran kedalaman penetrasi

Gambar 3. Perubahan bentuk pada lasan [4] Distorsi Sudut Penyusutan melintang yang sama rata di seluruh ketebalan pelat yang dilas akan berakibat terjadinya distorsi sudut, yaitu berupa menekuknya pelat di daerah sambungan las yang mengurangi ketegak-lurusan, sehingga terjadi simpangan (defleksi terhadap kondisi semula). Simpangan yang diakibatkan oleh terjadinya  perubahan ini disebut sebagai distorsi sudut (  ) [rad], diilustrasikan pada Gambar 4. d2

 d1 1 X1

 2

X2

Gambar 4. Pengukuran distorsi sudut pada  pengelasan sambungan butt-joint 

Rancangan Eksperimen dan Optimasi Rancangan eksperimen bertujuan untuk memperoleh atau mengumpulkan informasi sebanyak-banyaknya yang diperlukan dalam melakukan penelitian atau persoalan yang dibahas. Rancangan sebaiknya dibuat sesederhana mungkin, mengingat waktu, biaya, tenaga dan material yang harus digunakan dalam  penelitian. Dalam penelitian ini rancangan eksperimen digunakan adalah rancangan eksperimen Central Composite (CCD) [3]. Parameter proses dan level-levelnya yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada tabel 1. Tabel 1. Parameter Proses dan Level-levelnya

Rancangan percobaan yang digunakan dalam  pe ne li ti an di te ta pk an de ng an ra nc an ga n  percobaan Central Composite Design (CCD) ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 1. Rancangan Percobaan CCD

Pengukuran besarnya distorsi dari kedua sisi dengan menggunakan alat ukur dial indikator. Besarnya distorsi sudut dihitung dengan  persamaan: d 1 d 2     2 [ rad ]  1  2  (1)  X 1  X 2 Penetrasi

Adalah kedalaman penembusan bahan tambah (elektrode/ filler wire) terhadap logam induk.

13

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

ISSN : 1411-0741

Tabel 4. ANAVA untuk Distorsi Sudut

Prosedur Penelitian a.Persiapan Percobaan  b.Pembuatan alur las c.Penekukan/pengerolan d.Pengelasan e.Pengambilan/pembuatan spesimen 3. DATA DAN PEMBAHASAN Dari data hasil percobaan kemudian diolah dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB 14 [2]. Analisa Distorsi Sudut Proses analisa data distorsi sudut dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB R14 [2]. Hasil pengolahan data  besarnya kedalaman penetrasi dapat dilihat pada tabel 3 dan tabel 4.

Tabel 3. Analisa Regresi Distorsi Sudut

Dari hasil pengolahan data, diketahui bahwa tiap variabel memiliki nilai yang signifikan terhadap respon yang terjadi. Interaksi hanya terjadi antara X1*X2 dan X2*X3. Dari tabel 3 diketahui  bahwa panjang pelat mempunyai pengaruh yang terbesar terhadap distorsi sudut, diikuti oleh kecepatan pengelasan dan yang paling kecil  pengaruhnya adalah kuat arus. Dari tabel 4, juga diketahui model distorsi sudut tidak terjadi lack of fit  untuk level = 0,05 dengan variasi total yang 2 dapat dijelaskan oleh model R sebesar 91,5%, hasil Durbin-Watson statistic test  menunjukkan nilai 1,47 yang berarti antara masing-masing  pengamatan menunjukkan sifat independen. Model regresi yang dihasilkan untuk respon  besarnya distorsi sudut dapat dilihat pada  persamaan 2. Y DS  0.438504  0.000673 * X 1  0.00131* X 2  0.002645 * X 3  0.000002 *   X 1  2

 0.000385 *   X 2   0.000003 *   X 1 * X 2  2

 0.000055 * X 2 * X 3

Respon permukaan kuat arus dan  panjang pengelasan dari distorsi sudut pada kecepatan pengelasan 25[cm/menit ] Gambar 6.

14

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

Untuk mendapatkan nilai minimum distorsi sudut, maka model yang diperoleh (persamaan 2) kemudian dilakukan optimasi dengan menggunakan bantuan perangkat lunak LINGO 8. Gambar 7 dan Gambar 8 adalah menunjukkan cara dan hasil proses optimasi distorsi sudut.

ISSN : 1411-0741 Tabel 5. Analisa Regresi Kedalaman Penetrasi  Estimated Regressiopn Coefificients for kedalaman penetrasi

Predictor 

C oef

P

 Constant

6.46686

0.101

 P anjang Pelat (X1) [mm]

-0.01367

0.030

 Kuat Arus (X2) [A]

0.00743

0.629

 Kecepatan Pengelasan (X 3) [cm/mnt]

-0.12525

0.385

(X1) *(X1)

0.00002

0.035

(X2) *(X2)

-0.00005

0.049

(X3) *(X3)

-0.00610

0.017

(X2) *(X3)

0.00122

0.001

Tabel 6. ANAVA untuk Kedalaman Penetrasi Gambar 7. Model distorsi sudut dengan rentang

 percobaan parameter.

 Analysisi of Variance fo r Kedalaman Penetrasi S o urc e

DF

S e q S S A dj M S 6.11176

F

6.11176 22.35

P 0.000

 R egressio n

7

  Liniear

3

4.29276 0.10840

2.78

0.087

  Square

3

1.07480 1.07480

9.17

0.002

 Intersectio n

1

0.74420 0.74420

19.05

0.001

 Residual Error

12

0.46874 0.46874

Lack o f-Fit

7

0.37760 0.37760

2.96

0.125

P ure Erro r

5

0.09113

19

6.58049

 To tal

0.09113

S = 0.019 76 R-Sq = 92.9 % R-Sq(adj) = 88.7 %

Gambar 8. Hasil pengolahan model distorsi

sudut untuk mendapatkan nilai optimum Dengan menggunakan batas bawah untuk X 1 = 200 [mm] dan batas atas X1 = 400 [mm], X2 = 250 [A] dan batas bawah X2 = 350 [A], X3 = 20 [cm/mnt] dan batas bawah X3 = 30 [cm/mnt], maka didapatkan nilai distorsi sudut minimum adalah 0,139 [rad]. Nilai tersebut dapat dihasilkan dengan panjang pelat (X1) 355.75 [mm], kuat arus (X2) 250 [A] dan kecepatan  pengelasan (X3) 30 [cm/mnt]. Analisa Kedalaman Penetrasi Proses analisa data kedalaman penetrasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MINITAB R14 [2]. Hasil pengolahan data  besarnya kedalaman penetrasi dapat dilihat pada tabel 5 dan tabel 6.

Sumber: Hasil olahan perangkat lunak MINITAB 14

Dari hasil pengolahan data, diketahui bahwa tiap variabel memiliki nilai yang signifikan terhadap respon yang terjadi. Interaksi hanya terjadi antara X2*X3. Dari tabel 5 diketahui bahwa  panjang pengelasan mempunyai pengaruh yang terbesar terhadap kedalaman penetrasi, diikuti oleh kecepatan pengelasan dan yang paling kecil  pengaruhnya adalah kuat arus. Dari tabel 5, juga diketahui model kedalaman penetrasi tidak terjadi lack of fit  untuk level = 0,05 dengan 2 variasi total yang dapat dijelaskan oleh model R sebesar 92,9%, hasil  Durbin-Warson statistic test  menunjukkan nilai 1.34 yang berarti antara masing-masing pengamatan menunjukkan sifat independen. Model regresi yang dihasilkan untuk respon besarnya kedalaman penetrasi dapat dilihat pada persamaan 3.

15

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

ISSN : 1411-0741

Y KP  6.46686  0.01367 * X 1  0,00743 * X 2 2

 X 1   0,12525 * X 3  0,00002 *   (3) 2 2  X 2   X 3   0,00005 *   0,00610 *   0,00122 * X 2 * X 3

Gambar 11. Hasil pengolahan kedalaman

 penetrasi untuk mendapatkan nilai optimum.

Gambar 9. Respon permukaan kuat arus dan  panjang pengelasan dari kedalaman penetrasi  pada kecepatan pengelasan 25 [cm/menit] Untuk mendapatkan nilai minimum kedalaman  pe ne tr as i, ma ka mo de l ya ng di pe ro le h (persamaan 3) kemudian dilakukan optimasi dengan menggunakan bantuan perangkat lunak LINGO 8. Gambar 10 dan Gambar 11 adalah hasil proses optimasi kedalaman penetrasi.

Dengan menggunakan batas bawah untuk X 1 = 200 [mm] dan batas atas X1 = 400 [mm], X2 = 250 [A] dan batas bawah X2 = 350 [A], X3 = 20 [cm/mnt] dan batas bawah X3 = 30 [cm/mnt], maka didapatkan nilai kedalaman penetrasi minimum adalah 0,2.77 [mm]. Nilai tersebut dapat dihasilkan dengan panjang pelat (X 1) 341.75 [mm], kuat arus (X2) 250 [A] dan kecepatan pengelasan (X3) 30 [cm/menit]. Optimasi dual respon Optimasi distorsi sudut dengan kendala kedalaman distorsi sudut dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan non linear  p ro g r a m m i n g , a t a u d i h i t u n g d e n g a n memasukkan nilai-nilai parameter dari hasil distorsi yang optimasi yaitu 0,139 [rad] yaitu  panjang pelat 355.75 [mm], kuat arus 250 [Amper] dan kecepatan pengelasan 30 [cm/menit]. Y KP  6.46686  0.01367 * 355,75  0,00743 * 250  0,12525 * 30  0,00002 *  355.75  2

 0,00005 *  250  0,00610 *  30 2

2

 0,00122 * 250 * 30

Gambar 10. Model kedalaman penetrasi dengan

 2.769919

rentang percobaan parameter. Dari hasil perhitungan didapatkan besarnya kedalaman penetrasi adalah 2,77 [mm].

16

Pramono Sidi, (2011) MeTrik Polban, Vol.5, No.1, 10-17

4.

ISSN : 1411-0741

KESIMPULAN

Dari hasil pengolahan dan analisis data proses  pengelasan butt-joint   dengan menggunakan mesin las MIG, dapat disimpulkan bahwa: 1. Dari ketiga variabel proses, yang paling  besar pengaruhnya adalah panjang pelat diikuti kecepatan pengelasan dan yang  paling kecil pengaruhnya kuat arus. 2. Model hubungan antara variabel bebas tebal  pelat, kuat arus dan kecepatan pengelasan terhadap distorsi sudut dinyatakan dengan  persamaan 2 3. Model hubungan antara variabel bebas tebal  pelat, kuat arus dan kecepatan pengelasan terhadap kedalaman penetrasi dinyatakan dengan persamaan 3. 4. Nilai distorsi sudut terkecil sebesar 0,139 [radian] dan kedalaman penetrasi 2.77 [mm] dapat dicapai dengan variabel  pengelasan yang menggunakan panjang  pelat 355.75 [mm], dengan kuat arus sebesar 250 [A] dan kecepatan pengelasan sebesar 30 [cm/menit].

DAFTAR PUSTAKA

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

A nggono, J uli ana, dkk (1999),  P e n g a r u h B e s a r I n p u t P a n a s  Pengelasan SMAW Terhadap Distorsi  Angular Sambungan T B a j a L u n a k SS400, , Jurnal Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Universitas Kristen Petra, Surabaya, Vol 1, No. 1 http://www.petra.ac.id/ ~puslit/journals/ Iriawan, Nur, Astuti, Septin Puji, (2006),  Mengolah Data Statisti k dengan Mudah Menggunakan  MINITAB 14, Andi, Yogyakarta. Montgomery, D.C., (1984), Design And  Analysis Of Experiment , Jhon Willey and Sons. K ou, Sindho , ( 2003),   Welding  Metalurgy, second edition, Published  by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken,  New Jersey.Published Simultaneously in Canada. Wiryosumarto, Harsono dan Toshie Okumura, (2000), Teknologi  Pengelasa n Logam , Jakarta, PT. Pradnya Paramita.

17