Feeding CNC Plasma [PDF]

Citation preview

Identifikasi Hasil Pemotongan Plasma Cutting Dengan Variasi Travel Speed Diki Azian, Ari Wibowo, Nugroho Pratomo Ariyanto Batam Polytechnics Mechanical Engineering Study Program Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: [email protected]



Abstrak Plasma cutting merupakan proses pemotongan dengan menggunakan pilot arc yang terbentuk diantara elektroda dan benda kerja dari hasil reaksi ionisasi listrik terhadap gas potong yang sangat konduktif. Proses pemotongan dapat menimbulkan zona yang terkena panas Heat Affected Zone(HAZ) dibagian tepi potongan. Travel speed pada pemotongan mempengaruhi hasil dari kualitas potongan dan HAZ. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi hasil pemotongan plasma cutting dengan variasi travel speed. Material yang digunakan adalah baja low carbon. Travel speed pemotongan tinggi 1300mm/m dross (sampah) yang menempel berukuran tebal 1.5 mm, permukaan yang di hasilkan kasar, memiliki tingkat kekerasan lebih tinggi dibandingkan dengan travel speed 500mm/m dan 900 mm/m. tingkat kekerasan tertinggi pada HAZ1 sebesar 584 HVN dan memiliki lebar HAZ yang kecil sebesar 0.46 mm. Sedangkan travel speed rendah 500 mm/m dross (sampah) yang menempel berukuran ±0.5 mm, permukaan yang dihasilkan sedikit halus, memiliki tingkat kekerasan yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan travel speed 900mm/m dan 1300 mm/m. Tingkat kerasan tertinggi pada HAZ1 sebesar 251.5 HVN serta memiliki lebar HAZ yang besar sebesar 0.5 mm. Jika travel speed 900 mm/m dross (sampah) yang menempel berukuran 1 mm, permukaan yang dihasilkan lebih halus. Memiliki tingkat kerasan tertinggi pada HAZ2 sebesar 402.1 HVN serta memiliki lebar HAZ yang sebesar 0.48 mm. Kata kunci: Plasma Cutting, Travel Speed, HAZ, Hardness, dan Mikrostruktur.



Abstract Plasma cutting is a cutting process by using arc pilot which formed between electrode and workpiece from result of electric ionization reaction to highly conductive cutting gas. The cutting process can cause heataffected zones of Heat Affected Zone (HAZ) at the cutting edge. Travel speed at cuts affects the result of cut quality and HAZ. This study aims to identify the results of cutting plasma cutting with travel speed variations. The material used is low carbon steel. Travel speed cutting height 1300mm / m dross (garbage) attached to the size of 1.5 mm thick, the surface is produced roughly, has a higher hardness rate compared to travel speed 500mm / m and 900 mm / m. the highest hardness level in HAZ1 is 584 HVN and has a small HAZ width of 0.46 mm. While the low speed travel 500 mm / m dross (garbage) attached measuring ± 0.5 mm, the surface produced a bit smooth, has a much lower hardness rate compared to travel speed 900mm / m and 1300 mm / m. The highest level of HAZ1 is 251.5 HVN and has a large HAZ width of 0.5 mm. If travel speed 900 mm / m dross (garbage) attached to the size of 1 mm, the resulting surface is smoother. Has the highest level of HAZ2 at 402.1 HVN and has a HAZ width of 0.48 mm. Keywords : Plasma Cutting, Travel Speed, HAZ, Hardness, dan Microstructure.



1



Pendahuluan



Di zaman modern seperti sekarang ini industri logam berkembang begitu pesat, hal ini disebabkan oleh beberapa aspek yang mendukung terutama teknologi proses dan teknologi material[1]. Semua jenis material logam maupun nonlogam dapat digunakan oleh industri setelah mengalami berbagai proses pengolahan seperti; peleburan, pengecoran, pencetakan, pengelasan, pemotongan, perakitan dan lain-lain. Diantara nya proses yang sering digunakan dan tidak akan terpisahkan dari pertumbuhan dan peningkatan industri ialah proses pemotongan material karena hampir pada setiap proses pemesinan melibatkan unsur pemotongan[2]. Plasma cutting merupakan alat pemotong logam non konvensional yang sering digunakan karena alat tersebut dapat memotong berbagai macam logam seperti, stainless steel, manganese steel, titanium alloys, copper, magnesium, aluminium, besi cor dan lain-lain[3]. Selain itu plasma cutting juga dapat memotong material tebal dengan bentuk lebih akurat, lebih halus, lebih cepat dan efisien. Dalam proses pengoperasian mesin plasma cutting, biasanya menggunakan CNC atau teknologi robot yang bekerja dengan pemrograman computer secara otomatis. Proses pemotongan pada plasma cutting diawali dengan terbentuk nya pilot arc diantara elektroda dan benda kerja dari hasil reaksi ionisasi listrik terhadap gas potong yang sangat konduktif. Gas di panaskan oleh pilot arc hingga suhunya meningkat sangat tinggi lalu gas akan terionisasi dan menjadi penghantar listrik. Plasma ini dialirkan melalui nozzel untuk melakukan pemotongan benda kerja, akibat konsentrasi energi dari plasma maka bagian benda kerja tersebut akan mencair dengan cepat. Ketika aliran gas meninggalkan nozzel, gas berkembang cepat membawa serta logam cair sehingga proses pemotongan berjalan terus. Suhu plasma ini bisa mencapai 33.000°c, kira-kira 10 kali suhu yang di hasilkan oleh reaksi oksigen dan asitelin[2] Kecepatan pilot Arc harus disesuaikan untuk mendapatkan kualitas potongan yang berkualitas baik. Terlalu lambat atau terlalu cepat akan menyebabkan masalah kualitas potongan. Permasalahan yang sering terjadi saat melakukan proses pemotongan pada material adalah akibat penggunaan parameter travel speed saat proses pemotongan yang tidak seimbang Sehingga mempengaruhi hasil dari kualitas potongan dan



daerah HAZ dan juga hasil dari potongan terkadang memiliki permukaan yang kasar dan harus dilakukan proses gerinda yang sedikit lama agar permukaan menjadi rata[4]. Seperti yang terlihat pada gambar 1.



Gambar 1 : Daerah HAZ



Dari uraian di tersebut, maka penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi hasil dari pemotongan plasma cutting dengan variasi trevel speed terhadap kekerasan dan mikrostruktur daerah tepi poyongan ( HAZ).



2



Metodologi Penelitian



Tempat yang di gunakan untuk melakukan penelitian ini adalah : 1.



Proses pemotongan di Lab. Welding Politeknik Negeri Batam.



2.



Proses pengujian kekerasan dan pengujian mikrostruktur di Lab. Metallurgy Politeknik Negeri Batam.



Metode yang digunakan untuk penelitian ini adalah metode ekperimen dengan menggunakan material baja low carbon dengan komposisi kimianya seperti yang terlihat pada table 1. Tabel 1 Komposisi material low carbon C



Si



Mn



P



S



Cr



Mo



Ni



Cu



0.2



0.3



1.2



0.02



0.02



0.02



0.04



0.02



0.4



Penelitian ini akan di lakukan dengan beberapa tahapan seperti pada gambar 2.



Gambar 3 : plasma cutting PNC-10 ELITE



Tabel 2 Variasi Travel Speed Pemotongan Parameter Pemotongan No.



Travel Speed (mm/min)



Arus (ampere)



Jarak Nozel (mm)



1



500



75



3



2



900



75



3



3



1300



75



3



Specimen pengujian untuk penelitian ini di buat dengan panjang 50 mm, lebar 20 mm dan tebal 12 mm. Kemudian material akan dipotong dengan menggunakan mesin bendsaw. Identifikasi visual hasil pemotongan



Gambar 2: Diagram alur penelitian



Plat baja low carbon akan di lakukan proses pemotongan mengunankan mesin plasma cutting PNC- 10 ELITE seperti pada gambar 3. Dengan posisi nozel tegak lurus terhadap material. Dimensi setiap material yang dipotong 100 mm x 20 mm x 12 mm sebanyak 3 kali percobaan. Parameter pemotongan akan dibuat menjadi 3 jenis variasi dengan memvariasikan travel speed seperti yang terlihat pada Tabel 2.



Material logam yang telah di lakukan proses pemotongan selanjutnya dilakukan identifikasi visual yang bertujuan untuk melihat hasil pemotongan. Pengujian kekerasan dan mikrostruktur Specimen yang telah di potong, harus di bersihkan mengunakan proses polisher sebelum dilakukan proses uji kekerasan. Proses ini dilakukan untuk menghilangkan karat pada permukaan logam. Setelah specimen dibersihkan, kemudian oleskan dengan etsa nital 5% di permukaan logam yang bertujuan untuk melihat daerah lebar pemotongan (HAZ) dan selanjutnya di lakukan uji hardness vicker untuk mengetahui tingkat kekerasan pada material logam dengan beban yang diberikan sebesar 1 kg dan dwell time selama 25 detik. Dengan jarak antar titik 0.25 mm sebanyak 4 titik



setiap specimen seperti pada gambar 4. Hal ini bertujuan agar di peroleh perbedaan nilai kekerasan pada logam pemotongan, logam HAZ dan logam aslinya.



Gambar 6: Hasil pemotongan 900 mm/menit



Gambar 4: Titik pengujian vickers



Setelah pengujian kekerasan maka specimen kembali di polisher sebelum di lakukan pengujian mikrostruktur. kemudian oleskan dengan etsa nital 5% di permukaan logam yang bertujuan untuk melihat daerah lebar pemotongan (HAZ) dan selanjutnya dilakukan uji mikrostruktur yang bertujuan untuk mengetahui perbedaan struktur mikro material di daerah potongan (HAZ) dengan logam aslinya.



3.



Analisa Data dan Pembahasan 3.1



Identifikasi Visual Pemotongan



Hasil



Gambar 5 : Hasil pemotongan 500 mm/menit



Gambar 7 : Hasil Pemotongan 1300 mm/m



Pada gambar 5 hasil pemotongan tersebut memiliki permukaan yang sedikit kasar, terdapat sampah (dross) yang mencair serta menempel di sepanjang tepi pada bagian bawah dengan tebal ±0.5 mm serta garis yang terbentuk dari hasil potongan berbentuk garis-garis miring. Gambar 6 hasil pemotongan tersebut terdapat sampah (dross) yang mencair dan menempel pada bagian bawah dengan tebal 1 mm dan memiliki permukaan yang lebih halus atau sedikit rata serta garis yang terbentuk dari hasil potongan hampir mendekati tegak lurus atau vertical. Sedangkan pada gambar 7 hasil pemotongan tersebut terdapat sampah (dross) yang mencair dan menempel pada bagian bawah dengan tebal 1.5 mm dan di bagian bawah mempunyai permukaan yang lebih tebal dan sangat kasar di karnakan kecepatan yang digunakan terlalu cepat sehingga api tersebut tidak memotong dengan sempurna serta garis yang terbentuk dari hasil potongan berbentuk seperti “S”.



3.2 Pengujian Kekerasan Pada penelitian ini uji kekerasan dilakukan menggunakan metode hardness Vickers dengan pembebanan 1kg. Dari hasil pengujian didapat data-data sebagai berikut:



Gambar 8 : Grafik nilai kekerasan



Tabel 3 Lebar daerah HAZ No. 1 2. 3.



Parameter Travel Speed 500 mm/m 900 mm/m 1300 mm/m



Lebar HAZ 0.5 0.48 0.46



Pada gambar 8 menunjukan adanya perbedaan tingkat kekerasan pada specimen hasil pemotongan dengan travel speed 500 mm/m, 900 mm/m dan 1300 mm/m. Terlihat pada 500 mm/m dan 900 mm/m dari titik BM1 sampai HAZ1 mengalami peningkatan yang tidak terlalu tinggi. Tingkat kekerasan tertinggi 500 mm/m terdapat pada titik HAZ1 dan 900 mm/m terdapat pada HAZ2 sebesar 251.5 HVN dan 402.1 HVN sedangkan pada 1300 mm/m dari BM1 sampai HAZ1 mengalami peningkatan yang signifikan. Tingkat kekerasan tertinggi terletak pada titik HAZ1 sebesar 584 HVN dan pada titik HAZ2 mengalami menurunan tingkat kekerasan sebesar 450.5 HVN.



3.3 Pengujian Struktur Mikro Setelah pengujian vickers, pengambilan foto micorstruktur pada tebal material di etching dengan cairan nital 5% sehingga di dapat data – data sebagai berikut :



a.



Struktur mikro dengan travel speed 500 mm/menit



A. BASE METAL



B. HAZ



C.BASE & HAZ



D. HAZ Gambar 9: struktur mikro 500 mm/m



Pada gambar 9 terlihat adanya perubahan struktur spesimen pemotongan 500 mm/m. Gambar (a) struktur pada bagian base metal dengan perbesaran 20x. Gambar (b) struktur pada bagian HAZ pemotongan dengan perbesaran 50x.



Gambar (c) struktur bagian base dan HAZ dengan perbesaran 5x. Gambar (d) struktur bagian HAZ dengan perbesaran 10x.



b. Struktur mikro dengan travel speed 900 mm/menit



A.BASE METAL



B. HAZ



c.BASE & HAZ



D. HAZ



Gambar 10: struktur mikro 900 mm/m



Pada gambar 10 terlihat adanya perubahan struktur spesimen pemotongan 900 mm/m. Gambar (a) struktur pada bagian base metal dengan perbesaran 20x. Gambar (b) struktur pada bagian HAZ pemotongan dengan perbesaran 50x.



Gambar (c) struktur bagian base dan HAZ dengan perbesaran 5x. Gambar (d) struktur bagian HAZ dengan perbesaran 10x.



c.



Struktur mikro dengan travel speed 1300 mm/menit



A.



BASE METAL



B. HAZ



C.



BASE & HAZ



D. HAZ



Gambar 11: struktur mikro 1300 mm/m



Pada gambar 11 terlihat adanya perubahan struktur spesimen pemotongan 1300 mm/m. Gambar (a) struktur pada bagian base metal dengan perbesaran 20x. Gambar (b) struktur pada bagian HAZ pemotongan dengan perbesaran 50x.



4



Kesimpulan



Berdasarkan dari hasil percobaan dan pembahasan diatas maka dapat diambil kesimpulan bahwa penggunaan travel speed pada proses pemotongan berpengaruh pada hasil kulitas potongan terhadap permukaan, tingkat kekerasan dan struktur micro pada material di daerah tepi potongan. Jika travel speed pemotongan terlalu tinggi 1300mm/m dross (sampah) yang menempel berukuran tebal 1.5 mm, permukaan yang di hasilkan sangat kasar, memiliki tingkat kekerasan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan travel speed 500mm/m dan 900 mm/m. tingkat kekerasan tertinggi pada HAZ1 sebesar 584 HVN namun mempunyai lebar HAZ yang kecil sebesar 0.46



Gambar (c) struktur bagian base dan HAZ dengan perbesaran 5x. Gambar (d) struktur bagian HAZ dengan perbesaran 10x. mm. Sedangkan jika travel speed yang digunakan terlalu rendah dross (sampah) yang menempel berukuran ±0.5 mm, permukaan yang dihasilkan sedikit halus, memiliki tingkat kekerasan yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan travel speed 900mm/m dan 1300 mm/m. yang memiliki tingkat kerasan tertinggi pada HAZ1 sebesar 251.5 HVN serta memiliki lebar HAZ yang besar sebesar 0.5 mm. Jika travel speed yang digunakan 900 mm/m dross (sampah) yang menempel berukuran 1 mm, permukaan yang dihasilkan lebih halus. Memiliki tingkat kerasan tertinggi pada HAZ2 sebesar 402.1 HVN serta memiliki lebar HAZ yang sebesar 0.48 mm. Perbedaan nilai kekerasan disebabkan karena perbedaan panas yang diterima pada saat pemototngan.



5 [1]



[2]



Daftar Pustaka



Mohruni, A.S., Kembaren, B.H., (2013). Pengaruh variasi kecepatan dan kuat arus terhadap kekerasan tegangan tarik struktur mikro baja karbon rendah dengan elektroda E6013, Jurnal Teknik Universitas Sriwijaya Al. Antoni. Akhmad,(2009), Pemesinan nonkonvensional plasma arc cutting,Jurnal Teknik Universitas Sriwijaya.



[3]



K. Salonitis and S. Vatousianos,(2012). Experimental investigation of the plasma arc cutting process, Manufacturing and Materials Department, Cranfield University.



[4]



V. Singh, (2011). Analysis of process parameters of Plasma arc cutting using design of experiment, Thesis National Institute of Technology.