Beberapa Aspek Penting Dalam Ilmu Bahan

1. Paduan

Paduan adalah proses pencampuran dua logam atau lebih, untuk memperoleh sifat-sifat yang lebih baik dari bahan hasil paduan. Dengan memadukan dua bahan atau lebih maka dimungkinkan didapat logam paduan yang kuat. Tembaga dan timah adalah logam lemah, sedangkan perunggu; paduan dari tembaga dan timah adalah bahan yang kuat. Begitu juga paduan aluminium dengan tembaga akan menghasilkan paduan duralumin yang relatif lebih kuat. Besi murni adalah bahan yang empuk, sedangkan zat arang adalah rapuh, sedangkan paduan antara besi murni dengan zat arang (karbon) disebut baja. Baja adalah bahan logam yang sangat keras dan liat.

2. Pengolahan Panas

Pengolahan panas juga merupakan aspek penting dari ilmu bahan. Dengan pengolahan panas, akan didapatkan sifat-sifat yang lebih baik dari bahan. Contohnya dengan memanaskan baja dengan cepat sekitar 800oC dan kemudian mendingin- kannya dalam minyak atau air, baja akan menjadi lebih. Istilah lain dari pengolahan panas ini disebut juga dengan “menyepuh panas”. Pengolahan panas lain adalah antara lain memurnikan, menkarbonkan, menitrasikan dan memijarkan.

3. Penguatan

Penguatan atau pengokohan adalah cara ketiga untuk memperoleh sifat-sifat yang lebih baik. Pengokohan terjadi pada tiap perubahan bentuk dalam keadaan dingin. Contoh-contoh bentuk perubahan bentuk dalam keadaan dingin adalah menempa dingin, mencanai dingin dan menarik dingin.

4.Ditempa dan Dicanai

Proses pembuatan dari bahan baku hingga menjadi jadi produk yang dapat dijual di pasaran dapat berlangsung dengan menggunakan palu-tempa atau dengan menggunakan canai. Produk yang dihasilkan disebut dengan logam tempa dan logam canai. Logam yang ditempa dan logam yang dicanai disebut juga logam remas. Logam yang ditempa masuk ke pasaran dalam bentuk benda tempa dan logam yang dicanai antara lain dalam bentuk pelat, batang, profil dan pipa.

5. Dituang

Proses penuangan adalah proses memasukan logam cair ke dalam cetakan tertentu. Berbagai produk akhir yang bentuk akhirnya sedemikian rumit, maka proses pembuatannya lebih baik dengan proses penuangan. Proses penuangan banyak kita jumpai pada pembuatan bak verseneling engine mobil, piston, dan berbagai produk akhir yang bentuknya sangat rumit.

PENGETAHUAN BAHAN

A. PENDAHULUAN ILMU BAHAN

Bahan merupakan semua unsur yang ada disekeliling kita. Semua benda disekitar kita terbuat dari bahan-bahan dari berbagai jenis. Artinya hampir setiap hari kita akan berhubungan dengan bahan. Mulai dari bangun pagi kita dibangunkan oleh jam beker yang juga terbuat dari bahan, mandi dengan air yang mengalir di pipa tembaga atau baja ,juga terbuat dari bahan tembaga, menggosok gigi dengan sikat gigi juga terbuat dari bahan plastik, memakai baju juga terbuat dari bahan kapas, bahan sepatu dari kulit, pergi ke sekolah naik mobil atau motor juga terbuat dari bahan pelat baja dan sebagainya.

Sekalipun bahan ini tidak asing untuk kita, akan tetapi bagi mereka yang akan menjadi orang teknik harus lebih mengetahui tentang bahan-bahan tersebut. Untuk membangun kostruksi sebuah bangunan seperti; konstruksi jembatan, konstruksi gedung, badan pesawat dan sebagainya. Kita harus mempergunakan bahan yang sesuai untuk kegunaan tertentu. Ini diperlukan agar kita mengetahui tentang pembuatan, sifat dan penggunaan dari bahan teknik tersebut. Juga penting untuk mengetahui, bagaimana sifat-sifat bahan itu dapat diperbaiki. Awalnya bahan (logam dan non logam) ditemukan di alam dalam keadaan murni atau bercampur. Untuk bahan logam umumnya yang ditemukan dalam keadaan murni yaitu emas, perak, bismut, pelatina dan ada pula unsur yang bercampur dengan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, fosfor, silikon serta kotoran seperti tanah liat, pasir dan bebatuan. Demikian juga dengan bahan non-logam yang ditemukan dalam keadan murni seperti kayu, kertas, plastik, karet, kulit, kapas dan sebagainya. Bahan non logam dalam bentuk campuran ditemukan seperti bebatuan, pasir, dan sebagainya.

Dewasa ini terdapat berbagai jenis bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku industri. Jenis-jenis bahan yang sangat beragam itu kadang-kadang menyulitkan pemakai dalam menentukan pilihan yang tepat. Bahan yang satu mempunyai keunggulan ditinjau dari segi keuletan, tahan terhadap korosi, mulur (creep), suhu kerja yang tinggi akan tetapi harganya cukup mahal dibandingkan dengan bahan yang lain.

proses welding ( pengelasan )

Berdasarkan defenisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) dalam Harsono & Thoshie (2000:1), mendefinisikan bahwa “las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam paduan yang dilakukan dalam keadaan lumer atau cair”. Dari definisi tersebut dapat dijelaskan lebih lanjut bahwa las adalah suatu cara untuk menyambung logam dengan cara mencairkan logam melalui pemanasan lokal pada benda yang akan disambung.

Sebelum melaksanakan pekerjaan pengelasan perlunya dibuat prosedur pengelasan secara terperinci termasuk menentukan alat yang diperlukan sesuai dengan rencana pembuatan dan kualitas produksi. Mutu dari hasil pengelasan tergantung dari pengerjaan lasnya sendiri dan juga tergantung dari persiapan sebelum pelaksanaan pengelasan.

Adapun persiapan yang dilakukan sebelum proses pengelasan adalah pemilihan jenis las yang akan digunakan, persiapan sisi yang akan di las dan jenis posisi pengelasan.

a.      Jenis-Jenis Pengelasan

Harsono & Thoshie (2000:212) “Dalam konstruksi baja umumnya las yang digunakan biasanya adala las busur listrik dengan elektroda terbungkus, las busur listrik dengan pelindung gas CO² dan las busur listrik terendam”. Dari masing-masing jenis pengelasan mempunyai keunggulan dan kelemahan, untuk itu perlunya suatu pertimbangan dalam menentukan proses pengelasan yang akan digunakan.

1)         SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

SMAW (Shielded Metal Arc Welding) atau Las elektroda terbungkus adalah proses pengelasan dengan mencairkan material dasar yang menggunakan panas dari listrik melalui ujung elektroda dengan pelindung berupa flux atau slag yang ikut mencair ketika pengelasan.

Gambar 9. Proses SMAW

Pada proses las elektroda terbungkus, busur api listrik yang terjadi antara ujung elektroda dan benda kerja (base metal) akan menghasilkan panas. Panas inilah yang mencairkan ujung elektroda (kawat las) dan benda kerja secara setempat. Busur listrik yang terjadi dibangkitkan oleh mesin las. Elektroda yang dipakai berupa kawat yang dibungkus oleh pelindung berupa fluks. Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las akan terisi oleh logam cair yang berasal dari elektroda dan logam induk, terbentuklah kawah cair, lalu membeku maka terjadilah logam lasan (weldment) dan terak (slag).

Bagian yang sangat penting dalam las elektroda terbungkus adalah elektroda. Jenis elektroda yang digunakan akan sangat menetukan hasil pengelasan.

Kelebihan dari jenis pengelasan SMAW adalah:

1.     Dapat dipakai dimana saja, diluar, dibengkel dan didalam air

2.     Dapat mengelas berbagai macam tipe dari material

3.    Set-up yang cepat dan sangat mudah untuk diatur

4.    Dapat dipakai mengelas semua posisi

5.    Elektroda mudah didapat dalam banyak ukuran dan diameter

6.    Perlatan yang digunakan sederhana, murah dan mudah dibawa kemana-mana.

7.    Kebisingan rendah (rectifier)

8.    Tidak terlalu sensitif terhadap korosi,oli dan gemuk

Kekurangan dari jenis pengelasan SMAW adalah:

1.    Pengelasan terbatas hanya sampai sepanjang elektoda dan harus melakukan penyambungan.

2.    Setiap akan melakukan pengelasan berikutnya slag harus dibersihkan.

3.    Tidak dapat digunakan untuk pengelasan bahan baja non- ferrous.

4.    Mudah terjadi oksidasi akibat pelindung logam cair hanya busur las dari fluks.

5.    Diameter elektroda tergantung dari tebal pelat dan posisi pengelasan.

2)         MIG ( Metal Inert Gas )

Las MIG ( Metal Inert Gas ) yaitu merupakan proses penyambungan dua material logam atau lebih menjadi satu melalui proses pencairan setempat, dengan menggunakan elektroda gulungan (filler metal) yang sama dengan logam dasarnya (base metal) dan menggunakan gas pelindung ( inert gas ).

Las MIG (Metal Inert Gas) merupakan las busur gas yang menggunakan kawat las sekaligus sebagai elektroda. Elektroda tersebut berupa gulungan kawat ( rol ) yang gerakannya diatur oleh motor listrik. Las ini menggunakan gas argon dan helium sebagai pelindung busur dan logam yang mencair dari pengaruh atmosfir.

Proses pengelasan MIG ( metal inert gas ), panas dari proses pengelasan ini dihasilkan oleh busur las yang terbentuk diantara elektroda kawat (wire electrode) dengan benda kerja. Selama proses las MIG elektroda akan meleleh kemudian menjadi deposit logam las dan membentuk butiran las (weld beads). Gas pelindung digunakan untuk mencegah oksidasi dan melindungi hasil las selama masa pembekuan (solidification).

Proses pengelasan MIG beroperasi menggunakan arus searah (DC), biasanya menggunakan elektroda kawat positif. Ini dikenal sebagai polaritas “terbalik” (reverse polarity). Polaritas searah sangat jarang digunakan karena transfer logam yang kurang baik dari elektroda kawat ke benda kerja. Hal ini karena polaritas searah, panas terletak pada elektroda. Proses pengelasan MIG menggunakan arus sekitar 50 A hingga mencapai 600 A, biasanya digunakan untuk tegangan las 15 volt hingga 32 volt. Adapun proses las MIG dapat dilihat pada gambar 10.

 

Gambar 10. Proses pengelasan las MIG

Penggunaan Las MIG ( Metal Inert Gas ) dalam berbagai pengelasan memiliki beberapa kelebihan antara lain dapat disebutkan berikut ini :

a.    Sangat efisien dan proses pengerjaan yang cepat

b.    Dapat digunakan untuk semua posisi pengelasan (welding positif)

c.    Tidak menghasilkan slag atau terak,layaknya terjadi pada las SMAW

d.   Memiliki angka deposisi (deposition rates) yang lebih tinggi dibandingkan SMAW

e.    Membutuhkan kemampuan operator yang baik

f.     Proses pengelasan MIG ( metal inert gas ) sangat cocok untuk pekerjaan konstruksi

g.    Membutuhkan sedikit pembersihan post-weld

Pada proses pengelasan MIG ( Metal Inert Gas ) memiliki beberapa kelemahan , antara lain :

a.    Wire-feeder yang memerlukan pengontrolan yang kontinu

b.    Sewaktu waktu dapat terjadi Burnback

c.    Cacat las porositi sering terjadi akibat pengunaan kualitas gas pelindung yang tidak baik.

d.   Busur yang tidak stabil, akibat ketrampilan operator yang kurang baik.

e.    Pada awalnya set-up pengelasan merupakan permulaan yang sulit

3)         FCAW (Flux Cored Arc Welding)

FCAW adalah Las busur listrik fluk inti tengah / pelindung inti tengah. FCAW merupakan kombinasi antara proses SMAW, GMAW dan SAW. Sumber energi pengelasan : menggunakan arus listrik AC atau DC dari pembangkit listrik atau melalui trafo dan atau rectifier. Dalam hal ini dapat menggunakan DCRP atau DCSP.

FCAW adalah salah satu jenis las listrik yang memasok filler elektroda secara mekanis terus ke dalam busur listrik yang terbentuk di antara ujung filler elektroda dan metal induk.

Elektroda pada FCAW terbuat dari metal tipis yang digulung cylindrical , diisi dengan flux sesuai kegunaannya.
Pelindung proses pengelasan ini dari kemungkinan kontaminasi dari luar, terlaksana dengan :

a.    Gas yang dihasilkan pada proses pengelasan

b.    Terak yang dihasilkan cukup banyak karena berada pada inti elektroda.

c.    Tambahan gas pelindung dari luar jika diinginkan

Proses FCAW pada dasarnya sama dengan GMAW dan yang menjadi pembeda utamanya adalah elektrodanya yang berbentuk tubular yang berisi fluks. Berdasarkan metode pelindung, FCAW dibedakan :

a.    Self shielding FCAW (Pelindungan sendiri) , yaitu melindungi las yang mencair dengan gas dari hasil penguapan dan reaksi inti fluks.

b.    Gas shielding FCAW (perlindungan gas) adalah  dual gas, yaitu melindungi las yang mencair selain dengan gas sendiri juga ditambah gas pelindung dari luar sistem.

Kedua jenis pelindung di atas sama-sama menghasilkan terak las yang memadai untuk melindungi metal las yang akan beku. Perbedaannya terletak pada tambahan sistem pemasok gas dan welding torch (welding gun). Berdasarkan cara pengoperasiannya, FCAW dibedakan menjadi :

1.        Semi otomatik (semi automatic)

2.        Otomatik (machine otomatik)

Sifat-sifat utama (Principal features) FCAW dalam proses pengelasan :

1.        Produktivitas yang kontinu dari pasokan elektroda las

2.        Sifat metalurgy las yang dapat dikontrol dari pemilihan fluks

3.        Pembentukan manik las yang cair dapat ditopang oleh slag yang tebal dan kuat

Pelindung gas umumnya menggunakan gas CO2 atau campuran CO2 dengan Argon. Namun dengan keberadaan oksigen kadang akan menimbulkan problem baru yaitu dengan porosity yang dihasilkan reaksi CO2 dan oxygen yang ada di udara sekitar lasan, sehingga perlu memilih fluks yang mengandung zat yang bersifat pengikat oxygen atau deoxydizer.

Alasan self shielding populer digunakan di luar ruangan (FIELD WORK), yaitu :

1.        Menggunakan keluaran elektroda (Electrode extension) yang panjang, antara ½ “ s/d 3 ¾ “ (12 s/d 95 mm)

2.        Dengan electrode extension yang tinggi akan menghindari hambatan pengaruh pemanasan elektroda (seperti preheat) yang dapat menstabilkan tegangan listrik (V) serta menurunkan arus lsitrik (A).

3.        Penetrasi hasil pengelasan dangkal dan menyempit yang baik untuk proses build up pada gap yang melebar

4.        Apabila sistem pengendalian Voltage dan amperage pada power station dapat dipertahankan, maka deposition rate meningkat pesat, sehingga meningkatkan produktivity

5.        Penetrasi dapat disesuaikan dan untuk menghasilkan penetrasi dangkal, pemakaian arus dan polarity harus DCRP dan penetrasi dalam dengan DCSP

Penggunaan utama FCAW :

1.        Baja karbon  (carbon steel)

2.        Baja karon Alloy rendah  (Low alloy carbon steel)

3.        Baja tahan karat  (Stainless steel)

4.        Besi tuang (Cast Iron)

5.        Las titik baja tipis  (Sheet steel spot welding)

6.        Pengerasan & pelapisan permukaan  (Steel hard facing and cladding)

Lay out mesin otomatik FCAW dioperasikan dengan arus DC constant dengan voltage 100% duty cycle.
Umumnya penggunaan side shielding ialah untuk pengelasan yang sempit, penetrasi kampuh yang dalam dan mengurangi spatter dan nozzle dapat dengan pendinginan gas atau air. Pendinginan air apabila menggunakan arus di atas. 600 A Penggunaan nozle secara tandem, untuk deposition rate yang tinggi dengan pelindung gas dapat dilakukan.

Gas pelindung pada FCAW adalah CO2, dengan keuntungan :

1.        Harga murah

2.        Meningkatkan daya penetrasi, walaupun dapat meningkatkan transfer globular mode mechanism

Jika komposisi CO2 pada material rendah maka pengelasan yang mencair akan mengambilnya dari udara sekitarnya, sehingga hasil lasan baik dan tanpa porosity.
Jika komposisi karbon tinggi akan cenderung menghasilkan lasan yang banyak porosity, sehingga pemilihan fluks yang mempunyai daya antioksidasi (oxidizer) perlu dipertimbangkan, sehingga mutu lasan dapat memenuhi tanpa porosity. Base metal (metal dasar) yang dilas dengan FCAW ialah secara umum seluruh material yang dapat dilas dengan SMAW, GMAW atau SAW dapat dilakukan dengan baik.

b.      Jenis-Jenis Sambungan Dalam Pengelasan

Harsono & Thoshie (2000:157) “sambungan las dalam konstruksi baja pada dasarnya dibagi dalam sambungan tumpul, sambungan T, sambungan sudut dan sambungan tumpang”.

Gambar 11. Jenis-jenis sambungan

Pada proses pengelasan terdapat lima jenis desain dasar sambungan las. Kelima jenis dasar sambungan tersebut adalah sambungan Tumpul (Butt), Sudut (Corner), T (Tee), Tumpang (Lap), dan Sisi (Edge), seperti terihat Gambar 11. Lima jenis dasar sambungan las dapat dibuat dalam empat posisi pengelasan yang berbeda, yaitu posisi flat (datar), vertical, horizontal, dan diatas kepala seperti ditunjukkan pada gambar 12.

Gambar 12 . Posisi pengelasan pada kelima jenis sambungan las

Dalam merencanakan konstruksi yang memiliki sambungan pengelasan, harus dipilih secara benar dan tepat mengenai jenis-jenis sambungan las, yang disesuaikan dengan fungsi dan kegunaannya. Yang perlu dipertimbangkan bahwa sambungan pengelasan harus mampu menerima beban dinamis maupun beban statis.

c.       Jenis-jenis Alur Pengelasan

Setelah penentuan jenis pengelasan dan jenis sambungan pengelasan, maka persiapan selanjutnya adalah mempersiapkan sisi yang akan dilas. Apakah pada sisi tersebut dibuat alur V atau X dan lain sebagainya.

Gambar 13. Alur sambungan las tumpul

Sumber : Harsono & Toshie, 2000

Dalam pemilihan jenis bentuk alur harus menuju kepada penurunan masukan panas dan penurunan logam las sampai kepada harga terendah yang tidak menurunkan mutu pengelasan. Untuk itu perlunya kemampuan dan pengalaman yang luas dalam pemilihan bentuk alur.

Gambar 14. Alur sambungan T

Sumber : Harsono & Toshie, 2000

Sambungan tumpang jarang sekali digunakan untuk pelaksanaan penyambungan konstruksi utama, karena sambungan ini efisiensinya rendah . Sambungan tumpang biasa dilaksanakan dengan las sudut dan las isi.

Gambar 15. Alur sambungan tumpang

Sumber : Harsono & Toshie, 2000

Dalam penyambungan sudut sering terjadinya retak lamel hal ini disebabkan terjadinya penyusutan dalam arah tebal pelat. Hal tersebut dapat dihindari dengan membuat alur pada pelat tegak seperti terlihat pada gambar 16.

Gambar 16. Alur pada sambungan Sudut

Sumber : Harsono & Toshie, 2000

Sambungan sisi dibagi dalam sambungan las dengan alur dengan ujung. Jenis sambungan las ini hanya dipakai untuk pengelasan tambahan atau sementara pada pengelasan pelat-pelat yang tebal.

Gambar 17. Alur pada sambungan sisi

Sumber : Harsono & Toshie, 2000

d.      Posisi Dalam Pengelasan

Selanjutnya posisi pengelasan, Harsono & Thoshie (2000:212) “posisi pengelasan yang terbaik dilihat dari sudut kualitas sambungan dan efisiensi pengelasan adalah posisi datar.

Gambar 18. posisi las alur sambungan tumpul pada pelat

Sumber: www.aws.org

Gambar 19. Posisi las fillet pada pelat

Sumber: www.aws.org

  Gambar 20. Posisi las alur pada pipa

Sumber: www.aws.org

Gambar 21. Posisi las fillet pada pipa

Sumber: www.aws.org

e.       Simbol Dasar Pengelasan

Dalam mencapai mutu sambungan las sangat penting disampaikan syarat-syarat dalam pengelasan dengan baik dan tepat kepada juru las. cara yang paling tepat adalah menempatkan tanda-tanda gambar pada gambar konstruksi. Tanda gambar biasanya terdiri dari tanda gambar dasar dan tanda gambar pelengkap yang kedua-duanya ditempatkan pada garis tanda. Penempatan dan cara pengambaran tanda pengelasan dalam gambar harus mengikuti peraturan-peraturan tertentu. Harsono dan toshie (2000: 164) beberapa cara menurut JIS dan AWS:

1)   Tanda pengelasan pada dasarnya harus menunjukkan macam pengelasan dari bagian yang disambung, kecuali dalam hal pengelasan lapisan.

2)   Tanda pengelasan harus ditempatkan pada garis tanda lengkap dengan ukuranya

3)   Garis tanda harus terdiri dari dua garis yaitu garis lurus datar tempat tanda dan garis penunjuk dengan panah yang menunjukkan bagian dari sambungan dan membuat sudut 60^o terhadap garis tempat tanda seperti ditunjukkan gambar 22.

4)   Tanda gambar dan ukuran harus ditempatkan sedekat mungkin dengan garis tanda dan diletakkan dibawah garis bila sisi yang dilas adalah sisi yang ditunjukkan oleh panah dan harus diletakkan diatas garis bila yang dilas adalah sisi sebaliknya.

5)   Tanda-tanda pelengkap untuk pengelasan di lapangan harus diletakkan pada pertemuan dari garis tanda dan garis penunjuk

6)   Pengelasan-pengelasan khusus yang perlu harus ditempatkan pada ujung akhir garis tanda.

Gambar 22. Garis Tanda dan garis penunjuk

Sumber: Harsono dan Toshie, 2000

 

Gambar 23. Contoh penempatan tanda gambar

Sumber: Harsono dan Toshie, 2000

Tebel 1. Tanda –tanda dasar

Sumber : Harsono dan Toshie, 2000

Penulis : Rahmat Azis Nabawi, S.Pd