Sugiarto, - (2018) Karakteristik Sambungan Las Hot Roll Quench Tempered Steel (Qts) Akibat Penambahan Fluks Magnet Eksternal. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Hot Roll Steel Plate (HRSP) merupakan baja konstruksi umum dengan kadar karbon 0,29% dan beberapa unsur paduan. Baja ini memiliki potensi untuk dijadikan material bodi kendaraan tempur dalam mendukung program kemandirian material dalam mengembangkan ALUTSISTA. Agar memenuhi syarat sebagai material kendaraan tempur dengan kekerasan berkisar 500 BHN, maka HRSP harus diberi perlakuan panas quench temper agar memiliki sifat keras dan tahan terhadap tumbukan peluru. HRSP yang telah mengalami perlakuan panas quench temper ini selanjutnya diberi istilah Hot roll quench tempered steel (QTS). Dari hasil perlakuan panas quench temper tersebut didapatkan kekerasan rata-rata 544,6 VHN. QTS didominasi oleh mikrostruktur martensit yang memiliki sifat keras, umumnya memiliki weldability rendah dan rentan mengalami retak merambat pasca pengelasan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dilakukan rekayasa proses pengelasan terhadap QTS. Dalam pengelasan logam yang menggunakan sumber energi listrik akan bekerja gaya elektromagnetik (gaya Lorenz) yang berpengaruh terhadap laju konveksi atau sirkulasi logam cair pada kolam las. Laju sirkulasi logam cair pada kolam las juga dipengaruhi oleh gaya angkat permukaan (gaya buoyancy) dan gaya akibat tegangan permukaan (gaya marangoni). Gaya elektromagnetik memiliki pengaruh paling dominan terhadap sirkulasi kolam las pada las yang menggunkaan arus listrik (Herrera, 2003). Laju konveksi logam cair pada kolam las dapat ditingkatkan dengan memperbesar gaya-gaya yang bekerja pada kolam las utamanya gaya elektromaknetik (FL). Arus konveksi akibat gaya elektromagnetik dipengaruhi oleh rapat arus (J) dan fluks magnet (B) yang dirumuskan FL = J x B. Gaya elektromagnetik di tengah kolam las akan mendorong logam las cair yang panas ke bawah sampai ke dasar kolam, sehingga perpindahan panas yang terjadi mengakibatkan sebagian dasar kolam las mencair dan penetrasi logam cair di kolam las semakin dalam. Laju sirkulasi berperan dalam proses pencampuran (mixing) logam cair dalam kolam las. Hal ini berpengaruh terhadap tingkat homogenitas komposisi struktur dalam kolam las, menurunkan laju pendinginan pasca pengelasan dan meningkatkan ketangguhan las (Kou, 1987). Beberapa penelitian terkait penambahan magnet eksternal pada proses pengelasan telah dilakukan untuk material logam atau baja yang belum mengalami perlakuan panas dan belum mengalami perubahan mikrostruktur. QTS merupakan baja konstruksi yang telah mengalami perlakuan panas quench temper dan perubahan mikrostruktur dari Ferrite+Pearlite menjadi Martensite. Gaya elektromagnetik umumnya dilakukan dengan menaikan arus las. Memperbesar arus las akan meningkatkan masukan panas las, menaikan tegangan termal yang berdampak pada distorsi dan retak las. Penelitian ini menggunakan baja konstruksi yang telah mengalami perlakuan panas quench temper dan perubahan mikrostruktur. Gaya elektromagnetik diperbesar dengan menambahkan fluks magnet eksternal secara transversal dari dua arah menggunakan solenoida yang dialiri arus listrik DC. Tujuannya adalah untuk menganalisis pengaruh penambahan fluks magnet eksternal secara transversal dari dua arah terhadap perubahan karakteristik fisik berupa temperatur puncak HAZ, laju pendinginan pasca pengelasan, cacat las, perubahan mikrostruktur HAZ dan daerah las serta karakteristik mekanik berupa kekuatan impak dan laju perambatan retak fatik daerah las hot roll quench tempered steel (QTS). Dalam penelitian ini, fluks magnet eksternal ditambahkan dengan mengalirkan arus DC sebesar 3; 6; 9, 12 dan 15 Ampere dan tegangan 12 volt ke solenoida. Jumlah lilitan solenoida adalah 150 lilitan. Solenoida dibuat dari kawat tembaga diameter 0,7 mm yang dililitkan ke plat baja lunak berdimensi (100 x 100 x 10 mm3). Selama pengelasan solenoida ditempelkan ke benda kerja secara transversal dari dua arah. Jenis las yang digunakan adalah GMAW dengan arus pengelasan sebesar 140 A dan tegangan 20 V. Posisi pengelasan adalah flat position welding 3 layer untuk benda kerja tebal 10 mm dan 1 layer untuk benda kerja tebal 5 mm dengan kecepatan pengelasan rata-rata 15 cm/menit. Elektrode las yang digunakan adalah AWS ER 70S-6 diameter 1 mm. Gas pelindung yang digunakan adalah CO2 dengan kecepatan pengumpanan 12 L/min. Pada layer ke 3 dilakukan pengukuran temperature pengelasan pada jarak 10 mm dari pusat las menggunakan termokopel tipe K. Setelah proses pengelasan, benda kerja las diuji radiografi untuk melihat cacat makro dan selanjutnya dibuat spesimen uji makro dan mikrostruktur, uji impak, uji tarik dan uji perambatan retak fatik. Spesimen uji makro dan mikrostruktur serta uji impak dibuat dari benda kerja las tebal 10 mm. Spesimen uji tarik dan uji perambatan retak fatik dibuat dari benda kerja las tebal 5 mm. Uji cacat las menggunakan hasil foto radiografi yang diolah menggunakan Software Autodesk Inventor 2012, uji porositas menggunakan program Image J dari hasil foto mikrostruktur las, uji impak menggunakan tipe charpy test dengan beban pendulum 26,2 kg, panjang pendulum 0,75 m, sudut simpangan awal 120º dan sudut simpangan akhir tanpa beban 117º, uji tarik menggunakan metode tension test dan uji perambatan retak fatik menggunakan Servo hydraulic fatigue test dengan Pmax = 0,3 x σu x A dan Pmin = 0 serta frekwensi pembebanan fatik = 11 Hz. Panjang retak awal (a0) = 2 mm dan lebar retak awal 0,2 mm. Data jumlah siklus pembebanan fatik pertama diukur setelah pertambahan retak awal (Δa1) = 0,2 mm. Hasilnya adalah menambahkan fluks magnet eksternal secara transversal dari dua arah pada pengelasan QTS dapat menurunkan temperatur puncak dan laju pendinginan pasca pengelasan HAZ, menurunkan prosentase cacat las dan porositas las, meningkatkan ketangguhan las terhadap beban impak dan memperlambat perambatan retak fatik daerah las. Semakin besar fluks magnet yang ditambahkan menyebabkan temperatur puncak HAZ semakin turun, laju pendinginan pasca pengelasan semakin lambat, mikrostruktur HAZ semakin didominasi oleh upper bainite (UB). Sedangkan mikrostruktur logam las semakin didominasi oleh grain boundary ferrite (GF) dan widmanstatten ferrite (WF). prosentase cacat las dan porositas daerah las semakin kecil dan daerah las semakin tahan terhadap beban impak. Penambahan fluks magnet eksternal secara transversal dari dua arah sebesar 1,7 mT sampai 2,3 mT menghasilkan jumlah siklus pembebanan retak fatik semakin meningkat yang mengindikasikan perambatan retak fatik semakin lambat. Hal ini didukung oleh nilai n yang semakin kecil dan nilai C yang semakin besar. Sedangkan penambahan fluks magnet dari 2,3 mT ke 3,1 mT menyebabkan jumlah siklus pembebanan retak fatik turun kembali.
English Abstract
Hot Roll Steel Plate (HRSP) is a common construction steel with a carbon content of 0.29% and some alloying elements. This steel has the potential to be used as material of combat vehicle body in support of material independence program in developing ALUTSISTA. In order to qualify as combat vehicle material with hardness ranging from 500 BHN, HRSP should be quench tempered heat treatment in order to have hard and resistant properties against bullet collision. HRSP that has been subjected to heat treatment quench temper is then given the term Hot roll quench tempered steel (QTS). From the result of heat treatment of quench temper is obtained mean hardness 544,6 VHN. QTS is dominated by microstructures of martensite that have a hard nature, generally have low weldability and susceptible to crack propagating post-welding. To overcome these problems need to be welded engineering process to QTS. In metal welding using electrical energy sources will work electromagnetic force (Lorenz force) which affect the rate of convection or circulation of liquid metal in welding pool. The rate of liquid metal circulation in the weld pool is also affected by the surface lifting force (buoyancy force) and the force due to surface tension (marangoni force). Electromagnetic forces have the most dominant influence on weld pool circulation in welding that uses electric current (Herrera, 2003). The rate of convection of molten metal in the weld pool can be increased by enlarging forces acting on the main welding pool of the electromagnetic force (FL). Convection current due to electromagnetic force is influenced by current density (J) and magnetic flux (B) formulated FL = J x B. Electromagnetic force in the center of the weld pool will push the hot welding metal down to the bottom of the pool, resulting in heat transfer occurs resulting in a part of the bottom of the melt weld pool and the penetration of molten metal in the weld pool deeper. The circulation rate plays a role in the mixing process of molten metal in a weld pool. This affects the homogeneity of the structure composition in the weld pool, decreases the post-welding cooling rate and increases the weld toughness (Kou, 1987). Several studies related to the addition of external magnets to the welding process have been done for metallic or steel materials that have not been heat treated and have not undergone microstructural changes. QTS is a construction steel that has been subjected to heat treatment of quench temper and microstructure changes from Ferrite + Pearlite to Martensite. Electromagnetic force is generally done by raising the welding current. Increasing the welding current will increase the weld heat input, raising the thermal stress affecting the distortion and the weld crack. This study uses steel construction that has been subjected to heat treatment of quench temper and microstructural changes. The electromagnetic force is magnified by adding external transverse magnetic flux from two directions using a DC-doped solenoid. The objective is to analyze the effect of the addition of external magnetic flux transversally from two directions to the change of physical characteristics such as HAZ peak temperature, post-welding cooling rate, welding defect, HAZ microstructure change and welding area and mechanical characteristics such as impact strength and rate of fatigue crack propagation of weld area hot roll quench tempered steel (QTS). In this study, external magnetic flux is added by passing a DC current of 3; 6; 9, 12 and 15 Ampere and 12 volt to solenoid. The number of solenoid windings is 150 loops. The solenoid is made of 0.7 mm diameter copper wire wrapped onto a dimensionless steel steel plate (100 x 100 x 10 mm3). During the welding the solenoid is attached to the workpiece transversely from two directions. The type of welding used is GMAW with welding current of 140 A and 20 V voltage. Welding position is flat position welding 3 layers for 10 mm thick workpiece and 1 layer for 5 mm thick workpiece with average welding speed 15 cm / min . The welding electrode used is AWS ER 70S-6 diameter 1 mm. The protective gas used is CO2 with a feed rate of 12 L / min. On the 3rd layer, the welding temperature measurement was measured at 10 mm from the welding center using K type thermocouple. After welding process, the welding workpiece was tested by radiography to see macro defect and then made macro and microstructure test specimen, impact test, tensile test and propagation test fatigue cracks. Specimens of macro and microstructure tests and impact tests were made from 10 mm thick welding workpieces. Tensile test specimens and fatigue crack propagation tests were prepared from 5 mm thick welding workpieces. Test welded defects using the results of radiographic images are processed using Autodesk Inventor Software 2012, porosity test using Image J program from the weld microstructure photo, impact test using charpy test type with pendulum load 26.2 kg, pendulum length 0.75 m, the beginning of 120º and the endless nozzle endpoint 117º, the tensile test using the tension test and the fatigue crack propagation test using the Servo hydraulic fatigue test with Pmax = 0.3 x σu x A and Pmin = 0 and the fatigue loading frequency = 11 Hz. The initial crack length (a0) = 2 mm and the initial crack width of 0.2 mm. Data on the number of first fatigue loading cycles was measured after the initial crack increase (Δa1) = 0.2 mm. The result is adding external transverse magnetic flux from two directions to QTS welding can reduce peak temperature and cooling rate after welding HAZ, decrease percentage of weld defect and weld porosity, increase weld toughness to impact load and slow propagation of fatty crack propagation of weld area. The greater the added magnetic flux causing the peak temperature of HAZ to decrease, the post-welding cooling rate is slower, the HAZ microstructure increasingly dominated by upper bainite (UB). While the weld metal microstructure is increasingly dominated by the grain boundary ferrite (GF) and widmanstatten ferrite (WF). the percentage of welding defects and porosity of the weld area is getting smaller and the weld area is more resistant to the impact load. The addition of external magnetic flux transversally from two directions of 1.7 mT to 2.3 mT resulted in an increasing number of fatigue crack loading cycles indicating a slower of fatigue crack propagation. This is supported by the smaller value of n and the larger C value. While the addition of magnetic flux from 2.3 mT to 3.1 mT causes the number of fatigue crack loading cycle to fall back.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DIS/671.52/SUG/k/2018/061804278 |
| Uncontrolled Keywords: | HRSP, QTS, fluks magnet eksternal, weldability, retak merambat,-HRSP, QTS, external magnetic flux, weldability, crack propagate.. |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 671 Metalworking Processes and primary metal products > 671.5 Joining and cutting of metals > 671.52 Welding |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endang Susworini |
| Date Deposited: | 04 Feb 2022 02:35 |
| Last Modified: | 08 Feb 2022 02:44 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/189309 |
Preview |
Text
SUGIARTO.pdf Download (15MB) | Preview |
Actions (login required)
 |
View Item |