28
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah penelitian
eksperimental dan secara langsung pada objek dan aktual yang dituju. Disamping
itu juga dilakukan pengujian terhadap dasar teori yang ada dari sumber literatur
beberapa buku dan jurnal.
3.2 Waktu dan Tempat
Adapun waktu, tempat, dan pelaksanaan penelitian berlangsung
diantaranya dari pemotongan specimen, pembuatan kampuh groove V, persiapan
hingga proses pengelasan, mendapatkan hasil specimen, pengujian, dan pengujian
Radiographic dilakukan pada tanggal 7 Agustus 2017 sampai 12 Agustus 2017 di
PT. Cilegon Fabricators, Serang. Dan pengujian Macrostruktur, pengujian uji
Tarik dan pengujian uji bending dilakukan tanggal 23 Agustus 2017 di PT. Bina
Andalan Karya Inspeksi, Bekasi.
3.3 Diagram Alir
Pada saat melakukan penelitian, perlu adanya proses yang urut dan
berkesinambungan, sehingga dapat terlaksana sesuai dengan tujuan. Adapun
diagram alir dalam penelitian ditunjukkan gambar 3.1 berikut:
29
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Pemotongan Plat
Pembuatan Kampuh
Proses Pengelasan
Hasil Las
Pengujian NDT
Uji Radiographic
Pengamatan
Macrostructur
Pengujian DT
Uji Tarik
Uji Banding (Side
Bend)
Analisa Data
Kesimpulan
30
3.4 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini dibagi menjadi 3 tahapan yaitu : tahap persiapan,
pengujian dan pengamatan.
3.4.1 Tahap Persiapan Penelitian
3.4.1.1 Alat dan Bahan Proses Pengelasan
A. Alat
a) Peralatan Mesin Las SAW : 1 set
b) Peralatan Mesin Las GMAW : 1 set
c) Stopwatch : 1 set
d) Thermocouple Laser Radiation : 1 set
e) Alat penjepit : 1 buah
f) Sapu lidi : 1 buah
g) Penyungkil : 1 buah
h) Gerinda : 1 set
i) Brushing : 1 set
j) Tong Flux : 1 buah
k) Bahan Backing : 1 buah
l) Bahan Fitting 1 pasang : 2 buah
B. Bahan Material
1). Bahan Material Baja Karbon SM490A
Spesimen uji yang berupa plat strip dengan ukuran 25 mm x 180
mm x 400 mm uji komposisi kimianya dan didapat beberapa persentase
kandungan yang terdapat didalam baja tersebut dapat dilihat pada table
3.1. Dari hasil pengujian komposisi kimia tersebut, specimen yang
digunakan dapat dimasukkan ke dalam golongan baja karbon rendah.Baja
SM490A memiliki kekuatan 543 N/MM2 . Berikut komposisi kimia dari
baja karbon SM490A, Untuk lebih lengkap dapat dilihat di Lampiran 1.
31
Tabel 3.1. Komposisi Kimia Baja Karbon Rendah SM490A
Unsur Kandungan (%)
C 0,16
Si 0,17
Mn 0,92
P 0,011
S 0,003
Cr 0,01
Mo 0,01
Ni 0,02
Tabel 3.2. Nilai Kekuatan Uji Tarik Baja SM490A
Tensile Test of Material SM490A
Yield Point (N/mm2) 431
Tensile Strenght (N/mm2) 543
Elongation (%) 24
2. Material Baja Karbon SM520B
Spesimen uji yang berupa plat strip dengan ukuran 25 mm x 180
mm x 400 mm uji komposisi kimianya dan didapat beberapa persentase
kandungan yang terdapat didalam baja tersebut dapat dilihat pada table
3.2. Dari hasil pengujian komposisi kimia tersebut, spesimen yang
digunakan dapat dimasukkan ke dalam golongan baja karbon rendah. Baja
SM520A memiliki kekuatan 550 N/MM2 . Berikut komposisi kimia dari
baja karbon SM490A, Untuk lebih lengkap dapat dilihat di Lampiran 2.
32
Tabel 3.3. Komposisi Kimia Baja Karbon Rendah SM520A
Unsur Kandungan (%)
C 0,14
Si 0,26
Mn 1,32
P 0,009
S 0,002
Cr 0,01
Mo 0,01
Ni 0,02
Tabel 3.4. Nilai Kekuatan Uji Tarik Baja SM520A
Tensile Test of Material SM520B
Yield Point (N/mm2) 458
Tensile Strenght (N/mm2) 550
Elongation (%) 225
Pada penelitian ini Material Baja SM490A dan Baja SM520B
harus mengikuti standart JIS G3106 dan memenuhi standart dari JIS
G3106. Sebagaimana Material SM490A dengan ketebalan 25 mm harus
memiliki kekuatan Tarik sebesar minimal 490 MPa sampai 610 MPa
sedangkan material SM520B dengan ketebalan 25 mm harus memiliki
kekuatan tarik sebesar minimal 520 MPa sampai 640 MPa. Hal ini
bertujuan untuk memenuhi persyaratan sebelum di uji. Persyaratan
selengkapnya bisa dilihat di lampiran 3. Berikut :
33
Tabel 3.5 Kekuatan Tarik dari Standart JIS G3106
Designation
Yield point or proof strees (N/mm2) Tensile Strength
(N/mm2)
Thicknees of steel product (mm) Thickness of steel
product (mm)
16 or
under
Over
16 up
to and
incl.4
0
Over
40 up
to and
incl.75
Over 75
up to
and
incl.100
Over
100 up
to and
incl.16
0
Over
160 up
to and
incl.200
100 or
under
Over 100
up to and
incl.200
SM400A 245
min.
235
min.
215
min.
215
min.
205
min.
195
min.
400 to 510 400 to 510
SM400B
SM400C
SM490A 325
min.
315
min.
295
min.
295
min.
285
min.
275
min.
490 to 610 490 to 610
SM490B
SM490C - -
SM490YA 365
min.
355
min.
335
min.
325
min.
- - 490 to 610 -
SM490YA
SM520B 365
min.
355
min.
335
min.
325
min.
- - 520 to 640 -
SM520C
SM570 460
min.
450
min.
430
min.
420
min.
- - 570 to 720 -
C. Filler/ Elektroda
Pada penelitian saya memakai Filler untuk jenis las Gas Metal Arc
Welding (GMAW) memakai filler ER70S-6 dan filler dengan jenis las
Submarged Arc Welding (SAW) memakai filler EM12K (F7AO),
kedua filler ini sudah teruji dan mendapatkan sertifikasi resmi dari PT.
Cilegon Fabricators.
34
1. Filler ER70S-6
Filler ER70S-6 berdasarkan AWS A5.18 akan digunakan pada
jenis las Gas Metal Arc Welding (GMAW), untuk lebih lengkap dapat
dilihat Lampiran 4.
Tabel 3.6 Komposisi Filler ER70S-6
Diameter Ø 1.2 mm
Chemichal Compositios
of the welding wire
Element Actual Result
C 0,068
Mn 1,43
Si 0,90
S 0,010
P 0,015
Elektroda/ Filler ER70S-6 memiliki kandungan silikon terbesar
(1,15%) dan mangan yang terbesar (1,85 %) sebagai elemen doksidasi.
Pada umumnya untuk baja karbon rendah menggunakan gas pelindung
CO2 dan arus listrik yang tinggi. Berikut pengertian kode filler atau
elektroda dari GMAW ditandai ER70S-6 yang artinya sebagai berikut :
ER = Menunjukkan Elektroda
70 = Minimal kekuatan Tarik di 1000 psi (700 Mpa)
S = Menunjukkan kawat las yang padat (Solid wire)
6 = Menunjukkan akhiran untuk kelas tertentu, berdasarkan
analisis kimia dan sifat fisik
2. Filler F7A0-EM12K
Filler F7A0-EM12K berdasarkan AWS A5.17 akan digunakan
pada jenis las Submarged Arc Welding (SAW), untuk lebih lengkap dapat
dilihat Lampiran 5.
35
Tabel 3.7 Komposisi Filler F7A0-EM12K
Type F7A0-
EM12K
Diameter Ø 4 mm
Chemical Compositions
of the Wedding Wire (%)
Element Actual Result
C 0,062
Mn 1,331
Si 0,738
S 0,013
P 0,015
Berikut pengertian kode filler atau elektroda dari SAW ditandai
F7A0-EM12K yang artinya sebagai berikut :
F = Menunjukkan Fluks pengelasan busur terendam.
7 = Menunjukkan kekuatan tarik minimum.
A = Menunjukkan kondisi perlakuan panas dimana
pengujian “A” untuk di las
0 = Menunjukkan suhu terendah dimana kekuatan
impak (benturan) dari logam las diatas
memenuhi atau melebihi 20 ft-lb (27J).
E = Menunjukkan elektroda.
M12K = Klasifikasi elektroda yang digunakan dalam
memproduksi lasan logam yang disebutkan di
atas.
3.4.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian
3.4.2.1 PemotonganPlat Material SM490A dan SM520B
Sebelum material diproses menjadi bahan specimen, raw material
masih berbentuk lembaran – lembaran utuh dengan panjang 400 mm, lebar
36
366 mm, dan ketebalan 25 mm. Pertama-tama menerima gambar desain uji
specimen dari Desain Engineer lalu tahap marking di plat sesuai gambar
desain lalu setelah tahap marking mentransfer material tersebut ke mesin
portable (mesin pemotong) dengan cara diangkut memakai crane. Marking
disini bertujuan menandai raw material sesuai gambar desain yang
ditentukan sebelum ketahap Cutting Plan.
Proses Cutting merupakan proses setelah material di marking
berdasarkan gambar desain yang dirancang. Guna memudahkan proses
pemotongan plat sesuai pada saat proses marking memakai mesin flam api
memakai gas LPG + O2 dengan ± 15000 C. Pemotongan ini untuk
memotong plat SM490A sebanyak 2 plat dengan ukuran tebal 25 mm,
lebar 180 mm, dan panjang 400 mm. Begitu juga plat SM520B sebanyak
dua plat dengan ukuran tebal 25 mm, lebar 180 mm, dan panjang 400 mm.
Dengan total keseluruhannya dijadi satukan menjadi lebar 360 ditambah
Backing 6 mm menjadi 366, tebal 25 mm dan panjang tetap 400 mm.
berikut gambar dimensi sambungan plat SM490A dan SM520.
Gambar 3.2 Dimensi Spesiment
Berikut langkah – langkah proses cutting :
1. Setting mesin cutting pada posisi yang ditentukan.
2. Setting gas (LPG & O2) pada mesin.
37
3. Mengatur produk (material) yang akan di cutting.
4. Menyalakan dan mengatur gas pada mesin.
5. Menjalankan mesin cutting.
Gambar 3.3 Mesin Cutting Flam Api
3.4.2.2 Proses Pembuatan Kampuh V 250
Proses pembuatan test piece penelitian kali ini memakai tipe
penyambungan Butt Joint kampuh V dengan kemiringan 250. Proses
pembuatan kampuh V ini menggunakan mesin portable flam api memakai
gas LPG + O2 dengan suhu ± 15000 C. Pembuatan kampuh ini digunakan
di satu sisi plat SM490A dan satu disisi plat SM520B masing-masing
sebanyak dua plat. Berikut sketch kampuh V 250.
Gambar 3.4 Dimensi Spesiment Kampuh V
Proses pembuatan kampuh dengan mesin cutting flam api :
1. Setting mesin cutting pada posisi yang ditentukan.
2. Setting gas (LPG & O2) pada mesin.
38
3. Mengatur produk (material) yang akan di cutting.
4. Menyalakan dan mengatur gas pada mesin.
5. Menjalankan mesin cutting.
6. Setelah proses cutting, memposisikan untuk membuat
bevel V dengan mengatur posisi kemiringan 250 pada
mesin.
Sebelum proses pengelasan berlangsung, test piece atau speciment
digabungkan antara plat ber kampuh V SM490A dengan plat ber kampuh
SM520B yang sama sama diberikan alat bantu guna mempermudah dalam
proses pengelasan berlangsung.
Alat bantu tersebut antara lain; backing dan fitting.
Backing ialah alat untuk menopang atau landasan kedua test piece
guna pada proses pengelas di daerah root tidak tembus ke bawah.
Ketebalan dari backing sebesar 12 mm. Sedangkan Fitting ialah alat bantu
untuk pengunci material guna meminimalisasikan terjadinya distorsi dan
agar posisi test piece sejajar pada saat pengelasan berlangsung.
Gambar 3.5 Alat bantu fitting
3.4.2.3 Proses Pengelasan
Proses pengelasan penelitian kali ini, smemakai jenis pengelasan
las GMAW dan SAW dengan dua proses test piece yang berbeda sesuai
dengan WPS (Welding Procedure Specification) dan PQR (Procedure
Qualification Record) masing- masing. Pertama Test Piece 1 dengan
39
proses penggabungan las GMAW dan SAW, dan Test Piece 2 dengan
proses pengelasan full SAW.
3.4.2.3.1 Proses Kombinasi Pengelasan GMAW dan SAW
Proses Test Piece 1 saya menggunakan kombinasi las
GMAW dan SAW dengan persentasi GMAW 60% dan SAW 40%.
Yang dimana pengerjaanya sesuai dengan PQR no C9-AWS-PQR
–GA 0119 dengan kode AWS D1.1. Berikut alur proses kombinasi
dengan proses pengelasan ke 1 sampai ke 7 memakai GMAW dan
dilanjutkan pengelasan ke 8-14 memakai SAW.
Tabel 3.8 Alur proses pengelasan kombinasi GMAW-SAW
Runsheet Weld GMAW – SAW
Material
Spec SM490A to SM520B
Welding
Process GMAW + SAW Filler Material
ER70S-6 +
EM12K
Run
No
Process
Weld
Weld
Position
Consumable Ampere Voltage Travel Rate Interpass
Temp
(0C) Size
(mm) Class
Gas/Flux AC/DC POL AC/DC POL min mm
1 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 300 DCEP 32.1 DCEP 1.31 400 143
2 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 315 DCEP 32.4 DCEP 2.15 400 260
3 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 324 DCEP 32.4 DCEP 1.22 400 220
4 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 320 DCEP 32.4 DCEP 1.25 400 256
5 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 328 DCEP 32.4 DCEP 1.26 400 240
6 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 327 DCEP 32.3 DCEP 1.14 400 276
7 GMAW 1.G 1.2 5.18 Ar + Co 323 DCEP 32.4 DCEP 1.27 400 306
8 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 644 DCEP 32.8 DCEP 1.03 400 182
9 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 658 DCEP 32.8 DCEP 1.04 400 201
10 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 545 DCEP 33.2 DCEP 0.56 400 220
11 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 578 DCEP 33.5 DCEP 0.55 400 270
12 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 566 DCEP 36.5 DCEP 0.57 400 230
13 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 489 DCEP 36.2 DCEP 0.56 400 260
14 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 507 DCEP 36.1 DCEP 0.55 400 252
40
Pengelasan untuk test piece 1 proses membuat pass las dari
1-7 menggunakan pengelasan jenis GMAW dan pass 8-14
menggunakan pengelasan jenis SAW.
Berikut gambaran sketch welding GMAW – SAW :
Gambar 3.6 Sketch Welding GMAW-SAW
Berikut hasil test pieces 1 pengelasan GMAW-SAW
Gambar 3.7 Hasil Pengelasan GMAW-SAW
3.4.2.3.2 Proses Pengelasan SAW
Proses Test Piece 2 menggunakan full las SAW Yang
dimana pengerjaanya sesuai dengan PQR no C9-AWS-PQR – A
0120 dengan kode AWS D1.1 Berikut alur proses kombinasi
dengan proses pengelasan ke 1 sampai memakai 14 memakai
SAW.
41
Tabel 3.9 Alur proses pengelasan kombinasi SAW
Runsheet Weld SAW
Material
Spec SM490A to SM520B
Welding
Process SAW Filler Material EM12K
Run
No
Process
Weld
Weld
Position
Consumable Ampere Voltage Travel
Rate Interpass
Temp
(0C) Size
(mm) Class
Gas/Flux AC/DC POL AC/DC POL min mm
1 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 460 DCEP 32.7 DCEP 1.03 400 167
2 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 540 DCEP 32.6 DCEP 1.02 400 230
3 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 608 DCEP 33.2 DCEP 1.06 400 249
4 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 628 DCEP 33.2 DCEP 0.57 400 300
5 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 627 DCEP 33.1 DCEP 0.58 400 307
6 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 652 DCEP 33.2 DCEP 0.57 400 322
7 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 640 DCEP 33.1 DCEP 0.58 400 291
8 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 650 DCEP 33.2 DCEP 0.58 400 305
9 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 680 DCEP 33.4 DCEP 0.59 400 313
10 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 528 DCEP 31.8 DCEP 0.53 400 300
11 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 559 DCEP 32.0 DCEP 0.54 400 302
12 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 595 DCEP 32.0 DCEP 1.14 400 308
13 SAW 1.G 4 5.17 F7AO 655 DCEP 33.1 DCEP 1.20 400 310
Pengelasan untuk test piece 2 proses membuat pass las 1 sampai 13 full
memakai las SAW. Berikut gambaran sketch welding SAW :
Gambar 3.8 Sketch welding SAW
42
Gambar 3.9 hasil pengelasan SAW
3.4.3 Tahap Pengujian
3.4.3.1 Pengujian Tarik
Pengujian Tarik dan bending memakai 1 jenis mesin yang sama
dimana mesin ini mampu menguji kedua pengujian tersebut. Berikut
parameter mekanisme pada mesin uji Tarik.
Mesin : Shimadzu 100 Ton
Kode Referensi : AWS D1.1 : 2015
Metode Pengujian : ASTM A 370 – 2011
Type Uji :Spesimen melintang (Transverse Specimen)
Temperatur Ruangan : 240C
Kelembaban ruangan : 54%
43
Gambar 3.10 Mesin Uji Tarik Shimadzhu UH 100A
Berikut dimensi specimen uji Tarik yang dipergunakan untuk 4 uji test piece :
Panjang keseluruhan : 350 mm
Lebar : 35 mm
Tebal : 25 mm
Kelenkungan (radius) : 13 mm
Panjang grip :135 mm
Panjang Gauge : 55 mm
Luas Permukaan : 20 mm
Gambar 3.11 dimensi specimen uji tarik
44
3.4.3.2 Pengujian Bending
Spesimen uji bending yang dipergunakan untuk 8 uji test piece dengan
mesin yang sama Shimadzhu UH 100A. Berikut parameter mekanisme
pada mesin uji bending atau bengkok.
Mesin : Shimadzu 100 Ton
Kode Referensi : AWS D1.1 : 2015
Metode Pengujian : ASTM E 190 – 2008
Type Uji :Spesimen melintang (Transverse Specimen)
Temperatur Ruangan : 240C
Kelembaban ruangan : 54%
Diameter Former : 50.8 mm
Sudut Lengkung : 180o
Luas specimen uji : 10 mm
Shoulder Distance : 73.0 mm
Gambar 3.12 Mesin Uji Bending Shimadzhu UH 100A
Dimensi uji bending sebagai berikut :
Panjang : 300 mm
Lebar : 10 mm
Tebal : 25 mm
45
Gambar 3.13 Dimensi Specimen Uji Bending.
3.4.3.3 Pengujian Pengamatan Macro
Berikut Parameter uji Macro stuktur yang dipergunakan untuk 8 uji
test piece menggunakan mesin Olympus SZ.LW61J. Berikut lampiran
pengujian Mesin Macro struktur ialah :
Jenis Pengujian : Macro
Metode Uji : ASTM E 3 – 2011
Kode Referensi : AWS D1.1 : 2015
Mesin Penguji : Olympus
Nomer ID : E.02.04
Nomer Serial : SZ.LW61J
Gambar 3.14 Mesin Pengamatan Uji Macro Olympus SZ.LW61J
46
Dimensi spesimen pengamatan uji Macro sebagai berikut:
Panjang : 90 mm
Lebar Sisi kiri : 20 mm
Lebar Sisi kanan : 25 mm
Ketebalan : 25 mm
Ketebalan Gauge : 2 mm
Gambar 3.15 Dimensi Specimen Pengamatan Uji Macro
3.4.3.4 Pengujian Radiograpic
Berdasarkan jumlah dinding yang dilalui radiasi dan jumlah
dinding yang diperiksa pada film untuk diinterpretasi, teknik penyiaran
dibagi atas teknik SWSI (single wall single image), teknik DWSI (double
wall single image).
Teknik pengujian kali ini menggunakan SWSI (single wall single
image), penyinaran dengan melewatkan radiasi pada satu dinding las
benda uji dan pada film tergambar satu bagian dinding las untuk
diinterpretasi.
Berikut parameter uji radiographic:
Teknik Radiographic : SWSI (single wall single image)
Ketebalan material : 25 mm
47
Ketebalan pengelasan : 2,5 mm
Ketebalan keseluruhan : 27,5 mm
Jarak sumber ke material : 353,5 mm
Intensitas Cahaya : 3,5 Cd
Jarak sumber sisi objek ke film: 27,5 mm
Gambar 3.16 Film Viewer Uji Radiographic FV-2010