Apakah ada perubahan modulus elastisitas, atau modulus geser serta properti material yang lainnya pada suatu elemen steel structure akibat pengelasan.
Contoh kasus ; structure existing yang akan di extension dengan menggunakan sambungan weld, dikhatirkan ambruk atau gagal pada saat pekerjaan pengelasan.
Pertanyaan : Badaruddin

Mohon penjelasan rekan-rekan sekalian, apakah ada perubahan modulus elastisitas,
atau modulus geser serta properti material yang lainnya pada suatu elemen steel
structure akibat pengelasan.

Contoh kasus ; structure existing yang akan di extension dengan menggunakan
sambungan weld, dikhatirkan ambruk atau gagal pada saat pekerjaan pengelasan…


Tanggapan 1 : Darmayadi

Pak Badaruddin,
Saya coba response secara garis besar aja ya… yang detailnya biar dijawab
oleh rekan yang lebih ahli.
Akibat proses pengelasan, secara keseluruhan sifat dari bahan tersebut akan
berubah. Baik secara mikro maupun secara makronya.
Jadi sifat elastisitas baja tersebut secara otomatis akan berubah juga.
Namun, apakah perubahan tersebut masih dalam range aman atau tidak, itu masalah
lain. Atas dasar pertimbangan-pertimbangan perubahan sifat material karena pengaruh
panas itulah mengapa dalam proses pengelasan diperlukan WPS. Bagaimana WPS itu
dibuat diatur oleh AWS, ASME atau API atau badan lainnya.
Untuk kasus yang ada, selama pemilihan kawat lasnya cocok, proses pengelasan
dilakukan dengan benar, maka konstruksi tersebut akan aman-aman saja. Ini jawaban
singkat saya, semoga bermanfaat.

Tanggapan 2 : Winarto

Dear Pak Badarudin,
Saya ingin urun rembuk mengenai permasalahan pengelasan baja konstruksi.

Menurut literatur yang pernah saya baca (Welding Handbook 8ed, AWS, 1991) bahwa
modulus elastis maupun modulus geser merupakan "structure insensitive properties"
atau sifat material yang tidak sensitif. Konstanta tersebut (E untuk modulus
elastis maupun G untuk modulus geser) tidak terpengaruh oleh ukuran butir (grain
size) maupun kondisi perlakuan panas (heat treatment). Sedangkan sifat mekanis
yang sensitif (contohnya terpengaruh oleh pengelasan atau welding) adalah kekerasan
(hardness), kuat tarik (tensile strength), kekuatan luluh (yield strength),
keuletan (ductility), ketangguhan (toughness), kekuatan pukul takik (impact
strength), kekuatan fatik dan kekuatan creep. Sifat tersebut diatas akan bervariatif
tergantung banyak faktor seperti parameter las yang diaplikasikan (Ampere, Voltage,
Welding Speed), kawat las yang digunakan dll.

Mengenai contoh kasus pengelasan struktur baja yang dikhawatirkan ambruk, menurut
saya hal tersebut tergantung banyak faktor. Tetapi pada dasarnya bahwa prinsip
perhitungan kekuatan sambungan lasan untuk suatu konstruksi dapat dikatakan baik
bila hasil lasannya saat diuji tarik (tensile testing) tidak putus di daerah lasan
(weld metal) tetapi diluar lasan atau di logam induk (base metal). Artinya untuk
kekuatan suatu konstruksi las harus didisain bahwa kawat las (filler metal) yang
akan digunakan harus "match" atau bahkan boleh "over match"
dengan kekuatan logam dasar (baja struktural yang akan disambung). Untuk itu perlu
diketahui berapa kekuatan struktur baja yang akan disambung dan selanjutnya pilih
proses lasnya dan logam pengisi yang sesuai. Sehingga sebelum melakukan pekerjaan
pengelasan perlu di perhatikan al: (i) desain konstruksinya dengan membuat prosedur
pengelasan (WPS dan PQR), (ii) proses manufakturnya (pengelasannya) yang mengacu
WPS yang telah di kualifikasi tersebut, dan (iii) proses inspeksi hasil lasan
dengan mengacu pada "weld acceptance criteria" yang dapat dilihat pada
kode yang berlaku misalnya ANSI/AWS D1.1 tentang structural welding code – steel
ataupun AISC (American Institute of Steel Construction).

Tanggapan 3 : Darmayadi

Pak Winarto,
Saya mohon pencerahannnya terutama untuk pengertian Nilai Modulus Elastisitas
Bahan ( baja-Fe ) tidak terpengaruh oleh perubahan temperatur. Saya ada baca
buku : Ilmu dan Teknologi Bahan karangan Van Vlack terjemahan Sriatie Djapri
) hal 210. Disitu dinyatakan bahwa dengan naiknya temperatur maka modulus elastisitas
suatu bahan akan turun.
Maksudnya bapak bahwa modulus elastisitas baja tidak terpengaruh oleh proses
pengelasan apakah pada saat temperatur masih tinggi modulusnya turun, kemudian
setelah dingin modulusnya akan kembali seperti semula?
Mohon pencerahannya pak.

Tanggapan 4 : Badaruddin

Pak Winarto,
Seperti apa yang dikatakan pak Darmayadi, apakah terjadi penurunan nilai modulus
dari material tersebut akibat pengelasan, apabila ini terjadi maka tentunya
dibutuhkan analysis kembali dari struktur tersebut sebelum dilakukan pengelasan,
dengan memasukan kondisi kritis dari properti material saat pengelasan…

Mungkin dari rekan-rekan sekalian ada yang dapat menjelaskan, formula yang
dapat digunakan untuk menghitung penurunan nilai modulus material, kekerasan
(hardness), kuat tarik (tensile strength),kekuatan luluh (yield strength), keuletan
(ductility), ketangguhan(toughness), kekuatan pukul takik (impact strength),
kekuatan fatik dan kekuatan creep yang merupakan fungsi dari panas akibat pengelasan
atau jarak dari titik yang ditinjau terhadap titik pengelasan.

Sehingga dapat ditentukan apakah suatu struktur yang telah dibebani maksimal
atau sedang beroperasi, ketika dilas akibat adanya pekerjaan extention dari
structure tersebut masih kuat atau tidak?????, mengingat adanya penurunan dari
properti material tersebut….

Tanggapan 5 : Suharyo

Sedikit saran,
Kenapa tidak dilakukan destructive test pada lasan tersebut?
Jika Anda punya material sisa yang sama dengan material yang di las tersebut,
maka Anda bisa mengelas dan kemudian Anda minta lab metalurgy untuk melakukan
pengujian merusak (destructive test) seperti uji tarik (tensile test), kekerasan
(hardness), bending test, dan impak (impact test). Kalau lasan tersebut terletak
di lokasi yang mengalami beban siklik (bolak balik, dynamic) maka disarankan
untuk melakukan fatigue test.

Dari hasil pengujian tersebut, Anda akan mendapatkan properties real dari hasil
lasan yang Anda punya.

Kecuali fatigue test, test yang lain tidak terlalu mahal kok. Saya bisa berikan
satu lab yang bisa melakukan pengujian-pengujian tersebut. Silakan Japri jika
tertarik.

Tanggapan 6 : Winarto

Untuk Pak Darmayadi, mungkin kita melihat dari sudut pandang yang sedikit berbeda.
Perlu saya garis bawahi disini, bahwa perhitungan kekuatan lasan suatu konstruksi
yang saya jelaskan pada E-mail sebelumnya dilakukan pada temperatur ruang (RT).

Sebab pada saat mengkualifikasi produk lasan (pengujian hasil lasan) suatu konstruksi
biasanya dilakukan pada temperatur ruang dan mengikuti standar code yang berlaku
misalnya AWS D 1.1 atau ASME section IX, dimana bentuk, ukuran dan dimensi sampel
tertentu dan dilakukan di Room Temperature.

Sekedar mengingatkan kita kembali tentang rumus atau persamaan dari modulus
elastisitas yaitu "rasio antara stress dan strain pada daerah elastisnya
(elastic range)" atau sudut tangensial (kemiringan garis yang proposional)
dari diagram enginering stress-strain.

Mengenai sudut pandang yang berbeda yang saya maksud adalah bila material dipanaskan
secara keseluruhan dan ditahan pada tempertur tertentu dan diukur propertiesnya
maka akan berbeda bila dibandingkan dengan proses pengelasan yang hanya dilelehkan
pada lokasi kecil (terlokalisir) dan mendingin (membeku), akan memiliki pengertian
dan properties yang berbeda.

Hal ini akan jelas terlihat pada pengujian tarik panas (hot tensile testing)
untuk menentukan properties material pada temperatur tinggi (elevated temperature)
dimana secara umum pengaruh temperatur terhadap mekanikal properties suatu material
bila dipanaskan keseluruhan dan ditahan di tempertur tinggi dan diukur maka
terlihat penurun kekuatan tariknya (tensile stress) tetapi meningkat elongasinya
(strain). Jadi BENAR apa yang dikatakan oleh Pak Darmayadi bahwa mechanical
properties (termasuk modulus elastis)setiap material akan turun dengan meningkatnya
temperatur bila dipanaskan secara keseluruhan dan ditahan ditempertur tertentu
lalu diukur propertiesnya. Tapi bila material yang panas tsb telah mendingin
di udara terbuka hingga temperatur ruang maka sifat mekanisnya akan kembali
ke sifat semula (original properties).

Lain halnya dengan hasil proses pengelasan (produk lasan) dimana setelah melebur
dan membeku akan memiliki 3 daerah (zona) yang berbeda propertiesnya (weld metal,
HAZ dan Base metal). Seperti di HAZ memiliki mekanikal properties yang sedikit
berbeda-beda di setiap titik dari mulai fusion line hingga ke perbatasan HAZ dan
base metal, namun dengan kontrol metalurgi lasnya yang baik maka degradasi daerah
ini dapat dieliminir. Selain itu, dalam perhitungan kekuatan lasnya secara umum
digunakan nilai modulus elastisitas yang umum untuk baja (28-30 x 10E6 psi atau
206 GPa). Namun untuk memperoleh tingkat kepercayaan perhitungan yang tinggi biasanya
digunakan "safety factor" yang nilainya agak lebih tinggi khususnya
untuk konstruksi lasan.

Singkatnya akan terlihat lebih jelas bila kita bandingkan antara hasil uji sampel
tarik material yang telah dilas (weldment) dan sampel tarik base metalnya (yang
tidak dilas) di diagram engineering stress strain, dimana untuk nilai modulus
elastisnya tetap konstan (kemiringan garisnya sama).

Untuk Pak Badaruddin, mengenai formula yang akan digunakan saya sarankan untuk
menggunakan "safety factor yang agak tinggi" untuk konstruksi lasan
dari nilai yang biasanya.

Demikian penjelasan saya dan sekali lagi terima kasih atas responsnya serta mohon
maaf apabila ada sedikit kesalah-pahaman dalam tulisan saya.

Tanggapan 7 : Darmayadi

Pak Badaruddin,
Dari pejelasan Bpk. DR.Ir.Winarto MSc ( Dosen senior bidang welding di Metalurgy
UI ) jelaslah terlihat bahwa anda tidak usah memikirkan lagi tentang modulus
elastisitas ataupun modulus geser dalam pekerjaan pengelasan anda.
Terima kasih pak win atas pencerahannya.