Pengaruh Getaran pada Pengelasan Aluminum 5083 H112 Terhadap Porositas dan Sifat Mekanis Menggunakan Proses Las Gas Metal Arc Welding (GMAW) dengan Kawat Las ER 4043 Aji Wicaksono, Winarto Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok, Depok, 16436, Indonesia Email: [email protected]; [email protected]Abstrak Aluminum magnesium seri 5083 H112 banyak diaplikasikan untuk industri perkapalan. Hal tersebut dikarenakan aluminum memiliki kekuatan spesifik yang tinggi serta ketahanan korosi yang baik. Namun pada proses penyambungan berupa pengelasan banyak terjadi permasalahan berupa porositas serta menurunnya sifat mekanis terutama daerah terpengaruh panas. Mengacu kepada pengecoran, pemberian getaran pun diaplikasikan pada penelitian pengelasan dengan menggunakan kawat las ER 4043 ini. Sumber getaran berasal dari sebuah meja getar dan diatur getarannya sebesar 30 Hz. Pengujian yang dilakukan yakni pengujian tarik, metalografi, kekerasan mikro, radiografi-visual, dan image analysis. Dari hasil penggetaran nilai kekerasan daerah las dan juga kekuatan tarik meningkat dengan butir dari lasan yang halus pada tiap kecepatan las, 300 mm/menit dan 400 mm/menit. Jumlah porositas pun berkurang dengan dilakukannya penggetaran sebesar 30 Hz. Effect of Vibration to Porosity and Mechanical Properties of Aluminum 5083 H112 Using GMAW Method and Filler ER 4043 Abstract 5083 series aluminum magnesium is widely used for marine industrial. It is caused aluminum has high spesific strength and good corrosion resistance. However, at process of welding many of porosity occured in the aluminum and it decrease the mechanical properties especially in HAZ (Heat Affected Zone). At casting process of aluminum, there is one method that can reduce the porosity by giving vibration while casting is performed. So this method is tried to be aplicated at this research which is using ER 4043 as welding wire. Vibration that used is around 30 Hz. Tensile test, metallography, micro hardness, radiography-visual test, and image analysis was used for characterize mechanical properties and porosity content at weldment. The higher average result of tensile test and microhardness for ER 4043 filler weldment for vibrated specimen and porosity content decreased for specimen with welding speed 300 mm/minute and 400 mm/minute. And finer grain has found at microstructure of weldment after welded with vibration. Keywords: Aluminum 5083, GMAW, Filler ER 4043, Porosity, Vibration Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
13
Embed
Pengaruh Getaran pada Pengelasan Aluminum 5083 H112 ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Pengaruh Getaran pada Pengelasan Aluminum 5083 H112 Terhadap Porositas dan Sifat Mekanis Menggunakan Proses Las Gas Metal Arc
Welding (GMAW) dengan Kawat Las ER 4043
Aji Wicaksono, Winarto
Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok,
Aluminum magnesium seri 5083 H112 banyak diaplikasikan untuk industri perkapalan. Hal tersebut dikarenakan aluminum memiliki kekuatan spesifik yang tinggi serta ketahanan korosi yang baik. Namun pada proses penyambungan berupa pengelasan banyak terjadi permasalahan berupa porositas serta menurunnya sifat mekanis terutama daerah terpengaruh panas. Mengacu kepada pengecoran, pemberian getaran pun diaplikasikan pada penelitian pengelasan dengan menggunakan kawat las ER 4043 ini. Sumber getaran berasal dari sebuah meja getar dan diatur getarannya sebesar 30 Hz. Pengujian yang dilakukan yakni pengujian tarik, metalografi, kekerasan mikro, radiografi-visual, dan image analysis. Dari hasil penggetaran nilai kekerasan daerah las dan juga kekuatan tarik meningkat dengan butir dari lasan yang halus pada tiap kecepatan las, 300 mm/menit dan 400 mm/menit. Jumlah porositas pun berkurang dengan dilakukannya penggetaran sebesar 30 Hz.
Effect of Vibration to Porosity and Mechanical Properties of Aluminum 5083 H112 Using GMAW Method and Filler ER 4043
Abstract
5083 series aluminum magnesium is widely used for marine industrial. It is caused aluminum has high spesific strength and good corrosion resistance. However, at process of welding many of porosity occured in the aluminum and it decrease the mechanical properties especially in HAZ (Heat Affected Zone). At casting process of aluminum, there is one method that can reduce the porosity by giving vibration while casting is performed. So this method is tried to be aplicated at this research which is using ER 4043 as welding wire. Vibration that used is around 30 Hz. Tensile test, metallography, micro hardness, radiography-visual test, and image analysis was used for characterize mechanical properties and porosity content at weldment. The higher average result of tensile test and microhardness for ER 4043 filler weldment for vibrated specimen and porosity content decreased for specimen with welding speed 300 mm/minute and 400 mm/minute. And finer grain has found at microstructure of weldment after welded with vibration. Keywords: Aluminum 5083, GMAW, Filler ER 4043, Porosity, Vibration
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
1. Pendahuluan
Seperti diketahui bahwa seiring kemajuan zaman, material baja dan besi atau material
lain yang memiliki massa jenis yang besar semakin diminimalisir penggunaannya dan mulai
berganti material dengan massa jenis yang tergolong rendah dan memiliki kekuatan yang
tinggi, Aluminum salah satunya. Alumunium merupakan salah satu jenis logam yang banyak
digunakan setelah besi dan baja, khususnya dalam industri otomotif[1]. Hal ini dikarenakan
sifatnya yang cukup baik seperti massa jenisnya yang ringan (2,7 g/cm3) dibandingkan baja
yakni 7,8 g/cm3 dan juga Aluminum ini memiliki keuletan yang tergolong tinggi juga[1].
Pengelasan merupakan metode manufaktur yang paling banyak digunakan untuk
melakukan penyambungan Aluminum, salah satu aplikasinya di industri perkapalan[2]. Kelas
Aluminum yang banyak digunakan untuk aplikasi perkapalan ialah Aluminum 5XXX dengan
paduan utama berupa Magnesium[3], Ada masalah dalam pengelasan aluminum yakni
tingginya kelarutan Hidrogen saat pengelasan dilakukan maka besar kemungkinan terjadi
porositas. Hal ini tentu dapat memengaruhi sifat mekanis dan kualitas dari sambungan
lasannya.
Pada penelitian Chirita dan Taghavi[4,5], membuktikan bahwa pemberian getaran
(rentang antara 10-50 Hz) akan berdampak meningkatkan nukleasi dan mereduksi ukuran
butir dari as-cast, lalu efek lain yang paling penting ialah dapat mengurangi shrinkage
porosities yang hasil akhirnya ialah struktur metal yang lebih homogen[4,5]. Qinghua[6] juga
membahas mengenai pengaruh penggetaran terhadap porositas pada hasil lasan, dimana
dilakukan percobaan antara pengelasan SAW dengan getaran dan tanpa getaran pada material
forged steel A105[6], dan hasil percobaan tersebut mengatakan bahwa dengan penambahan
getaran eksternal akan menghasilkan sub-butir yang lebih halus dan batas butirnya akan
mencegah terjadinya perambatan retak, ditambah lagi dengan penggetaran SAW yang
dilakukan akan melepaskan gas yang terlarut di weld bead (dampaknya akan mengurangi
porositas) dan akan menggiring inklusinya ke teraknya tersebut[6].
Dengan didasari beberapa literatur tersebut, penelitian ini dilakukan dengan
mengaplikasikan penggetaran pada spesimen saat pengelasan berlangsung, dan hal tersebut
diharapkan akan bisa mengurangi porositas yang timbul di kampuh lasan. Maka dari itu,
vibrasi menjadi parameter pada pengelasan Aluminum 5083 H112 terhadap porositas dan sifat
mekanis. Untuk alasan mengenai metode yang digunakan, yakni metode GMAW. Hal inilah
yang mendasari digunakannya GMAW untuk metode pengelasannya. Untuk kawat las yang
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
digunakan yakni ER 4043 dengan kandungan 4,5-6 wt.% Silikon dan mengandung beberapa
unsur yang berupa grain refiner seperti Titanium sekitar 0,2 wt.%[7].
2. Dasar Teori 2.1. Aluminum 5083-H112 dan Paduannya
Alumunium seri 5xxx merupakan tipe alumunium yang mekanisme penguatannya
menggunakan metode pengerasan regang dimana proses manufaktur dari Alumunium ini
melalui proses canai dingin atau canai panas dilanjutkan dengan proses anil (untuk seri 5xxx
anil-recovery sekitar 240-280˚C selama 1-4 jam dan anil-recrystallization 330-380˚C selama
0,5-2 jam)[8]. Efek dari pengerasan regang untuk memodifikasi struktur material melalui
proses deformasi plastis, dimana efeknya ialah meningkatkan sifat mekanis, kekerasan, akan
tetapi keuletannya menurun[8]. Alloying yang berperan dalam manufaktur seri 5xxx ialah
Magnesium[8], maka dari itu seri 5xxx bisa disebut juga Al-Mg series.
Tabel 1. Komposisi Kimia Aluminum 5083 H112
Komposisi
(%)
Al Mg
Mn
Cr
Si (Max)
Fe (Max)
Cu (Max)
Lainnya
remainder 4-4,9
0,4-1
0,05-0,25 0,4 0,4
0,1
0,15
2.2. Metode Pengelasan GMAW/MIG Pada penelitian ini digunakan metode pengelasan GMAW (Gas Metal Arc Welding)
atau sekarang lebih dikenal dengan MIG (Metal Inert Gas). Pada metode ini busurnya tercipta
dari elektroda yang consumable dan gas pelindung yang digunakan untuk logam non ferrous
biasanya gas Argon, yang akan melindungi kawah lasan dari lingkungan sekitarnya[9]. Untuk
kecepatan pengelasannya sekitar 0.40 to 1 m/min-1[8]. Untuk metode transfernya, metode
GMAW memiliki empat tipe transfer logam yakni Spray Transfer, Globular Transfer, Short
Circuiting Transfer, dan Pulsed Transfer.
2.3. Variabel Proses Variabel yang menjadi fokus pada penelitian ini ialah getaran, dimana spesimen
diberikan getaran saat proses pengelasan sedang berlangsung. Latar belakang pemilihan
getaran sebagai variabel didasari oleh beberapa penelitian seperti pada G.Chirita, et.al[4]
menyebutkan bahwa dengan dilakukan penggetaran pada cetakan akan berpengaruh terhadap
laju solidifikasi, karakteristik daripada Aluminum, dan tentunya sifat mekanisnya juga
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
terpengaruh akibat penggetaran ini. Dan pemberian getaran antara 10-50 Hz akan berdampak
reduksi ukuran butir dan porositasnya berkurang[4]. Taghavi, et. al[5] juga berkesimpulan
sama dengan Chirita, bahwa pemberian getaran (rentang antara 10-50 Hz) akan mengurangi
porositas. Pada penelitiannya dengan frekuensi yang semakin tinggi massa jenis dari
Aluminumnya akan semakin tinggi yang mengindikasikan bahwa porositas dalam
spesimennya berkurang[5].
Gambar 1. Grafik durasi penggetaran vs Reynold number[5]
Lalu pada penelitian Qinghua, et. al[6] melakukan percobaan antara pengelasan SAW
dengan getaran dan tanpa getaran pada material forged steel A105[6], dan hasil percobaan
tersebut mengatakan bahwa dengan penambahan getaran eksternal akan menghasilkan sub-
butir yang lebih halus dan batas butirnya akan mencegah terjadinya perambatan retak,
ditambah lagi dengan penggetaran SAW yang dilakukan akan melepaskan gas yang terlarut di
weld bead (dampaknya akan mengurangi porositas) dan akan menggiring inklusinya ke
teraknya tersebut[6].
2.4. Struktur Mikro Lasan Aluminum Struktur mikro hasil lasan Aluminum mengalami mekanisme seperti fenomena anil,
contohnya seperti terjadi fenomena rekristalisasi dan pertumbuhan butir[9]. Dikarenakan
semakin dekat dengan daerah fusi, temperatur yang diterima struktur material akan semakin
tinggi, dan kecepatan pendinginan juga akan semakin tinggi. Daerah logam las atau daerah
fusi yakni daerah logam pengisi yang cair yang dipanaskan sampai temperatur leleh. Bentuk
butir tergantung dari jenis kawat las yang digunakan. Untuk struktur mikro ER 4043
berbentuk Aluminum Silikon, dimana berbentuk dendrit dengan butir yang lebih bulat karena
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
adanya kandungan grain refiner. Daerah pertumbuhan butir, dimana logam induk yang tidak
mencair akan membesar karena pemanasan yang amat tinggi akibat proses pengelasan.
Daerah Rekristalisasi, karena temperatur sedikit lebih rendah dari daerah rekristalisasi, terjadi
pembentukan butir baru yang lebih halus[9]. Butir yang tedeformasi akan sedikit berubah
bentuk dan deformasinya berangsur hilang. Daerah tak terpengaruh panas, fasa logam induk
yang tidak berubah karena tidak terkena pengaruh panas pada pengelasan. Jadi butir yang
terdeformasi tidak berubah bentuk pada daerah ini.
3. Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan spesimen uji berupa Aluminum 5083
H112 dengan paduan utamanya berupa Magnesium. Spesimen Aluminum 5083 H112
dipotong dengan dimensi 150x150x8 mm per platnya dan dibentuk sudut kampuh las dengan
sudut 30° (Single V). Untuk memudahkan penanganan sampel, maka setiap sampel diberikan
penamaan sebagai berikut:
Gambar 2. Pengkodean spesimen uji
Sebelum dilakukan pengelasan, terlebih dahulu dilakukan persiapan seperti WPS-nya
yang meliputi posisi pengelasan yang menggunakan 1G dan juga tegangan, arus, dan
kecepatan las yang digunakan. Selain WPS persiapan yang dilakukan ialah kawat las ER
4043, pembersihan daerah kampuh las spesimen dengan alkohol sebelum dilakukan
pengelasan, penyetelan meja getar dengan tachometer, dan terakhir ialah memastikan kembali
setelan mesin las dan pemasangan gas argon sudah benar.
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
Gambar 3. Susunan peralatan las dalam penelitian ini Setelah semua persiapan untuk pengelasan telah selesai, getaran pada meja getar diatur
dengan Tachometer. Dimana pada penelitian ini akan dibandingkan sifat mekanis dan
kandungan porositas dari hasil lasan spesimen yang tidak digetarkan dengan yang digetarkan
dengan frekuensi 30 Hz. Dan apabila pengelasan telah selesai dilakukan dan daerah
sambungan telah dibersihkan maka dilakukan pengkarakteristikan hasil lasan apakah
kandungan porositas berkurang atau tidak dengan diberikan penggetaran sebesar 30 Hz.
Karakterisasi material diawali dengan pengamatan visual dengan bantuan welding gauge, lalu
dilanjutkan dengan karakterisasi material dengan pengujian tarik, kekerasan mikro, radiografi,
metalografi (pada artikel jurnal ini hanya dibahas mengenai struktur mikro) dan dengan
menggunakan software image analysis yakni “ImageJ”.
4. Hasil Penelitian
4.1. Pengamatan Visual dan Radiografi
Dalam mendapatkan hasil pengamatan secara visual dibantu dengan menggunakan
welding gauge. Tidak semua spesimen lolos kriteria, dikarenakan ada beberapa spesimen
yang ada cacat lasnya. Untuk spesimen yang tidak digetarkan seluruhnya masuk kategori
accepted yang mengacu kepada standar AWS D1.2 untuk pengujian visual. Dan untuk
spesimen yang digetarkan mengalami beberapa cacat las seperti Incomplete Penetration dan
Excessive stop/run.
Sama halnya dengan pengujian radiografi, hasil dari kedelapan spesimen reject semua
atau dengan kata lain tidak ada yang memenuhi kriteria. Dalam proses radiografi ada
beberapa parameter yang dilakukan oleh pihak PT. Gamma Hipsy seperti waktu papar atau
durasi ketika spesimen ditembakkan dengan sinar γ. IQI atau Image Quality Indicator yang
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
digunakan yakni tipe wire dimana IQI ini akan menjadi tolak ukur kualitas pancaran
radiografi. Untuk spesimen tebal 8 mm menggunakan IQI set B dengan mengacu kepada
standar ASME Section V[10].
4.2. Pengujian Tarik
Berikut ini adalah hasil dari pengujian tarik dengan membandingkan kekuatan tarik dan
elongasi dari spesimen yang digetar dan tanpa getar, dan dalam kecepatan las masing-masing,
yakni 300 dan 400 mm/menit :
Gambar 4. Tren kekuatan tarik (atas) dan elongasi (bawah) spesimen
4.3. Pengujian Kekerasan Mikro
Berikut ini adalah hasil dari pengujian kekerasan mikro spesimen yang digetarkan
dengan 30 Hz dan yang tidak digetar dan dalam kecepatan las masing-masing, yakni 300 dan
400 mm/menit. Untuk pengujian kekerasan mikro ini terlihat perbandingan distribusi
Pengaruh getaran pada..., Aji Wicaksono, FT UI, 2014
kekerasan mikro dengan menggunakan rata-rata dari 9 titik penjejakan pada setiap
spesimennya, dimana penjejakan meliputi daerah lasan, daerah logam induk, dan daerah