ELEMEN MESIN - SAMBUNGAN LAS

                                                                    SAMBUNGAN LAS

A.  Pengertian Mengelas

       Mengelas adalah cara mendapatkan sambungan tetap yang menggunakan pengaruh panas. Pada saat penyambungan, bagian yang saling disambungkan dan bahan tambah yang diperlukan bersama-sama melebur.

Kelebihan dan kekurangan sambungan las bila dibandingkan dengan sambungan keling adalah sebagai berikut.

1. Untuk sambungan kerangka baja seperti tower, tiang listrik tegangan tinggi, banguan gudang atau yang sejenis, bila dibanding dengan sambungan keling, sambungan las lebih ringan sekitar 50 %.
2. Kekuatan sambungan las dapat mencapai sekitar 70 % ÷ 100 % dari kekuatan tarik logam induk, sedangkan sambungan keling hanya mencapai sekitar 60 % ÷ 80 % dari kekuatan tarik plat yang disambung.
3. Proses kerja las sederhana, jarang memerlukan pekerjaan pendahuluan, waktu kerja lebih cepat sehingga ongkos  lebih murah.

   Kekurangan yang terdapat pada sambungan las dibanding sambungan keling adalah seperti berikut.

1. Bagian yang tersambung akan mengalami perubahan sifat seperti menjadi lebih lembek atau sebaliknya dan yang lain.
2. Sering terjadinya tegangan sisa yang sulit dideteksi.
3. Kualitas las sangat dipengaruhi oleh kemampuan juru lasnya.

B.  Metode Pengelasan

        Pengelasan yang dilakukan untuk pekerjaan konstruksi baja kebanyakan meng-gunakan pengelasan dengan busur. Sumber panasnya berasal dari nyala api listrik dari elektroda terbungkus. Cara pengelasan dengan cara demikian paling banyak digunakan. Pembungkus elektroda berfungsi sebagai pelindung las dari pengaruh udara luar. Data-data teknik elektroda terbungkus berdasarkan standar AW-STAM, terdapat pada Tabel 3.1, data-data praktis tentang diameter kawat las dan besar amper yang diperlukan,  terdapat dalam Tabel 3.2.

C.  Kemampuan Dilas

         Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap kemampuan bahan untuk dilas di antaranya adalah: sifat fisik, sifat kimia, sifat kerja bahan, tebal tipis sambungan, kekuatan sambungan, teknologi penyambungan, perlakuan sebelum, selama dan sesudah dilas dan sebagainya. Hampir setiap logam dapat dilas dengan baik, meskipun ada beberapa logam tertentu masih memerlukan persyaratan secara khusus.

         Beberapa logam untuk pekerjaan konstruksi yang dapat dilas dengan baik adalah, baja karbon dengan kandungan C antara 0,15 % ÷ 0,17 %. Baja jenis ini disebut baja biasa atau baja lunak. Di pasaran baja jenis ini dijual dalam bentuk profil, plat, pipa dan batangan. Baja dengan kandungan C antara 0,20 % ÷ 0,25 %  agak sulit untuk dilas, karena setelah dilas sering terjadi pengerasan di permukaan. Baja cor dengan kandungan C rendah, tanpa paduan yang lain juga dapat dilas dengan baik. Baja padu juga dapat dilas, namun memerlukan persyaratan khusus seperti: komposisi kawat las, dan  juru las harus memadai. Jenis baja yang lain seperti baja cor tempa putih, baja nikel, baja monel juga dapat dilas dengan baik.

D.  Bentuk Kampuh Las

              Beberapa bentuk kampuh las untuk ketebalan plat antara 2,5 mm ÷ 8 mm  ditunjukkan seperti dalam gambar berikut.

      1.  Kampuh las sudut.

     Bentuk kampuh las sudut dalam  Gambat 3.1, merupakan bentuk  las yang  paling sederhana, mudah dikerjakan dan tanpa  memerlukan  pekerjaan  pendahuluan, kecuali  untuk las tumpul yang  memerlukan  persyaratan yang lain,  seperti tebal  plat  harus sama dan sebagainya. Kampuh-kampuh las model  (b), (c)  dan (d) dalam  Gambar 3.2, akan  lebih mudah  dikerjakan, namun untuk  plat yang  tebalnya < 3  mm  sering dilas dengan kampuh seperti Gambar 3.2 (a), (e) dan (f).

    2.  Kampuh las V

Kebanyakan  plat yang  memiliki  ketebalan  antara  3 mm ÷ 2,5 mm  kampuh lasnya kampuh V. Namun bila pengelasan dari dua sisi sulit dilakukan, maka bentuk  kampuh seperti dalam Gambar 3.3a,  hasilnya kurang dapat dipercaya. Oleh  karena  itu, untuk mendapatkan sambungan yang lebih  baik, dibuat celah las seperti ditunjukkan dalam  Gambar 3.3b dan Gambar 3.3c.    

   Apabila ada kemungkinan dapat dilakukan pengelasan dari dua sisi, untuk  plat  dengan ketebalan > 12 mm, sering diterapkan kampuh las model X, seperi yang ditunjukkan dalam Gambar 3.3c.

3.  Kampuh las U

Untuk plat yang  memiliki  ketebalan  antara  25 mm ÷ 40 mm,  biasanya  menggunakan kampuh las model U Gambar 3.4, sedangkan untuk  plat  yang  memiliki  ketebalan > 40 mm, digunakan kampuh las model U ganda, Gambar 3.5.

E.  Rancangan BeberapaKonstruksi Las

              Para ahli, menganjurkan beberapa hal sebagai berikut.

1.       Untuk menekan harga, namun tetap  memperhatikan  masalah kekuatan, jumlah  las hendaknya dibuat seminimum mungkin. Potongan bagian yang akan dilas jangan  terlalu kecil, las tipis dan  panjang biasanya lebih disukai daripada las yang pendek dan tebal.

2.       Bahan induk yang dapat  dibentuk dalam  keadaan dingin, hendaknya  tidak dilas, karena dapat merusak struktur logamnya.

3.       Konstruksi yang dibangun dengan ukuran  plat berukuran  tipis dan  berpenampang bulat atau persegi, hasil pekerjaan  akan lebih kaku, tahan getar, tahan lentur dan puntir.          

4.       Tonjolan-tonjolan akibat pengerjaan awal hendaknya dibuat sedikit mungkin.

                Beberapa contok konstruksi sambungan yang dianggap kurang baik dan baik oleh para ahli dianjurkan seperti yang terdapat dalam Tabel 3.1.

F.  Pemusatan Tegangan

Adanya perubahan bentuk yang  mendadak pada las ujung dan las tumpul seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.6, akan menyebabkan terjadinya pemusatan tegangan. Terjadinya pemusatan tegangan tersebut ditunjukkan oleh adanya penyempitan jalur distribusi tegangan di titik A Gambar 3.6a, dan di titik A, B dalam Gambar 3.6b.

Penyebaran garis tegangan pada kampuh las model T yang dibebani tarik, ditunjukkan dalam Gambar 3.7. Pemusatan tegangan akan terjadi di sudut. Dalam gambar terlihat kampuh T yang dilas tunggal seperti Gambar 3.7a, paling tidak menguntungkan. Kampuh dalam Gambar 3.7c paling baik tetapi ongkos kerja mahal, karena bentuk lasnya melengkung. Kualitas sambungan tetap baik dengan harga yang lebih murah seperti kampuh las yang ditunjukkan dalam Gambar 3.7b.

  

G.  Perhitungan Kekuatan Kampuh Las

        Perhitungan kekuatan las dalam buku ini menggunakan beberapa ketentuan sebagai berikut.

1.      Bahan logam induk berasal dari baja konstruksi.

2.      Pengelasannya dengan las busur.

3.      Beban dan tegangan dianggap terdistribusi secara merata.

4.      Kekuatan bahan las sama dengan kekuatan logam induk.

1. Las Ujung Kampuh V

Kampuh pada Gambar  3.8a dibebani tarik, dan  kampuh  dalam  Gambar 3.8b dibeban geser. Las dalam Gambar 3.8a dibebani tarik , sedangkan  las dalam Gambar 3.8b dibe-  

            bani geser. Besar tegangan tarik dan tegangan geser dapat dihitung dengan persamaan,

                                                   F

                                 σ_t = τ  = ------- kg/mm² , lb/in²   ………………………….…… (1)

                                           h . l

     

 b.   Kampuh lapis dilas tumpul.

Kemiringan las tumpul seperti dalam Gambar 3.9, biasanya 45^o. Gaya  tarik F, pada las Akan  terurai  menjadi  gaya  tarik  sebesar  F Cos 45^o dan  gaya  geser  sebesar F sin  45^o,  atau  F_t = ½ F (2)^½ dan F_g  juga = ½ F (2)^½  = ½ F x √2 x √2/√2 = F/√2

Besar tegangan tarik dan tegangan geser dihitung dengan persamaan,

                                             F/√2         F

                              σ_t  = τ = -------- = ------- …………………………….…… (a,b)

                                               A          A√2

             dalam persamaan tersebut, A = luas penampang patah mm²

                                                          l = panjang efektif las. mm.

        Tegangan yang  terjadi pada  las  merupakan  tegangan  gabungan antara  tegangan tarik σ_t dengan tegangan geser τ. Menurut Hubber dan Henky,  gabungan  tegangan tersebut dihitung dengan persamaan,

                                σ_i =  σ_t² + 3τ²  kg/mm²  ..................................................  (2)

 

                                           F²      3F²     4F²    2F²

atau                         σ_i² =  ----- + ----- = ---- = -----

                                         2A²     2A²    2A²     A2

                                         F

atau                         σ_i = ----- √2  ……….……………………….…….......... (c)

                                         A.

Mengganti persamaan (1) dengan persamaan (c) akan diperoleh,

                               σ_i = σ_t√2

                                       σ_i           σ₁

                               σ_t = ---- =  -----

                                      √2      1,41

atau                        σ_t = ± 0,71.σ_i

Dalam  pelaksanaannya  tegangan  gabungan yang terjadi (σ_i) harus < dari  tegangan tarik (σ_t). Berdasarkan  pembebanan  sambungan seperti yang ditunjukkan  pada Gambar 3.9, maka persamaan (1) dapat berubah menjadi,

                               F ≤ 0,71 . σ_t . A  kg/mm², lb/in² ………………….….… (3)

      c.  Kampuh lapis dilas samping, plat dibebani tarik

Besar  reaksi  masing-masing  las  akibat  beban  tarik  F  pada plat, sebesar F/2 Gambar 3.10

Reaksi pada alas merupakan beban geser, besar tegangan geser  tersebut dapat  dihitung dengan persamaan,

                                                F                   F

                                         τ = ---  atau  τ = -----

                                                A                 h . l

Las tidak dibebani tarik, oleh  karena itu σ_t = 0. Sehubungan dengan  hal  tesebut persamaan tegangan gabungan akan berubah menjadi,

                                      3F²                   F

                            σ_i² =  -----  atau σ_i =  --- √3  atau σ_i = τ√3

                                       A²                    A

                                      σ_i

 jadi                       τ =  ----  = ± 0,58.σ_i                 

                                      √3

Menggantikan τ  ke dalam persamaan (1) akan diperoleh,

                              F ≤ 0,58.τ.A kg, lb  …………………....………….…….. (4)

       d.  Kampuk las T

Kampuh seperti dalam Gambar 3.11 dibebani  tarik dan geser,  besar  tegangan gabung an yang terjadi dapat ditentukan dengan persamaan (2) .

H.  Beban Sambungan Las di Luar Pusat

      a. Beban konstruksi di luar pusat

          Beban F sambungan las dalam  Gambar 3.12 akan menimbulkan tegangan geser  dan  te-    

            gangan lentur pada las. Besar tegangan geser dapat ditentukan dengan persamaan,

                                             F                          

                                      τ = ---  dalam hal ini F = beban kg, dan A = luas  penampang  geser las.

                                             A

          sedangkan besar tegangan lentur ditentukan dengan persamaan,

                                              M_b

                                     σ_b = ------, dalam  hal ini M_b = Fx l, dan W_b = momen  tahanan  penam-

                                              W_b

pang las yang melentur. Patahan  penampang ini akan  berbentuk persegi panjang,  maka W_b = 1/6 x l x h². (yang dikuadratkan adalah sisi yang sejajar beban).

          Tegangan jumlahnya ditentukan dengan persamaan.

                            σ_i =  {(τ)² + (σ_b)²}^½  kg/mm², lb/in² …………………………..… (5)

     b.  Las sudut di sekeliling pangkal silinder

          Las seperti dalam Gambar 3.13 dibebani puntir, besar momen puntir atau torsi T = F.d/2.

            Torsi tersebut akan diterima oleh  las, terhadap las akan menimbulkan  tegangan puntir,

besar tegangan puntir dapat dihitung dengan persamaan,

                                           T

                                  τ_p = ----,

                                          W_p

            Dalam  hal ini T  momen  puntir  atau  torsi = F . d/2, W_w  momen  tahanan  penampang patah las.  Kalau h tebal las mm, d diameter  lingkaran las mm, maka  irisan penampang patahnya akan berbentuk  persegi panjang  sehingga W_b = 1/6.d.h².  Memasukkan harga T dan W_b ke persamaan  di atas akan diperoleh,

                                               F x d/2         3F

                         τ_g = -------------- = ----  kg/mm², lb/in²………………………  (6)

                                1/6 x d x h²      h²

      c.  Las dengan jarak pusat yang berbeda-beda

Las seperti yang ditunjukkan  dalam Gambar 3.14, memiliki  jarak  terhadap pusat  konstruksi sambungan yang berbeda-beda. Kalau Δ_A  elemen luas  panampang patah  las, C_g letak titik pusat konstruksi, r jarak elemen luas terhadap pusat, τ tegangan geser las, 

maka  torsi terhadap pusat Cg,

                                                        τ                      τ.I

                               T = ∑r.τ.Δ_A = ----- ∑ r².Δ_A =  ----

                                                        r                       r

                                       T.r

            atau             τ = ------ kg/mm², lb/in²  .………………………...……..…….  (7)

                                         I

            Momen lembam penampang las terhadap sumbu sejajar yang melalui  Cg,

                                 I = I_o + A.(r₁)² mm⁴, in⁴

                                         A.l²

           dalam hal ini I_o = ------ , oleh karena itu

                                          12  

                                             l²

                                 I = A(----- + r₁²)            

                                            12

                                               T . r                  12T.r

           maka              τ = -----------------  = -------------

                                                l²                 A(l² + r₁²)

                                        A  (---- + r₁²)

                                               12

                                            12T.r

           atau                τ =  ------------ kg/mm², lb/in²…………….………….……  (8)

                                        A(l² + r₁²)