View
8
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
KAJIAN TEKNIK PENGARUH VARIASI ARUS PENGELASAN
TIG TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADA
MATERIAL STAINLESS STEEL AUSTENITIK
Technical Study Of Effect Of Tig Welding Flow On Physical And Mechanical
Properties On Austenitic Stainless Steel Materials
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan
DIPLOMA III PROGRAM STUDI D3-TEKNIK MESIN
Di Jurusan Teknik Mesin
Oleh
Muhammad Rizal Ali Fahlefi
NIM: 151211021
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2018
Scanned by CamScanner
Scanned by CamScanner
Anda akan bisa terus maju dengan
lancar apabila anda selalu bekerja keras
dan tidak lupa berdo’a
i
ABSTRAK
Stainless steel merupakan baja tahan karat yang banyak digunakan dalam dunia
industri karena memiliki keunggulan, antara lain: sifat mampu las (weld ability) yang
baik, tahan terhadap korosi, dan memiliki sifat food grade. Stainless steel AISI 304
merupakan jenis stainless steel austenitik dengan kandungan krom 16-25% dan nikel
7-20%, proses penyambungan stainless steel banyak menggunakan metode
sambungan pengelasan, salah satu pegelasan yang sering dipakai adalah pengelasan
TIG. Contoh penggunaan stainless steel yaitu pada tangki penampungan bahan
makanan, tabung bertekanan, pipa dengan tekanan, dan produk mekanik lainnya.
Proses pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas) dilakukan dengan menggunakan
bahan tambah ER 308 dengan diameter 1,6 mm dan elektroda tungsten Thoriated 2%
(EWTh-2) dengan diameter 1,6mm. Dilakukan pengelasan dengan sambungan butt
weld atau sambungan tumpul pada plat berdimensi 300x125x2mm, dengan variasi
arus 70, 80, 90A, kecepatan pengelasan dianggap konstan.
Tugas akhir ini dilakukan dengan melakukan kajian teknik terhadap hasil
pengelasan TIG pada material stainless steel jenis austenitik yaitu SS AISI 304
dengan ketebalan 2 mm. Pengujian dilakukan dengan tujuan mendapatkan data
berupa hasil kekuatan tarik, kekerasan material, struktur makro (makro test), struktur
mikro (metalografi). Hasil kajian digunakan untuk membuat perbandingan sifat fisis
dan mekanis dari benda uji, sehingga didapat parameter yang yang sesuai dan bisa
dijadikan sebagai acuan dalam proses pengelasan berikutnya. Pengujian radiografi
digunakan dalam melihat cacat las yang tidak dapat dilihat secara kasat mata, hasil
pengujian radiografi pada material peneglasan dengan arus 70A terjadi cacat
incomplete fusion dan incomplete penetration. Spesimen dengan arus pengelasan
80A terjadi cacat las berupa retak searah dengan pengelasan. Spesimen dengan arus
pengelasan 90A terjadi cacat Excessive penetration dan porositas. Variasi arus
mengakibatkan perbedaan struktur mikro dan struktur makro yang di hasilkan, serta
adanya perbedaan kekuatan tarik dan distribusi kekerasan pada setiap meterial.
Kata kunci: Pengelasan TIG, arus pengelasan, sifat fisis dan mekanis.
ii
ABSTRACT
Stainless steel is a steel resistant to corrosion that is widely used in the
industrial world because it has advantages, among others: good welding properties,
resistant to corrosion, and has food grade properties. Stainless steel AISI 304 is a
type of austenitic stainless steel with chromium content of 16-25% and nickel
7-20%, the process of stainless steel joining many using the welding connection
method, one of the welding is often used TIG welding. Examples of the use of
stainless steel are in food storage tanks, pressurized tubes, pressure pipes, and other
mechanical products.
The TIG (Tungsten Inert Gas) welding process was performed using ER 308 plus
1.6 mm diameter and 2% Thoriated Tungsten (EWTh-2) tungsten electrode with
diameter 1.6mm. Welding with butt welded or blunted connections on plate with
300x125x2mm dimension, with current variation 70, 80, 90A, welding speed is
considered constant.
This final project is done by doing technical studies on the results of TIG welding
on austenitic stainless steel material that is SS AISI 304 with a thickness of 2 mm.
The test is conducted with the aim of obtaining data in the form of tensile strength,
material hardness, macro structure (macro test), micro structure (metallography).
The results of the study were used to make comparisons of physical and mechanical
properties of the specimens, to obtain suitable parameters and be used as reference
in the next welding process. Radiographic testing is used in view of visible weld
visible defects, the result of radiographic testing on sanding material with current
70A incomplete fusion and incomplete penetration. Specimens with 80A welding
current occur welding defect in the form of crack in the direction of welding.
Specimens with 90A welding current are defective Excessive penetration and
porosity. The current variation results in differences in the microstructure and the
resulting macro structures, as well as the difference in tensile strength and the
distribution of hardness at each meterial.
Keywords: TIG welding, welding current, physical and mechanical properties.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat
Rahmat dan Hidayah-Nya kita masih diberikan kenikmatan serta kesehatan dan
berkat pertolongan-Nya lah akhirnya penyusun mampu untuk menyelesaikan laporan
tugas akhir ini. Semoga dengan adanya laporan ini, pembaca dapat
mempergunakannya sebagai pedoman dan acuan dalam melakukan proses
pengelasan sebagaimana mestinya. Dalam kesempatan ini penyusun mengucapkan
terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada Yth:
1. Drs. Parno Raharjo M.Pd., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin.
2. Musyafak S.T., M.Eng, selaku Ketua Program Studi D III Teknik Mesin.
3. Ir. Sutrimo M.Eng, selaku Pembimbing I Tugas Akhir.
4. Drs. Slamet Sutjipto, M.T, selaku Pembimbing II Tugas Akhir.
5. Seluruh dosen dan karyawan Politeknik Negeri Bandung di Jurusan
Teknik Mesin.
6. Seluruh karyawan PT. Nasional Turbin dan Propulsi yang telah banyak
membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.
7. Seluruh Karyawan PT. Rekatama yang telah membantu penulis
menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Seluruh rekan-rekan seperjuangan penulis.
Penulis menyadari bahwa dalam laporan ini masih banyak kekurangan dan
masih banyak hal yang bisa dikembangkan kembali. Untuk itu dengan segala
kerendahan hati penyusun memohon saran dan kritik membangun guna perbaikan
dan pembelajaran untuk penyusunan laporan selanjutnya.
Bandung,
Penulis
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................................... i
ABSTRACT ................................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR ............................................................................................... iii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. iv
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ vii
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xi
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ................................................................ xii
PENDAHULUAN ......................................................................................... I-1
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................ I-1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................... I-2
1.3 Tujuan Tugas Akhir ............................................................................... I-2
1.4 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................... I-2
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ I-3
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI .............................. II-1
2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................. II-1
2.2 Landasan Teori .................................................................................... II-1
2.2.1 Pengertian Las TIG (Tungsten Inert Gas) ............................... II-1
2.2.2 Jenis-Jenis Cacat Las ............................................................... II-3
2.2.3 Panas Masukan ........................................................................ II-5
2.2.4 Stainless Steel Austenitik ........................................................ II-5
2.2.5 Pengujian Radiografi ............................................................... II-7
2.2.6 Metalografi .............................................................................. II-7
2.2.7 Sifat Fisis dan Mekanis Material ............................................. II-8
2.2.8 Uji Keras .................................................................................. II-9
2.2.9 Uji tarik .................................................................................. II-11
v
2.2.10 Metode anisotropi .................................................................. II-11
2.2.11 Gaya Penarikan dan Perubahan Panjang (F dan ΔL) ............ II-11
2.2.12 Tegangan dan Regangan Teknik (S dan e) ........................... II-12
2.2.13 Regangan Sebenarnya ( ) ..................................................... II-12
2.2.14 Tegangan Sebenarnya (σ) ...................................................... II-13
2.2.15 Spesimen ................................................................................ II-13
2.2.16 Etsa II-14
METODE DAN PROSES PENYELESAIAN ....................................... III-1
3.1 Studi Literatur ..................................................................................... III-2
3.2 Persiapan ............................................................................................. III-2
3.3 Proses Pengelasan TIG ....................................................................... III-3
3.3.1 Hasil Pengelasan TIG ............................................................. III-6
3.4 Pengujian Radiografi .......................................................................... III-7
3.5 Pembuatan Spesimen Uji Tarik .......................................................... III-9
3.6 Pelaksanaan Pengujian ...................................................................... III-13
3.6.1 Pengujian Struktur Makro .................................................... III-13
3.6.2 Pengujian Struktur Mikro ..................................................... III-14
3.6.3 Uji Kekerasan ....................................................................... III-19
3.6.4 Pengujian Kekuatan Tarik .................................................... III-20
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... IV-1
4.1 Pemeriksaan Radiografi ...................................................................... IV-1
4.2 Hasil Pengujian Struktur Makro dan Mikro ....................................... IV-3
4.2.1 Struktur Mikro dan Makro 70 A ............................................ IV-4
4.2.2 Struktur Mikro dan Makro Pada 80A .................................... IV-5
4.2.3 Struktur Mikro dan Makro Pada 90 A ................................... IV-6
4.3 Hasil Pemeriksaan Uji Kekerasan Mikro Vickers ............................. IV-7
4.4 Hasil Pengujian Kekuatan Tarik ....................................................... IV-10
4.4.1 Pemeriksaan Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 70A ..... IV-11
4.4.2 Pemeriksaan Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 80A ..... IV-19
4.4.3 Pemeriksaan Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 90A ..... IV-27
4.4.4 Perbandingan Kekuatan Tarik Berdasarkan Sudut Pengelasan
.............................................................................................. IV-35
vi
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. V-1
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... V-1
5.2 Saran ..................................................................................................... V-2
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... xv
LAMPIRAN A DAFTAR RIWAYAT HIDUP ................................................ xvi
LAMPIRAN B DATA PENDUKUNG ............................................................ xvii
B.1 Foto-Foto Kegiatan .............................................................................. xvii
LAMPIRAN C LEMBAR PERHITUNGAN .................................................... xx
C.1 Tabel/Grafik rujukan yang digunakan dalam perhitungan. .................. xx
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Skema Pengelasan TIG ...................................................................... II-2
Gambar II.2 Sistem Pengelasan TIG ...................................................................... II-2
Gambar II.3 Struktur Mikro SS AISI 304 ............................................................... II-7
Gambar II.4 Identor dan Penetrasi kekerasan Mikro Vickers .............................. II-10
Gambar II.5 Layout Pengujian Metode Anisotropi .............................................. II-11
Gambar II.6 Tegangan sebenarnya ....................................................................... II-12
Gambar II.7 Spesimen Uji Tarik ASTM E8/E8M-09 .......................................... II-14
Gambar III.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ............................................ III-1
Gambar III.2 Spesimen Pengelasan ....................................................................... III-2
Gambar III.3 Mesin Las GTAW Fronius MW 2600 ............................................. III-3
Gambar III.4 Elektroda Tungsten Thoriated 2% Ø1,6 mm (EWTh 2) warna
merah. ............................................................................................ III-4
Gambar III.5 Tabung Gas UHP ............................................................................. III-4
Gambar III.6. JIG ................................................................................................... III-5
Gambar III.7. Klem C ............................................................................................ III-5
Gambar III.8 Proses Pemasangan Benda Kerja Las .............................................. III-5
Gambar III.9. Arus Pengelasan Pada Mesin Las ................................................... III-6
Gambar III.10. Penetrasi dan Kampuh Las Pada Arus 70A .................................. III-6
Gambar III.11. Penetrasi dan Kampuh Las Pada Arus 80A .................................. III-7
Gambar III.12. Penetrasi dan Kampuh Las Pada Arus 90A .................................. III-7
Gambar III.13 Viewer ............................................................................................. III-8
Gambar III.14 Mesin Radiografi ............................................................................ III-8
Gambar III.15. Layout Pemotongan Spesimen Uji Tarik ...................................... III-9
Gambar III.16 Pemotongan Spesimen Uji Tarik ................................................. III-10
Gambar III.17 Spesimen Uji Tarik Yang Telah di Buat Lubang Jig .................. III-12
Gambar III.18 Pemasangan Spesimen Pada Jig .................................................. III-12
Gambar III.19 Spesimen Hasil Pengerjaan CNC ................................................ III-13
Gambar III.20 Spesimen Uji Tarik ..................................................................... III-13
Gambar III.21. Alat Press Bakelit ........................................................................ III-14
Gambar III.22. Pengering ..................................................................................... III-15
viii
Gambar III.23 . Rotary Grinding ......................................................................... III-15
Gambar III.24. Mesin Poles ................................................................................. III-16
Gambar III.25. Mikroskop Optik ......................................................................... III-16
Gambar III.26 Cetakan Resin ............................................................................... III-18
Gambar III.27 Cetakan Resin diatas Permukaan Kaca........................................ III-18
Gambar III.28 Pemasangan Plastisin pada Cetakan Resin .................................. III-18
Gambar III.29 Resin yang digunakan .................................................................. III-19
Gambar III.30 Mesin Uji Keras Mikro Vickers ................................................... III-20
Gambar III.31 Mesin Uji Tarik Tarno Grocki ..................................................... III-20
Gambar III.32 Proses Pencekaman Spesimen Uji Tarik ..................................... III-21
Gambar III.33 Monitor Mesin Uji Tarik .............................................................. III-21
Gambar IV.1 Hasil Radiografi Pada Arus 70A ..................................................... IV-2
Gambar IV.2 Hasil Radiografi Pada Arus 80A ..................................................... IV-2
Gambar IV.3 Hasil Radiografi Pada Arus 90A ..................................................... IV-3
Gambar IV.4 Struktur Makro Pada Arus 70A ....................................................... IV-4
Gambar IV.5 Struktur Mikro Pada Arus 70A ........................................................ IV-4
Gambar IV.6 Struktur Makro Pada Arus 80A ....................................................... IV-5
Gambar IV.7 Struktur Mikro Pada Arus 80A ........................................................ IV-5
Gambar IV.8 Struktur Makro Pada Arus 90A ....................................................... IV-6
Gambar IV.9 Struktur Mikro Pada Arus 90A ........................................................ IV-6
Gambar IV.10 Bekas Identor Uji Keras ................................................................. IV-7
Gambar IV.11 Bekas Identor Uji Keras Pada Arus 70A ....................................... IV-9
Gambar IV.12 Bekas Identor Uji Keras Pada Arus 80A ...................................... IV-9
Gambar IV.13 Bekas Identor Uji Keras Pada Arus 90A ...................................... IV-9
Gambar IV.14 Skema Penitikan Uji keras ............................................................. IV-9
Gambar IV.15 Grafik Perbandingan Distribusi kekerasan .................................. IV-10
Gambar IV.16 Potongan Spesimen Hasil uji Tarik Pada Arus 70A ................... IV-11
Gambar IV.17 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 90° Spesimen 1 ............ IV-12
Gambar IV.18 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 90° Spesimen 2 ............ IV-13
Gambar IV.19 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 45° Spesimen 1 ............ IV-14
Gambar IV.20 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 45° Spesimen 2 ............ IV-15
Gambar IV.21 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 0° Spesimen 1 ............... IV-16
ix
Gambar IV.22 Grafik Uji Tarik Pada Arus 70A Sudut 0° Spesimen 2 ............... IV-17
Gambar IV.23 Grafik Perbandingan Kekerasan Pada Arus 70A ........................ IV-18
Gambar IV.24 Potongan Spesimen Hasil uji Tarik Pada Arus 80A .................. IV-19
Gambar IV.25 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 90° Spesimen 1 ............ IV-20
Gambar IV.26 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 90° Spesimen 2 ............ IV-21
Gambar IV.27 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 45° Spesimen 1 ............ IV-22
Gambar IV.28 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 45° Spesimen 2 ............ IV-23
Gambar IV.29 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 0° Spesimen 1 ............... IV-24
Gambar IV.30 Grafik Uji Tarik Pada Arus 80A Sudut 0° Spesimen 2 ............... IV-25
Gambar IV.31 Grafik Perbandingan Kekerasan Pada Arus 80A ........................ IV-26
Gambar IV.32 Potongan Spesimen Hasil uji Tarik Pada Arus 90A ................... IV-27
Gambar IV.33 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 90° Spesimen 1 ............ IV-28
Gambar IV.34 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 90° Spesimen 2 ............ IV-29
Gambar IV.35 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 45° Spesimen 1 ............ IV-30
Gambar IV.36 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 45° Spesimen 2 ............ IV-31
Gambar IV.37 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 0° Spesimen 1 ............... IV-32
Gambar IV.38 Grafik Uji Tarik Pada Arus 90A Sudut 0° Spesimen 2 ............... IV-33
Gambar IV.39 Grafik Perbandingan Kekerasan Pada Arus 90A ........................ IV-34
Gambar IV.40 Perbandingan kekuatan tarik pada sudut 90° .............................. IV-35
Gambar IV.41 Perbandingan kekuatan tarik pada sudut 45° .............................. IV-36
Gambar IV.42 Perbandingan kekuatan tarik pada sudut 0° ................................ IV-37
x
DAFTAR TABEL
Tabel II-1 Parameter Pengelasan Stainless Steel II-6
Tabel III-1 Komposisi Kimia Filler ER308 III-3
Tabel III-2 Komposisi Kimia Tungsten EWTh-2 III-3
Tabel III-3 Proses Milling Kampuh las III-11
Tabel IV-1 Nilai Kekerasan Pada Base Metal IV-7
Tabel IV-2 Nilai Uji Kekerasan Hasil Pengelasan IV-8
Tabel IV-3 Nilai Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 70 A IV-18
Tabel IV-4 Nilai rata-rata Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 70 A IV-18
Tabel IV-5 Nilai Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 80 A IV-26
Tabel IV-6 Nilai rata-rata Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 80 A IV-26
Tabel IV-7 Nilai Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 90 A IV-34
Tabel IV-8 Nilai rata-rata Kekuatan Tarik Spesimen Pada Arus 90 A IV-34
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN
Daftar Simbol
∆L : Perubahan panjang
µ : Konstanta gesek
A : Luas penampang
A (Pengelasan) : Ampere (Kuat arus)
Ao : Luas penampang awal
A1 : Luas penampang setelah proses uji tarik
d : Diameter bekas indentor [mm]
d1 : Diagonal identor (1)
d2 : Diagonal identor (2)
do : Diameter awal spesimen
D : Diameter indentor [mm]
e : Regangan teknis
E : Tegangan listrik (Volt)
ɛ : Regangan sebenarnya
F : Gaya [Kg]
g : Gram
I : Arus (A)
L : Panjang akhir
Lo : Panjang awal
P : Beban penekanan
Qw : Masukan panas (J/mm)
S : Tegangan Teknis
xiii
V : Kecepatan Pengelasan (mm/detik)
α : Alpha (Ferrite)
γ : Gamma (Austenite)
σ : Tegangan Sebenarnya
Daftar Singkatan
AISI : American Iron & Steel Institue
APD : Alat Pelindung Diri
ASME : American Society of Mechanical Engineers
ASTM : American Standard Testing and Material
AWS : American Welding Society
BM : Base Metal
CNC : Computer Numerical Control
DCSP : Direct Current Straight Polarity
ER : Elektrode Rod
EWTh-2 : Electroda Wolfram Thorium 2%
FCC : Face Center Cubic
FL : Fusion Line
GMAW : Gas Metal Arc Welding
GTAW : Gas Tungsten Arc Welding
HAZ : Heat Affected Zone
HV : Hardness Vickers
IP : Incomplete Penetration
Kgf : Kilogram Gaya
mm : milimeter
xiv
MPa : Mega Pascal
MR : Muhammad Rizal (inisial penguji)
NDT : Non-Destructive Test
SMAW : Shielded Metal Arc Welding
SS : Stainless Steel
SS 304 : Bahan Yang Di Uji Yaitu Stainless Steel 304
TIG : Tungsten Inert Gas
TP1 : Test Piece 1 Arus 70 A
TP2 : Test Piece 2 Arus 80 A
TP3 : Test Piece 3 Arus 90 A
UHP : Ultra High Utility
UV : UltraViolet
VHN : Vickers Hardness Number
WM : Weld Metal
xv
DAFTAR PUSTAKA
1. Okumura, Harsono. Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta : PT. Pranadya Paramita, 1996.
2. Clark, Varney. Physical Metallurgy. New York : D. Van Nostrand Company, 1962.
3. Setiawan, Ary. Penelitian Stainless Steel 304 Terhadap Pengaruh Pengelasan Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) Untuk Variasi Arus 50A, 100A, dan 160A Dengan Uji Komposisi Kimia, Uji Struktur Mikro, Dan Uji Impact. Surakarta : Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2016.
4. ASTM. Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken : s.n., 1998.
5. Mehl, Robert F. Metal Hand Book. Ohio : American Society For Metal, 1972.
6. AASHTO. Standard Test Methods For Tension Testing Of Metallic Materials. West Conshohocken : ASTM, 2010. E8M.
7. AASHTO. Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials. West conshohocken : ASTM, 1997.
8. REKAYASA DAN APLIKASI TEKNIK MESIN DI INDUSTRI. Tarsisius
Kristyadi, dkk. BANDUNG : ITENAS, 2017. ISSN 1693-3168.
Recommended