PENGARUH PENGGUNAAN KAWAT LAS ER5556A & ER5087 TERHADAP POROSITAS LASAN ALUMINUM 5083

PENGARUH PENGGUNAAN KAWAT LAS ER5556A & ER5087 TERHADAP POROSITAS LASAN ALUMINUM 5083

Alumunium itu ibarat cewek adalah cewek yang gampang-gampang susah. Bukan cewek murahan, tapi cewek yang imut. Jadi sebagai penakluk cewek, alumunium adalah tantangan yang harus kita taklukkna.. Hadeewww,kug jadi mbahas cewek sech??heheh
Oke dah. Langsung aja, ini ada sedikit share ttg gmn caranya menaklukkan alumunium yang terkenal unik ini..Lets EnjOy it guys...




PENGARUH PENGGUNAAN KAWAT LAS ER5556A & ER5087 TERHADAP POROSITAS LASAN ALUMINUM 5083


Winarto
Departemen Metalurgi & Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Kampus Baru UI Depok – 16424
Telp/Fax (021) 7863510 / 7872350
Email: winarto@metal.ui.ac.id


Abstrak
Porositas lasan merupakan permasalahan yang sering terjadi pada industri manufaktur pengelasan aluminium dan paduannya. Banyak faktor yang berpengaruhi terhadap cacat porositas lasan aluminium dan salah satunya adalah penggunaan logam pengisi (filler wire) yang berpengaruh terhadap mekanisme proses pembekuan di kampuh lasan (weld metal). Ada 2 jenis kawat las (ER5556A & ER5087) yang digunakan untuk meneliti pengaruh porositas lasan aluminium paduan 5083 yang dilas dengan metoda las MIG. Jumlah persentase porositas lasan diukur menggunakan metoda analisa gambar (image analyses). Hasil penelitian menunjukan bahwa persentase porositas lasan 5083 yang menggunakan kawat las ER5087 memiliki persentase yang lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan kawat las ER5556A.

Kata kunci : Aluminum Paduan 5083; Kawat Las ER5556A & ER5087; Porositas Lasan


A. Pendahuluan
Umumnya pengelasan aluminium paduan sangat rentan terhadap terbentuknya porositas yang berlangsung selama proses pembekuan logam lasan. Keberadaan porositas akan secara langsung menurunkan sifat kekuatan mekanis hasil lasan. Oleh karena itu, kontrol terhadap terbentuknya porositas dan pengaruh keberadaan porositas terhadap sifat hasil lasan pada material aluminium dan paduannya merupakan suatu hal yang sangat menarik untuk diteliti. Menurut AWS D1.2 [1], porositas didefinisikan sebagai cacat jenis lubang yang terbentuk oleh adanya gas yang terperangkap selama proses pengelasan. Banyak faktor yang diketahui berkontribusi terhadap cacat porositas lasan aluminium. Salah satu faktor utama penyebab porositas adalah gas pelindung yang terkontaminasi oleh atmosfir udara.[2] Penyebab lainnya adalah preparasi yang kurang baik dan faktor kebersihan dari logam induk dan logam pengisi sebelum dilakukan pengelasan.[3]-[6] Semua studi diatas tentang faktor penyebab porositas lasan aluminum sangat bervariasi dan sulit untuk didefinisikan. Meskipun demikian faktor yang paling diterima sebagai penyebab utama porositas adalah larutnya gas hidrogen kedalam kampuh las selama pengelasan berlangsung.
Secara umum ada 2 jenis klasifikasi cacat porositas berdasarkan ukuran, bentuk dan lokasinya. Jenis porositas yang pertama adalah porositas antar dendrit (interdendritic porosity) yang terjadi jika gelembung gas terperangkap diantara tangan atau cabang dendrit yang merupakan sub-struktur dari pembekuan kampuh las. Jenis porositas yang kedua adalah porositas bulat (bulk pores or spherical pores) yang terjadi akibat larut jenuh (supersaturation) gas-gas di kawah las (weld pool). Namun, secara umum faktor penyebab terjadinya kedua jenis porositas diatas tergantung dari jumlah gas-gas yang terlarut dan dari parameter proses pengelasan termasuk jenis kawat las yang digunakan.
Aluminium paduan 5083 dipilih dalam penelitian ini mengingat jenis paduan 5083 ini memiliki ketahanan korosi dan kekuatan mekanis yang cukup tinggi, sehingga material jenis ini banyak sekali digunakan untuk aplikasikan pada temperatur dibawah nol derajat (cryogenic), tangki-tangki LNG, bejana tekan temperature rendah (unfired pressure vessel), peralatan kelautan (marine component), rig pengeboran dan struktur rangka bangunan. Namun demikian, jika material aluminium paduan 5083 ini dilakukan manufaktur dengan menggunakan proses pengelasan, lasan paduan aluminium 5083 akan mengalami penurunan (degradasi) sifat mekanisnya dengan terbentuknya porositas akibat proses pengelasannya.[7]


Oleh sebab itu dalam makalah ini akan dikaji pengaruh 2 jenis kawat las berbeda (ER5556A dan ER5087) yang digunakan untuk mengelas aluminum paduan AA5083 dengan metoda las MIG, sehingga dari kajian tersebut dapat diketahui sejauh mana pengaruh penggunaan kedua kawat las tersebut terhadap jumlah persentase porositas yang terjadi di kampuh lasannya (weld metal) dengan cara mengukur melalui metoda analisa gambar (image analysis).

B. Prosedur Penelitian

B.1. Preparasi Bahan.
Logam dasar pada penelitian ini adalah menggunakan jenis paduan aluminium 5083. dalam bentuk pelat dengan ketebalan 5mm, panjang 300mm dan lebar 100mm. Selain itu 2 jenis logam pengisi (filler wires) yaitu ER-5556A and ER-5087 digunakan dalam bentuk gulungan (reels) seberat 6.5 kilogram dengan ukuran diameter kawat 1.6mm. Adapun komposisi kimiawi material dasar AA5083 dan kedua logam pengisi tertera dalam Tabel 1 dan 2.

Tabel 1. Komposisi kimia logam dasar AA-5083 (sesuai standar BSEN-573-3, 1994) [8]

AA-5083 %Si %Fe %Cu % Mn % Mg % Cr %Zn %Ti Other % Al
Standar 0.4 0.4 0.10 0.40-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.15 REM
Hasil Uji 0.9 0.24 0.01 0.6 4.7 0.1 0.02 0.01 0.15 REM


Tabel 2. Komposisi kimia logam pengisi (sesuai standar BS-2901-4) [9]

ER-5556A %Si %Fe %Cu % Mn % Mg % Cr %Zn %Ti %Be Other %Al
Standar 0.25 0.40 0.10 0.6-1.0 5.0-5.5 0.05-0.20 0.20 0.05-0.20 0.0008 0.15 Rem
Hasil Uji 0.07 0.19 0.002 0.72 5.4 0.0932 0.000 0.118 0.0007 0.0042 Rem

ER-5087 %Si %Fe %Cu % Mn % Mg % Cr %Zn %Ti %Be %Zr %Al
Standar 0.25 0.40 0.05 0.7-1.1 4.5-5.2 0.05-0.25 0.25 0.15 0.0008 0.1-0.2 Rem
Hasil Uji 0.08 0.2 0.0149 0.68 4.61 0.0963 0.011 0.128 0.0004 0.12 Rem



B.2. Proses Pengelasan.
Proses pengelasan material AA 5083 dengan menggunakan 2 jenis kawat las berbeda didisain untuk menghasilkan lasan penetrasi penuh material AA 5083 dengan parameter las sesuai Tabel 3 berikut ini :

Tabel 3. Parameter Las dalam mengelas pelat AA 5083 dengan 2 jenis kawat las
No. Kawat Las Tegangan
(Volt) Arus
(Ampere) Kecepatan
(mm/s) Masukan Panas
(kJ) Lin-Energy
(J/mm)
1. ER 5556A 22.3 250 8.33 5.6 669
2. 22.8 266 9.43 6.1 643
3. 23.4 270 10.49 6.3 602

1. ER 5087 23.1 252 8.22 5.8 708
2. 24.5 267 9.55 6.5 685
3. 24 271 10.68 6.5 609



B.3. Perhitungan Prosentase Porositas Lasan.
Proses perhitungan persentase porositas lasan dilakukan pada daerah penampang melintang lasan AA 5083 dengan menggunakan teknik Analisa Gambar (Image Analyses). Tujuan dari perhitungan ini adalah untuk membandingkan penggunaan logam pengisi (filler wire) yang berbeda pada pengelasan pelat AA5083 terhadap terbentuknya porositas di lasan.
Jumlah persentase porositas dihitung didaerah kampuh lasan (weld metal) untuk semua parameter lasan dengan menggunakan mikroskop optik. Selanjutnya gambar yang direkam dan persentasenya dengan menggunakan perangkat lunak (software) analisa gambar (image analyses).
Adapun prosedur untuk analisa gambar (image analyses) adalah sebagai berikut:
(a) Gambar struktur mikro penampang melintang (cross section) daerah kampuh las (weld metal) direkam menjadi file.
(b) Hasil perekaman dalam bentuk file selanjutnya di buat bentuk gambar biner (2 warna : hitam dan merah).
(c) Gambar dalam bentuk biner dianalisa dengan perangkat lunak untuk dihitung persentase porositasnya.
Gambar daerah yang diukur dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah ini:















Gambar 1. Foto luas penampang melintang struktur makro daerah kampuh las
untuk perhitungan persentase porositas lasan-nya.

C. Hasil Penelitian
Seluruh data hasil pengelasan diperoleh dan ditabulasikan dimana parameter las yang digunakan dibuat untuk menghasilkan lasan dengan penetrasi penuh (full penetration). Analisa difokuskan pada pengaruh penggunaan logam pengisi (filler wire) terhadap jumlah persentase porositas hasil lasan AA 5083 seperti terlihat pada Tabel 4 dan Gambar 2.
Tabel 4. Persentase porositas lasan AA 5083 dengan 2 jenis kawat las yang berbeda
No. Kawat Las Lin-Energy
( J/mm ) Porositas
( % )
1. ER 5556A 669 3.36
2. 643 1.11
3. 602 0.77

1. ER 5087 708 0.74
2. 685 0.29
3. 609 0.52



Gambar 2. Grafik hubungan antara Enerji Linier vs Persentase Porositas

C.1. Foto Makro Porositas Lasan pada Penggunaan Kawat Las ER 5556A.
Foto makro lasan yang dihasilkan dengan menggunakan ER5556A memiliki persentase porositas yang bervariasi jumlahnya terhadap parameter las (inerji liniar – joule per milimeter) pada semua lasan yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai energi liniar (J/mm) yang diberikan maka semakin besar jumlah porositas yang dihasilkan seperti terlihat pada Gambar 3.
Foto makro struktur pada Gambar 3 (a) tersebut terlihat bahwa nilai porositas tertinggi adalah 3,36% pada enerji linear sebesar 669 Joule/mm. Semakin rendah nilai Enegi Linier-nya hingga 602 J/mm, maka nilai persentase porositasnya akan semakin mengecil hingga 0,77 %, seperti terlihat pada Gambar 3 (c).

C.2. Foto Makro Porositas Lasan pada Penggunaan Kawat Las ER 5087.
Foto makro lasan yang dihasilkan dengan menggunakan ER5087 juga memiliki persentase porositas yang bervariasi terhadap parameter las (inerji liniar – joule per milimeter) pada semua lasan yang dihasilkan. Trend persentasenya mirip dengan penggunaan kawat las ER 5087 dimana semakin tinggi nilai energi liniar (J/mm) yang diberikan maka semakin besar jumlah porositas yang dihasilkan seperti terlihat pada Gambar 4.
Foto makro struktur pada Gambar 4 (a) terlihat bahwa nilai porositas terbesar adalah 0,77 % pada enerji linear sebesar 708 Joule/mm. Dengan diturunkannya nilai Enegi Linier-nya hingga 685 J/mm, maka nilai persentase porositasnya mengecil hingga 0,29 %, seperti terlihat pada Gambar 4 (b). Namun Bila enerji linearnya diturunkan hingga 609 J/mm, maka persentase porositasnya sedikit meningkat hingga 0,52 %, seperti terlihat pada Gambar 4 (c).

C.3. Perbandingan Porositas Lasan pada Kawat las ER5556A dan ER5087.
Untuk membandingkan penggunaan kedua jenis kawat las ER5556A dan ER5087 terhadap persentase porositas yang terjadi, maka diambil beberapa parameter las yang sama, terutama adalah besarnya enerji linier (Joule/mm) yang sama pada setiap lasan yang dihasilkan.
Dari foto makro lasan pada Gambar 2, 3 dan 4, terlihat bahwa persentase porositas pada lasan dengan kawat las ER 5087 memiliki jumlah persentase yang lebih kecil dibandingkan dengan persentase porositas lasan dengan menggunakan kawat las ER5556A.




( a )



( b )



( c )





( a )



( b )



( c )




D. Analisa Hasil
Perbedaan antara kawat las ER5087 dan ER5556A yang digunakan untuk mengelas pelat AA 5083 terletak pada penambahan unsur paduan Zirconium (Zr) yang terkandung pada ER5087. Adanya unsur paduan Zirconium ini berpengaruh pada proses pembekuan di daerah logam lasan (weld metal). Adanya unsur Zr ini pada kawat las ER5087 menghasilkan persentase porositas pada lasan yang lebih kecil dibandingkan dengan persentase porositas lasan dengan menggunakan kawat las ER5556A.
Adanya kandungan zirconium (Zr) and sedikit titanium (Ti) berperan sebagai paduan penghalus butir (grain-refiner). Menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh Matsuda dan kawan-kawan [10] tentang pengaruh parameter las pada lasan aluminium komersial yang diberikan penghalus butir diperoleh bahwa tingkat penghalusan butir meningkat dengan meningkatnya masulan panas dan kecepatan las. Atau dengan kata lain menurun-nya nilai enerji linier, hal ini akan menyebabkan menurunnya ratio G/R dan selanjutnya akan menyebabkan meningkatnya kecepatan pembekuan. Dengan meningkatnya kecepatan pembekuan maka akan menurunkan persentase porositas yang terjadi. [11,12]. Oleh karena itu hasil yang diperoleh pada penelitian seperti yang terlihat pada Table 4 dan Gambar 2 menunjukan bahwa menurunnya enegi linier yang diberikan cenderung menurunkan persentase porositas lasan-nya.
Pengaruh Zirconium (Zr) yang ditambahkan pada paduan aluminium juga diteliti oleh Kashyap dan kawan-kawan [13], hasil penelitian menunjukan bahwa selama proses pembekuan Zirconium akan membentuk partikel ZrAl3. Partikel ini sangat halus sekitar 100 nm dan partikel ini akan mengunci (pinning) dibatas butir dan mencegah terjadinya pertumbuhan butir (grain growth) pada paduan aluminium. Dengan mekanisme ini secara bersamaan ukuran porositas-pun akan menurun (halus) sehingga persentase porositas menjadi menurun.

E. Kesimpulan
Berdasarkan data dan hasil yang diperoleh dari penelitian pengaruh penggunaan kawat las yang berbeda terhadap lasan AA 5083, maka diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut ::
1. Porositas lasan yang diamati pada semua lasan AA-5083 bervariasi persentasenya dan tergantung dari parameter lasan yang diberikan serta jenis kawat las yang digunakan.
2. Persentase porositas lasan AA-5083 yang menggunakan kawat las ER5087 memiliki persentase yang lebih kecil dibandingkan dengan lasan yang menggunakan kawat las ER5556A.

F. Daftar Pustaka
[1] Annual Book of American Welding Society (AWS) standard 2004, AWS D 1.2 – 2004.
[2] Collins, F. R., "Porosity in Aluminium Alloyed Welds", Welding Journal , 37 (6), 586-593 (1958).
[3] Howden, D. G. “An Up-to-Date Look at Porosity Formation in Aluminium Weldments”, Welding Journal, February 1971.
[4] Meyers, J.C., "Problematic Weld Discontinuities and Their Prevention", The Welding Journal , 74 (6), 1995 pp. 45 - 47.
[5] Hinchen, J., "Avoiding Problems When Welding Aluminium", Welding and Metal Fabrication, April 1988. pp. 132 - 138.
[6] Dickerson, P.B., Irving, B., Welding Aluminium: It’s Not As Difficult As It Sounds”, Welding Journal, Vol. 71, No.4, April 1992. pp. 45 - 50.
[7] Polmear, I. J., "Light Alloys; Metallurgy of the Light Metals", 3rd Ed. Arnold, London, 1995.
[8] BS 3571: 1985: Part 1. Specification for MIG Welding of Aluminium and aluminium alloys.
[9] BS 2901: 1990: Part 4. Filler Rods and Wires for Gas Shielded Arc Welding of Aluminium , Aluminium Alloys and Magnesium Alloys.
[10] Arata, Y., Matsuda, F., Senda, T., : Wel. Res. Inst., Vol. 3, 1974, p.89.
[11] Ramirez, J.E., Han, B., Liu, S., “Effect of Welding Variables and Solidification Substructure on Weld Metal Porosity”, Metallurgical and Materials Transaction A, 25A (10): pp. 2285 - 2294, October 1994.
[12] Kou, S. Le, Y. "Welding Parameters and The Grain Structure of Weld Metal - A Thermodynamic Consideration", Metallurgical Transaction , Vol. 19A, 1988 pp. 1075 - 1082
[13] K T Kasyaf, Chandra shekar.,. ”Effects and mechanisms of grain refinement in aluminium alloys”. Bull. Mater. Sci., Vol. 24, No. 4, August 2001, pp. 345–353.