Sambungan Las [PDF]

Citation preview

2.4. Sambung Las 2.4.1. Pengantar Sambungan las adalah salah satu cara menyambung dua logam dengan cara melelehkan bersama-sama bahan dasar dan bahan tambah (elektroda). Salah satu jenis pengelasan yang paling sederhana dan paling canggih untuk pengelasan baja struktural adalah pengelasan busur nyala logam terlindung. Pemanasan dilakukan dengan busur listrik (nyala) antara elektroda yang dilapisi dan bahan yang akan disambung. Elektroda yang dilapis akan habis karena logam pada elektroda dipindahkan kebahan dasar selama proses pengelasan. Kawat elektroda (kawat las) menjadi bahan pengisi dan lapisannya sebagian dikonversi . menjadi gas pelindung, sebagian menjadi terak (slag), dan sebagian lagi diserap oleh logam las. Rangkaian pengelasan lihat gambar bawah.



Gambar 2.4.1.Las listrik Lapisan elektroda berfungsi sebagai berikut : ¨ Menghasilkan gas pelindung untuk mencegah masuknya udara dan membuat busur stabil. ¨ Memberikan bahan lain, seperti unsur pengurai oksida, untuk memperhalus struktur butiran pada logam las. ¨ Menghasilkan lapisan terak di atas kolam yang mencair dan memadatkan las untuk melindunginya dari oksigen dan nitrogen dalam udara, serta juga memperlambat pendinginan. Jenis las untuk pembahasan berikutnya harus diketahui untuk mengetahui dan memilih bagaimana bahan dasar sebagai elemen konstruksi harus disambung dan cara perhitungannya.



44



Jenis- jenis sambungan las. Jenis las yang umum adalah : las tumpul, las sudut, las pengisi (sebagai las baji atau las pasak).



Gambar 2.4.2.Jenis-jenis sambunganlas 2.4.2. Pemeriksaan las. Perkembangan pesat dalam bidang pengelasan struktur bangunan dan jembatan dewasa ini dikarenakan adanya inspeksi dan pengontrolan yang baik. Industri las telah mengeluarkan petunjuk-petunjuk yang bila diikuti akan menghasilkan las yang kuat. Prosedur pemeriksaan harus dimulai sebelum pengelasan pertama dilakukan hingga selesai. Jika diperlukan, uji awal pada sambungan dilakukan untuk menjamin hasil yang memuaskan. Karena pengawasan yang ketat tidak mungkin pada setiap kali las dibuat, disarankan: 



Gunakan prosedur pengelasan yang baik dengan mengikuti saran saran dari AWS, AISC dan penghasil peralatan las. Prosedur yang akan diikuti tergantung pada sifat kimia dan fisik dari bahan, jenis dan ukuran las, serta peralatan khusus yang digunakan.







Gunakan tukang las yang sudah lulus uji kualifikasi AWS sebelum diijinkan mernbuat sambungan struktural.







Gunakan pengawas yang baik dan selalu berada di tempat, karena bisa membuat tukang las bekerja lebih baik. Pengawas sebaiknya bekas tukang las yang mampu melihat cacat pada las dan mengetahui kualitas las.







Lakukan teknik inspeksi khusus jika perlu



45



Pemeriksaan yang paling sederhana dan murah ialah pengamatan tetapi ini tergantung pada keahlian dari pemeriksa. Struktur yang lebih penting dan untuk las yang keruntuhannya sangat membahayakan, teknik pemeriksaan yang lebih ketat harus harus diterapkan. Beberapa yang bermanfaat ialah : Metode ultrasonik : dilakukan dengan melewatkan gelombang suara yang sangat tinggi frekwensinya pada las. Cacat pada suatu las akan memantulkan gelombang suara, sedang las tanpa cacat akan meneruskan gelombang tersebut. Metode radiografis : menggunakan sinar X dan sinar gamma. Dalam metode ini, sumber radiasi diletakkan pada salah satu sisi las dan plat fotografis diletakkan pada sisi lainnya. Metode ini mahal dan memerlukan perlakuan khusus karena radiasinya berbahaya. Namun metode radiografis dapat dipercaya dan niemberikan rekaman permanen. Metode uji partikel magnetis : memakai bubuk besi yang disebarkan di sekeliling daerah yang di las dan dipolarisasi dengan melewatkan arus listrik melalui las. Kutub lokal yang kecil akan terbentuk di tepi-tepi suatu cacat, ini dapat dilihat oleh pengamat yang berpengalaman. Perhitungan kekuatan las 1. LAS TUMPUL Penyaluran gaya pada las terjadi pada bidang kedalaman / ketebalan bahan dasar (elemen yang disambung). Las tumpul penetrasi penuh. Las tumpul dimana terdapat penyatuan antara las dan bahan induk sepanjang kedalaman penuh sambungan. Las tumpul penetrasi sebagian : Las tumpul di mana kedalaman penetrasi lebih kecil daripada kedalaman penuh sambungan. sudut



gsr (a)



Le tr / tk d



46



sudut



gsr Le tr / tk



d3



(b)



d4



sudut



Gambar 2.4.3.Las tumpul Tebal rencana las (tt) Tebal rencana las ditetapkan sebagai berikut : a) Las tumpul penetrasi penuh : tt = ukuran las ; b) Las tumpul penetrasi sebagian : i) Sudut antara bagian yang disambung < 60° Satu sisi : tt = (d – 3) mm



Gambar 2.4.3.a



Dua sisi : tt = (d3 + d4 – 6) mm



Gambar 2.4.3.b



ii) Sudut antara bagian yang disambung > 60° Satu sisi : tt = d mm



Gambar 2.4.3.a



Dua sisi : tt = (d3 + d4) mm



Gambar 2.4.3.b



Dengan d adalah kedalaman yang dipersiapkan untuk las (d 3 dan d4 adalah nilai untuk tiap sisi las) Paniang efektif : (Le) Le = panjang las ukuran penuh yang menerus. Luas efektif : (Aw)



Aw = Le * tt



Kuat las Gaya per – satuan panjang las (i) Sambungan dibebani gaya tarik / tekan aksial terhadap luas efektif : yRnw = 0,9 * tt * fy



(bahan dasar)



yRnw = 0,9 * tt * fyw



(las)



(ii) Sambungan dibebani gaya geser terhadap luas efektif : yRnw = 0,9 * tt * (0,6 * fy )



(bahan dasar)



yRnw = 0,8* tt *( 0,6 * fuw )



(las)



Keterangan :  = 0,9 adalah faktor reduksi kekuatan fyw, fuw adalah tegangan leleh dan tegangan tarik putus bahan las



47



Peralihan tebal atau lebar Sambungan las tumpul antara bagian yang tebalnya berbeda atau lebarnya tidak sama



yang



memikul



gaya



tarik



harus



mempunyai



peralihan



halus



antara



permukaan dan ujung. Peralihan harus dibuat dengan melandaikan bagian yang lebih tebal atau dengan melandaikan permukaan las atau dengan kombinasi dari keduanya. Kelandaian peralihan antar bagian tidak boleh lebih tajam dari 1 : 1.



Gambar 2.4.4.Las tumpuluntuktebal plat berbeda 2. LAS SUDUT Ukuran las Ukuran las sudut ditentukan oleh panjang kaki. Panjang kaki harus ditentukan sebagai panjang tw1, tw2, dari sisi yang terletak sepanjang kaki segitiga yang terbentuk dalam penampang melintang las. Bila kakinya sama panjang, ukurannya adalah tw Bila terdapat sela akar, ukuran tw diberikan panjang kaki segitiga yang terbentuk dengan mengurangi sela akar. Tabel 2.4.1.Ukuran minimum las sudut Tebal bagian paling tebal, t (mm)



Tebal minimum las sudut, tw (mm)



t7



3



7 < t  10



4



10 < t  15



5



15 < t



6



Kecuali bila ukuran las tidak boleh melebihi tebal bagian yang tertipis dalam sambungan.



48



Tabel 2.4.2.Ukuran maksimum lassudut Tebal komponen, t (mm)



Tebal maksimum las sudut, tw (mm)



< 6,4



t



 6,4



t – 1,6



tt



tt



tw



tw tw



tw



las sudut konkaf



las sudut konveks



tt



sela akar



tw



tw



las sudut sela akar Gambar 2.4.5.Menentukan tt



Panjang efektif (Le)



49



Le = seluruh panjang las sudut berukuran penuh (Le  4tw) Apabila Le < 4tw, maka ukuran las untuk perencanaan harus dianggap sebesar 0,25 * Le Persyaratan panjang minimum berlaku juga pada sambungan pelat yang bertumpuk. Tiap segmen las sudut yang tidak menerus (selang-seling) harus mempunyai panjang efektif tidak kurang dari 40 mm dan 4 kali ukuran nominal las. Tebal rencana las (tt ) Lihat gambar 2.4.5. Luas efektif las , ( Aw ) A w = Le * tt Kuat Las ( Gaya per – satuan panjang las ) fRnw = 0,75 * tt *(0,6 fu)



(bahan dasar)



fRnw = 0,75 * tt * (0,6 fuw)



(las)



f= 0,75 adalah faktor reduksi kekuatan saat fraktur



dengan



Keterangan fu



= tegangan tarik putus bahan dasar, Mpa



fuw



= tegangan tarik putus logam las, Mpa



tt



= tebal rencana las, mm



3. LAS PENGISI. Las pengisi yang dimaksud adalah dalam bentuk lubang terisi dengan metal las. Luas geser efektif, Aw las dalam lubang terisi dengan logam las dianggap sama dengan luas penampang melintang nominal lobang bulat atau selot dalam bidang permukaan komponen tersambung. Las pengisi demikian yang memikul gaya geser terfaktor Ru, harus memenuhi Ru ≤ Rnw Dengan



fRnw = 0,75 * ( 0,6 fuw )* Aw



Keterangan:



f = 0,75 adalah faktor reduksi kekuatan saat fraktur



50



(las)



fuw



adalah tegangan tarik putus logam las.



Bila pengelasan dilakukan dala bentuk las sudut disekeliling lubang baut, maka kuat nominal dihitung sebagai kekuatan nominal las sudut. Las pengisi hanya boleh digunakan untuk menyalurkan geser dalam sambungan tumpuk atau untuk mencegah tekuk dari bagaian yang bertumpuk atau untuk menyambung bagian komponen dari komponen struktur tersusun, gambar 2.4.6. menunjukkan dua buah pelat dengan tebal t1dan t2 yang mana t1lebih tipis dari t2 t1



t2 S > 12 t1> 150 mm Tampakdepan



laspengisi



Tampakatas



Gambar 2.4.6.contohlaspengisi Contoh 5 Diketahui : Dua buah pelat disambung dengan las memanjang Berukuran l = 250 mm, w = 200 mm Pelatbaja



: fy = 250 Mpa, fu = 410 Mpa



Las



: elektroda :E70xx Gambar 2.4.7.sambungan las sudut dua pelat



Las sudut = 10 mm Ditanyakan : Gaya tarik Pu yang dapat dipikul Jawab: tw = 10 –1,6



= 8,4 mm



tt = 0,707*8,4 = 5,94 mm



51



E – 70xx :kekuatan tarik putus las fuw = 70 ksi = 70*7 = 490 Mpa Kuatlas : Bahan las :



ɸ* Rnw = 0,75*(0,6*490)*5,94 = 1,31 kN → per mm panjang las



Bahan pelat:



ɸ* Rnw = 0,75*(0,6*410)*10



= 2,58kN → per mmpanjang pelat



Pu1≤ 2*(250*1,31)kN = 650 kN Kuat pelat : Kondisi leleh :



ɸ* Rn = 0,90*Ag*fy = 0,90*(200*10)*250 = 450 kN



Kondisi fraktur



ɸ* Rn = 0,75*Ae*fu = 0,75*(0,75*200*10)*410 = 645 kN ↑ Factor luasan batang tarik (U)



L 250 = =1,25→ U = 0,75 → Ae = 0,75*Ag W 200 Pu2 ≤ 450 kN Jadi :beban rencana yang dapat dipikul Pu = Pu2 ≤ 450 kN (ditentukan oleh kondisi leleh pelat 200 x 10, bukan oleh kegagalan las). SAMBUNGAN PELAT DENGAN EKSENTRISITAS Contoh 6 Diketahui: Baja



fy= 250 Mpa fu



Las



= 410 Mpa



fuw = 490 Mpa Las sudut



Gambar 2.4.8.profil siku di las pada pelat



Ditanyakan: Panjang las yang diperlukan Jawab :



52



Tebal las efektif



tw = t = 6 mm < 6,4 mm tt = 0,707*6 = 4,24 mm



1. Las memanjang pada kedua sisi searah gaya Pu Kuat rencana : Bahan las



: ɸ* Rnw = 0,75*(0,60*490)*4,24*Lw ≥ Pu Lw ≥ 107 mm



Bahan baja



: ɸ* Rnw = 0,75*(0,60*410)*6*Lw



≥ Pu Lw ≥ 90,3 mm



Lw total = 107 mm (panjang total las perlu) Penempatan las memanjang sepanjang Lw diatur dengan memperhatikan eksentrisitas yang terjadi di daerah ujung batang (pada daerah sambungan las), sebagai berikut :



Gambar 2.4.9.las panjang 2 sisipadasiku



Gambar 2.4.10.gaya dalam menentukan ukuran las Keseimbangan momen terhadap serat atas siku = 0 (lihat gambar 2.4.10) P2*60 – Pu*16,9 = 0 P 2=



(



100∗103∗16,9 = 28,17kN 60



)



Σgaya = 0 -P1 – P2 + Pu = 0



53



P1 = Pu –P2 = 71,83kN P2 P2 28,17∗103 N Lw 2 = = =30,13mm= ∗Lw ɸ R nw 0,75∗( 0,60∗490∗4,24 ) Pu Lw 1 =



P1 P 71,83∗103 N = =76,87 mm= 1 ∗Lw =Lw −L w2 ɸ R nw 0,75∗( 0,60∗490∗4,24 ) Pu



Catatan: Las pengakhiran (end-return) sepanjang ≥ 2 tw ditambahkan pada sisi ujung pelat untuk menghindari kegagalan las di daerah tersebut.



Gambar 2.4.11.yang harus di las 2. Las memanjang dan melintang Contoh7



Gambar 2.4.12.Rencana pengelasan 3 sisi Asumsi :kuat las melintang dianggap sama dengan kuat las memanjang Keseimbangan momen di las bagian atas = 0



(L )



w3 ( Lw 1 + Lw 2+ Lw3 )∗16,9−L w3∗ 2 −L w2∗60=0 2 Lw 3 + Lw 2∗60 60 + Lw 2∗60 2 2 = Lw 1 + Lw 2+ L w3 Lw =107



Lw 3 16,9=



( )



54



Lw2 = 0,14 mm Lw1 = 107 – 60 – 0,14 = 46,86 mm Panjang las rencana : Lw1 = 47 mm, Lw3 = 60 mm, Lw2 = seperlunya (6 mm) Asumsi di atas adalah konservatif, karena panjang las yang dibuat tegak lurus arah gaya tarik, akan memiliki kekuatan lebih besar daripada las yang dibuat memanjang searah gaya tarik. SAMBUNGAN LAS GESER EKSENTRIS 1.Cara elastis



Gambar 2.4.13.Konstruksi bracket dengan las grup Asumsi las dianggap berotasi pada titik berat. Bekerjanya Pu di atas akan menimbulkan gaya lintang dan torsi pada penampang las, keduanya memberikan sumbangan tegangan geser pada penampang las. 1) Gaya lintang : V u=Pu berupa



V ux =Pux



dan



V uy =Puy



Dianggap dipikul secara merata oleh seluruh luas efektif las (Aw) τ 'x =



V ux Aw



dan



τ 'y =



V uy Aw



2) Momen : T u=Puy∗e x + Pux∗e y Tegangan geser yang dipikul elemen las sebanding dengan jaraknya ketitik rotasi



55



τ }x = {{T} rsub {u} * {y} rsub {max}} over {{I} rsub {p} ¿ τ }y =



{{T} rsub {u} * {x} rsub {max}} over {{I} rsub {p} ¿



Ip (Jw = Ix + Iy adalah momen inersia polar, konstanta torsi ) dapat dihitung untuk las dengan tebal efektif rencana = 1 mm, dengan menggunakan table, lihat table 2.4.3 2 ½



[



τ u = ( τ 'x + τ }x right )} ^ {2} + {left ({τ} rsub {y} rsup {'} + {τ} rsub {y} rsup { )



]



τ u ≤ ∅ ( 0,6∗f uw )=0,75 ( 0,6∗f uw ) Contoh 8 Diketahui: las grup seperti gambar dibawah



Gambar 2.4.14.Konstruksi bracket dengan las grup dan ukurannya Las :las sudut dengan elektroda E-70xx Ditanyakan : tebal las tw Jawab: 1. Mencari besaran untuk menghitung tegangan geser  Titik berat las grup X=



b2 1502 = =45 mm (2 b+ d ) ( 2∗150+200 ) Y = 100 mm  Menghitung momen T u=Puy∗e x + Pux∗e y =100∗( 200+105 ) +0∗0=3,05∗10 3 kN mm



56



 Luas las Dalam perhitungan, tebal efektif rencana las (tt) diambil = 1 mm2 Aw = 2*150 + 200 = 500 mm2  Momen inersia polar (lihat table 2.4.3.)



[



I p=J w =



¿



[



( 8 b3 +6 bd 2 +d 3 ) 12



][ −



b4 ( 2 b+d )



( 8∗1503 +6150∗2002+ 2003 ) 12



]



b4 − ( 2∗150+ 200 )



][



]



¿ 4904166,67 mm 4 2. Mencari tegangan geser. Tegangan geser maksimum yang terjauh dari titik berat las (untuk tt = 1mm)  Tegangan geser akibat lintang τ 'xa = '



τ ya=



V ux 0 = =0 A w 500 V uy 100 kN = =0,20 (↓) A w 500 mm2



 Tegangan geser akibat momen τ }xa=



{{T} rsub {u} * {y} rsub {a}} over {{I} rsub {p}} = {(3,05* {10} ^ {4} ) left (100 right ) kN {mm} ^ {2}} over {4904166,67 {mm} ^ {4}} =0,622 {kN} over {{mm} ^ {2}}



τ }ya= {{T} rsub {u} * {x} rsub {a}} over {{I} rsub {p}} = {(3,05* {10} ^ {4} ) left (105 right ) kN {mm} ^ {2}} over {4904166,67 {mm} ^ {4}} =0,622 {kN} over {{mm} ^ {2}}  Tegangan geser total pada titik a (untuk tt = 1 mm) τ ua = ( ( 0,2+0,653 )2 +0,6222 )=1,0577



√



 Mencari tebal las tw ∅ τ nw ≥ τ ua 0,75∗( 0,6∗490 )∗t t ≥ 1,0577 t t ≥ 4,78 mm tw≥



4,78 ≥ 6,8 mm 0707



57



kN mm2



Tabel 2.4.3.momen inersia polar



58



SIMBOL PENGELASAN Seorang pelaksana sebelum melakukan fabrikasi konstruksi baja yang harus di las, perlu memahami ukuran las diperlukan sesuai perencanaan konstruktor .Tabel 2.4.4 berikut adalah cara sederhana sebagai komunikasi antarapelaksana dan konstruktor, yang menunjukkan jenis las, ukuran, panjang dan letak las serta instruksi khusus lainnya. Tabel 2.4.4.Simbol pengelasan



59



Gambar



2.4.15.berikutadalahsebuahcontoh



dansederhanayangmemperlihatkanpemakaian symbol pengelasan.



Gambar 2.4.15.Pemakaian simbolpengelasanpadakonstruksi



60



detail



SambunganlasseringdibuatumumnyatidakmemerlukaninstruksikhususdanTabel 2.4.5.adalahcara lainlebihsederhananamunadatempat symbol yang ditiadakan. Tabel 2.4.5.Pemakaian symbol pengelasan yang umum



61



62



63



64



65



'



τ x=



V ux ' V uy τ = A w y Aw



66



67



68



Contoh 5 Diketahui Duabuahpelatdisambungdenganlasmemanjang Berukuran l = 250 mm, w = 200 mm



69



70



71