Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Pengaruh Post Weld Heat Treatment Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Pengelasan SMAW Pada Baja Karbon S275J2 Rapiansyah Putra1 Nurhasan2 Program Studi Teknik Mesin.
Fakultas Teknik.
Universitas Batam.
Jl Abulyatma no.
Batam Centre.
Batam, 29464 Abstrak Dalam proses pengelasan akan timbul tegangan sisa (Residual Stres.
pada daerah lasan, dimana tegangan sisa ini akan mempengaruhi hasil pengelasan yang diinginkan untuk mengurangi atau menghilangkan tegangan sisa tersebut maka dalam penelitian ini dilakukan proses perlakuan panas PWHT (Post Weld Heat Treatmen.
Untuk mengetahui sejauh mana pengaruh PWHT terhadap perubahan sifat mekanis hasil pengelasan baja S275J2 dengan menggunakan teknik pengelasan SMAW setelah pengelasan dilakukan, kemudian dilakukan proses PWHT dengan temperatur 600CC selama 1 jam.
Selanjutnya dilakukan pengujian struktur mikro, uji impak charpy .
dan kekerasan .
Hasil uji struktur mikro pengelasan tanpa PWHT dan dengan perlakuan PWHT adalah ferit dan perlit dan untuk ukuran butirnya sama yaitu finer akan tetapi struktur butir pada proses pengelasan dengan perlakuan PWHT hasilnya lebih seragam dan merata.
Tenaga patah antara pengelasan tanpa PWHT dengan PWHT mengalami kenaikan hasil tenaga patah di daerah base metal sebesar 98 %, kemudian di daerah HAZ sebesar 26.
13 % dan di daerah weld metal sebesar 52.
78 %, dari hasil pengujian kekerasan pengelasan tanpa PWHT dengan PWHT mengalami penurunan hasil kekerasan di daerah base metal sebesar 10.
74 %, kemudian di daerah HAZ sebesar 18.
54 % dan di daerah weld metal sebesar 20 %, sesuai dengan tujuan dari proses PWHT yaitu meningkatkan ketangguhan dan menurunkan kekerasan.
Kata kunci : PWHT, struktur mikro.
Charpy,Vickers Abstract In welding process.
Residual Stress will occur in the welded area where this stress can affect the desired result.
In order to decrease or remove this stress.
PWHT (Post Welding Heat Treatmen.
process is carried out in this research to know how well this process can influence the mechanical property of S275J2 Steel that has been welded by using SMAW process.
The temperature that is used in PWHT process is 600 oC for 1 hour heating.
Then Micro Structure test.
Charpy Impact test and Hardness test is carried out in order to know the Toughness and Hardness of the steel.
Micro Structure test result show that the phase of the steel without PWHT and with PWHT are Ferrite and Pearlite, respectively.
The size of the grain for both of the steel is Finer but the grain structure of the steel with PWHT process is more uniform and smoother than the steel without PWHT The Toughness for steel with PWHT process compared to steel without PWHT process is increased by 98% on base metal, 26.
13% on HAZ area and 52.
78% on weld metal.
The Hardness for steel with PWHT process compared to steel without PWHT process is decreased by 10.
74% on base metal, 18.
54% on HAZ area and 20% on weld metal.
According to these results, it has been proved that PWHT process can increase toughness and decrease hardness, and is appropriate with the purpose of PWHT process according to the Keywords: PWHT, microstructure.
Charpy.
Vickers.
Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Pendahuluan Peran mendukung berbagai sector industry terutama fabrikasi dirasakan semakin meningkat di masa-masa yang akan datang.
Hal ini disebabkan semakin meningkatnya konstruksi dengan persyaratan kualitas yang Prosedur pengelasan tampaknya sederhana, tetapi di dalamnya banyak masalah-masalah yang harus diatasi, dimana pemecahannya memerlukan berbagai macam keperluan.
Secara lebih terperinci dapat dikatakan bahwa dalam perancangan konstruksi pengelasan harus direncanakan pula tentang cara pengelasan, alur pengelasan, cara pemeriksaan bahan las dan jenis las yang akan digunakan berdasarkan fungsi dan bagian-bagian konstruksi yang akan dilas.
Semua itu harus dilakukan secara efektif dan butuh ketelitian.
Retak pada material sangat erat korelasinya dengan kekerasan material, makin keras material kemungkinan terjadinya retak juga makin besar, dan hal tersebut tidak diinginkan dalam proses pengelasan.
Oleh karena itu, perlu diketahui bagaimana cara agar kekerasan material dapat dikendalikan.
Sehingga, kemungkinan terjadinya retak dapat dihindari.
PWHT.
ost merupakan proses perlakuan panas yang banyak dilakukan dalam pengelasan bidang Proses ini membutuhkan peralatan dan biaya operasional yang tidak sedikit.
Namun apakah perubahan sifat material dalam arti peningkatan kualitas pengelasan yang terjadi sebanding dengan biaya yang dikeluarkan untuk PWHT tersebut.
Selain itu juga sifat apa saja pada material yang berubah setelah dilakukan PWHT, apakah struktur mikro material juga mengalami perubahan.
Mengingat bahwa sifat-sifat mekanis material juga umumnya terkait erat dengan struktur Untuk mendapatkan jawabannya maka perlu dilakukan penelitian terkait PWHT Oleh karena itu penelitian mengenai PWHT ini merupakan hal yang sangat penting untuk Dikarenakan latar belakang di atas maka penulis mengambil judul: AuPengaruh Post weld heat treatment terhadap sifat mekanis dan struktur mikro pengelasan SMAW pada baja karbon S275J2.
Metode Penelitian Analisa yang akan dilakukan dari penelitian ini antara lain :
Pengaruh Proses PWHT setelah pengelasan terhadap struktur mikro didaerah las.
Pengaruh Proses PWHT setelah pengelasan terhadap ketangguhan impact test didaerah Pengaruh Proses PWHT setelah pengelasan terhadap kekerasan didaerah las.
Prosedur Pelaksanaan penelitian LangkahAelangkah yang dilakukan adalah :
Proses Pelaksanaan Pemotongan dan Penyetelan Proses Pelaksanaan Pengelasan Proses Pelaksanaan PWHT .
ost weld heat Proses Pembuatan Spesimen Uji Struktur Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan adalah Tentukan lokasi pemotongan untuk mempersiapkan spesimen mikro.
Potong benda uji sesuai jumlah dan ukuran spesimen kasar yang dibutuhkan Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Ratakan spesimen dengan mesin milling untuk mendapatkan spesimen mikro yang rata dan parallel kemudian ampelas halus dilakukan dengan ampelas berpartikel SiC yang memiliki ukuran antara 100 Ae 1200 Poles menggunakan partikel alumina atau intan dengan besar partikel sekitar 5 mikrometer.
Proses ini digunakan untuk menghilangkan goresan yang masih tersisa dari proses Poles halus, untuk menghilangkan goresan yang amat halus dengan menggunakan partikel alumina atau intan dengan besar partikel kurang dari 1 mikrometer.
Etsa, dilakukan pada sampel yang telah dikeringkan setelah poles halus dengan menggunakan zat kimia yaitu nital.
yang sesuai dengan standar pengujian yang di pergunakan.
Material uji di-Etching .
pada bagian pengelasan agar dapat menentukan lokasi dari notch dengan menggunakan larutan Potong spesimen sehingga memiliki panjang yang sesuai dengan standar menggunakan Bandsaw.
Buat notch pada spesimen sepanjang garis menggunakan mesin notch charpy.
Gambar 3.
Spesimen Uji Impak Spesimen Uji Struktur mikro Proses Pembuatan Spesimen Uji Impak Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan adalah Tentukan lokasi pemotongan untuk mempersiapkan spesimen-spesimen uji impactcharpy hasil pengelasan.
Potong benda uji sesuai jumlah dan ukuran spesimen kasar yang di butuhkan.
Beri tanda pengenal pada setiap potongan spesimen untuk memberi ketertelusuran dari setiap spesimen yang sedang dikerjakan dan menunjukan orientasi notch pada spesimen.
Ratakan setiap sisi dari spesimen dengan spesimen impact test yang rata dan parallel dan memiliki ukuran A 1 mm lebih besar dari ukuran yang dipersyaratkan oleh standar pengujian yang dipergunakan.
Grinda spesimen yang telah dimilling dengan menggunakan mesin grinding sampai mendapatkan ukuran dan toleransi Proses Pembuatan Spesimen Uji Kekerasan Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan adalah Potong benda uji sesuai jumlah dan ukuran spesimen kasar yang dibutuhkan.
Beri tanda pengenal pada setiap potongan spesimen untuk memberi ketertelusuran dari setiap spesimen yang sedang Ratakan spesimen dengan mesin milling untuk mendapatkan specimen uji kekerasan yang rata dan parallel Grinda spesimen yang telah dimilling dengan menggunakan mesin grinding sampai mendapatkan permukaan yang parallel dan rata Gosok menggunakan ukuran dari 200 mesh, 400 mesh, 600 mesh untuk mendapatkan permukaan seperti cermin.
Benda yang telah di gosok kemudian dimasukkan ke dalam cairan etsa dan kemudian dibilas dengan alkohol dan air sehingga kita dapat melihat daerah logam hasil dari pengelasan tersebut.
Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Gambar 4.
Spesimen Uji Kekerasan Proses Pengujian struktur mikro Prosedur dan pembacaan hasil pada pengujian struktur mikro adalah sebagai Menyiapkan peralatan uji struktur mikro.
Meletakkan spesimen di bawah lensa Mengatur pembesaran yang sesuai atau yang diinginkan Menyalakan lampu dan mengatur fokusnya Mengambil gambar di daerah base metal.
HAZ dan weld metal Menganalisa gambar struktur mikro.
Siapkan cairan campuran (Methanol dan CO.
untuk mendapatkan temperatur pengujian yang diinginkan.
Letakkan spesimen, centering tong, dan thermometer ke dalam kotak pendingin.
Tuangkan methanol ke dalam kotak pendingin sampai ketinggian methanol sekurang-kurangnya 10 mm di atas Tambahkan karbon dioksida padat ke dalam methanol yang berada dalam kotak untuk mendapatkan temperatur yang sesuai dengan pengujian charpy impact test.
Rendam spesimen dalam temperatur yang diinginkan .
aga dalam toleransi A 1oC) selama sekurangnya 10 menit .
i ASTM E23 waktu perendaman hanya 5 menit, namun pada rekomendasi mesin uji minimum perendaman adalah 10 menit rekomendasi dari mesin uj.
Masukkan benda uji, letakkan pada anvil dengan posisi takikan membelakangi arah ayunan palu Charpy.
Lalu tutup kaca pelapis mesin, hingga lampu hijau menyala.
Tekan tombol pada handle sehingga palu Charpy berayun membentur benda uji.
Memperhatikan di komputer nilai patah yang didapatkan.
Gambar 5.
Spesimen Uji Struktur mikro setelah di etsa Pengujian Impact Metode Charpy Uji Impact charpy merupakan pengujian ketangguhan dinamis dimana spesimen bertakik dipukul sehingga menjadi patah dengan sebuah pukulan dengan mesin pengujian yang di desain khusus.
Pengukuran hasil pengujian dapat berupa energy yang diserap oleh spesimen yang diberikan tumbukan secara tiba-tiba.
Langkah-langkah yang harus diikuti dalam uji impact test berdasarkan mesin yang digunakan adalah sebagai berikut:
Siapkan spesimen impact test dan cek semua dimensi spesimen uji.
Siapkan peralatan yang dibutuhkan dalam pengujian .
esin uji impact test, centering tong, tempat perendaman dan pengukur Gambar 6.
Proses perendaman sebelum Pengujian Kekerasan Metode Vickers Sebelum Prosedur pembacaan hasil pada pengujian kekerasan spesimen terlebih dahulu digosok dengan autosol, kemudian di etsa, setelah itu lakukan langkah pengujian sebagai berikut :
Memasang indentor piramida intan, kencangkan secukupnya agar penekan intan tidak jatuh.
Memberi garis warna pada daerah base metal.
HAZ dan weld metal yang akan diuji.
Meletakkan benda uji di atas landasan.
Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Menentukan beban utama sebesar 10 kgf.
Menentukan titik yang akan diuji.
Menekan tombol indentor.
Melihat nilai kekerasan pada layar monitor.
Struktur Mikro 100x daerah Weld Metal Tanpa PWHT Gambar 7.
Spesimen Uji kekerasan setelah di Hasil dan pembahasan Hasil pengujian struktur mikro
Struktur Mikro 500x daerah Weld Metal
Tanpa PWHT
Struktur Mikro 100x daerah BasMetal Tanpa PWHT
Sruktur Mikro 100x daerah Base Metal
PWHT
Struktur Mikro 500x daerah Base Metal
Tanpa PWHT
Struktur Mikro 500x daerah Base
Metal PWH
Struktur Mikro 100x daerah HAZ Tanpa PWHT
Struktur Mikro 100x daerah HAZ
PWHT
Struktur Mikro 500x daerah HAZ Tanpa PWHT
Zona Mesin ISSN 2087 - 698X
Volume 10 Nomor 2 2020
Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam
Struktur Mikro 500x daerah HAZ
PWHT
Struktur Mikro 100x daerah Weld Metal
PWHT
Struktur Mikro 500x daerah Weld metal
PWHT
Dari ke-12 gambar di atas dapat dilihat bahwa fasa yang terbentuk setelah material mengalami proses pengelasan adalah fasa ferit () dan perlit ( Fe3C).
Fasa ferit lebih terang dibandingkan dengan fasa perlit yang lebih gelap dikarenakan fasa ferit lebih lunak dibandingkan dengan fasa perlit.
Dan ukuran butir yang didapat pada pengelasan tanpa PWHT didapatkan finer, dan untuk ukuran butir pada pengelasan dengan proses PWHT sama dengan struktur mikro tanpa PWHT yaitu finer, dikarenakan ukuran butir lebih kecil atau halus dibandingkan skala 8 yang telah dikomparasi menggunakan plate IV Austenite grains in steel (MC Quaid-Eh.
includes grain size number 1-8 at 100x, akan tetapi struktur butir pada pengelasan dengan proses PWHT hasilnya lebih seragam dan Gambar 11.
menunjukkan bentuk butiran struktur mikro pada daerah HAZ tanpa PWHT.
Terlihat berbeda karena adanya pengaruh panas dari proses pengelasan.
Panas yang terjadi di daerah HAZ akan merubah butiran struktur tetapi tidak sampai mencair.
Gambar 13.
menunjukkan struktur mikro pada daerah weld metal tanpa perlakuan PWHT.
Daerah ini mengalami pencairan, maka mikrostrukturnya akan berubah total.
Mikrostruktur pada weld metal akan berbeda dengan HAZ dan base metalnya, tetapi mempunyai kekuatan yang lebih tinggi atau sama dengan base metalnya.
Dengan mempunyai kekuatan yang tinggi, dapat diindikasikan bahwa pada weld metal pasti akan mempunyai nilai kekerasan yang tinggi Berbeda dengan objek yang diikuti PWHT pada Gambar 15, 17 dan 19 menunjukkan bentuk butiran dan struktur mikro pada bagian base metal daerah HAZ dan weld metal dengan perlakuan PWHT, yang terlihat memiliki butiran yang lebih seragam dan merata menuju weld metal.
Hal tersebut adalah efek dari dilakukannya proses PWHT, yaitu akan memperbaiki butiran struktur terutama pada daerah HAZ.
Dengan butiran struktur yang ketangguhannya akan meningkat, diiringi dengan nilai kekerasan yang tidak terlalu Hasil Uji Impact Metode Charpy Penelitian untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan pengaruh impact metode charpy antara bahan yang mengalami pemasukan panas pada proses pengelasan tanpa PWHT dan PWHT di daerah base metal, daerah HAZ dan daerah weld metal.
Hasil pengujian ketangguhan impact metode charpy adalah tenaga yang diserap (E) dalam satuan joule.
Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam Berdasarkan tabel 1 di atas maka selanjutnya dimasukkan dalam diagram seperti di bawah ini :
Gambar 21.
Diagram Hasil Perbandingan Impact Metode Charpy Gambar 21 menunjukkan perbandingan nilai tenaga patah antara pengelasan tanpa PWHT dan pengelasan dengan PWHT, dari hasil pengujian patah takik dapat dilihat bahwa di daerah pengelasan mengalami peningkatan hasil pengujian tanpa PWHT dan dengan PWHT sebesar 8.
98 % di daerah base metal, kemudian di daerah HAZ sebesar 26.
13 % dan didaerah weld metal mengalami kenaikan yang paling besar yaitu sebesar 52.
Hasil Uji Kekerasan Metode Vickers Gambar di atas menunjukkan bahwa titik pengujian kekerasan terdiri dari base metal.
HAZ dan weld metal.
Dimana dalam pengujian ini penentuan titik kekerasan dilakukan ditengah-tengah spesimen.
Pengujian kekerasan menghasilkan data dan nilai kekerasan dari spesimen daerah base metal, daerah HAZ dan daerah weld metal tanpa PWHT dan PWHT.
Gambar 23 menunjukkan perbandingan nilai kekerasan antara pengelasan tanpa PWHT dan pengelasan dengan PWHT, dari hasil pengujian kekerasan dapat dilihat bahwa di daerah pengelasan mengalami penurunan kekerasan hasil pengujian tanpa PWHT dan dengan PWHT sebesar 10.
74 % di daerah base metal, kemudian di daerah HAZ sebesar 18.
% dan didaerah weld metal mengalami penurunan yang paling besar yaitu sebesar Pembahasan Dari analisis pengujian struktur mikro dilakukan pada semua objek pada penelitian ini bertujuan untuk melihat perbedaan ukuran struktur mikro hasil pengelasan tanpa PWHT dan pengelasan dengan proses PWHT.
Perbedaan struktur mikro akan menyebabkan sifat fisik material berbeda pula, data hasil penelitian maka didapatkan beberapa fakta.
Pada pengujian struktur mikro dapat dilihat bahwa fasa yang terbentuk setelah material mengalami proses pengelasan adalah fasa ferit () dan perlit ( Fe3C).
Fasa ferit lebih terang dibandingkan dengan fasa perlit yang lebih gelap dikarenakan fasa ferit lebih lunak dibandingkan dengan fasa perlit.
Dan ukuran butir yang didapat pada pengelasan Zona Mesin ISSN 2087 - 698X Volume 10 Nomor 2 2020 Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Batam tanpa PWHT didapatkan finer, dan untuk ukuran butir pada pengelasan dengan proses PWHT hasilnya sama dengan struktur mikro tanpa PWHT yaitu finer, dikarenakan ukuran butir lebih kecil atau halus dibandingkan skala 8 yang telah dikomparasi menggunakan plate IV Austenite grains in steel (MC Quaid-Eh.
includes grain size number 1-8 at 100x, akan tetapi struktur butir pada pengelasan dengan proses PWHT hasilnya lebih seragam dan merata.
Pada pengujian tenaga patah spesimen diketahui bahwa dari nilai rata-rata tenaga patah yang di hasilkan pengelasan tanpa PWHT dan dengan perlakuan PWHT mengalami kenaikan hasil tenaga patah di perlakuan PWHT, kenaikan di daerah base metal sebesar 8.
98 %, kemudian didaerah HAZ mengalami kenaikan sebesar 26.
%, dan kenaikan tenaga patah yang tertinggi berada di daerah weld metal 78 %.
Pada pengujian kekerasan spesimen diketahui bahwa kekerasan rata-ratanya 208 VHN dan benda uji dengan las tanpa PWHT terlihat bahwa daerah weld metal memiliki kekerasan yang lebih tinggi dari pada daerah HAZ, dan base metalnya.
Hal ini terjadi karena daerah weld metal mengalami siklus termal yang paling besar pada saat pengelasan.
Pada tabel-tabel data hasil pengujian kekerasan untuk material dilas dengan PWHT, terlihat bahwa kekerasan didaerah weld metal.
HAZ, dan base metal menjadi lebih rendah dibandingkan dengan di las tanpa perlakuan PWHT.
Hal ini disebabkan struktur butiran yang di hasilkan lebih merata dan mengurangi tegangan sisa yang terjadi selama proses Struktur ferit dan perlit yang lebih merata hal ini sesuai dengan hasil pengamatan struktur mikro.
Pada Gambar 4.
25 perbandingan hasil pengujian kekerasan benda uji terlihat bahwa secara keseluruhan pada benda uji dilas dengan perlakuan PWHT kekerasan pada weld metal, daerah HAZ, dengan base metal dan base metal lebih rendah dari kekerasan benda uji dengan dilas tanpa PWHT.
Hal ini sesuai dengan tujuan dari proses PWHT yaitu menurunkan kekerasan dan meningkatkan ketangguhan.
Kesimpulan Fasa yang terbentuk setelah material mengalami proses pengelasan tanpa perlakuan PWHT pengujian struktur mikro adalah fasa ferit () dan perlit ( Fe3C).
Fasa ferit lebih terang dibandingkan dengan fasa perlit yang lebih gelap dikarenakan fasa ferit lebih lunak dibandingkan dengan fasa perlit.
Dan ukuran butir pada pengelasan tanpa PWHT adalah finer, dan untuk ukuran butir pada pengelasan dengan proses PWHT hasilnya sama dengan struktur mikro tanpa PWHT yaitu finer, dikarenakan ukuran butir lebih kecil atau halus dibandingkan skala 8 yang telah dikomparasi menggunakan plate IV Austenite grains in steel (MC Quaid-Eh.
includes grain size number 1-8 at 100x.
Hasil untuk pengujian impact metode charpy mengalami kenaikan di pengelasan dengan perlakuan PWHT di semua daerah las, kenaikan didaerah base metal sebesar 98 %, kemudian didaerah HAZ mengalami kenaikan sebesar 26.
13 %, dan kenaikan tenaga patah yang tertinggi berada di daerah weld metal sebesar 52.
Hasil untuk pengujian kekerasanmetode vickersterbaik didapatkan pada proses pengelasan dengan perlakuan PWHT dengan nilai rata-rata 208 VHN, dimana setelah nilai kekerasan dibandingkan nilai rata-rata pengelasan dengan perlakuan PWHT lebih kecil dibandingkan nilai pengelasan tanpa perlakuan PWHT.
Daftar Pustaka