Welding Joint (Sambungan Las)

PENGERTIAN SAMBUNGAN LAS

Welding Joint (Sambungan Las) – Sambungan las adalah sebuah memperoleh sambungan permanen dengan peleburan sisi dua bagian yang disambung bersamaan, dengan atau tanpa tekanan dan bahan pengisi. selanjutnya untuk peleburan bahan membutuhkan Panas untuk memperoleh pembakaran gas (untuk pengelasan gas) atau bunga api listrik (untuk las listrik).

Di samping itu Pengelasan secara insentif dalam fabrikasi sebagai metode alternatif untuk pengecoran atau forging (tempa) dan sebagai pengganti sambungan baut dan keling. Tapi meskipun demikian Sambungan las juga menggunakan media perbaikan misalnya untuk menyatukan logam akibat crack (retak), untuk menambah luka kecil yang patah seperti gigi gear.

Jenis Sambungan Las

Ada dua jenis sambungan las, yaitu:

Lap joint atau fillet joint

Welding Joint (Sambungan Las) dapat peroleh pelapisan plat dan kemudian mengelas sisi dari plat- plat. Di samping itu Bagian penampang fillet (sambungan las tipis) mendekati triangular (bentuk segitiga). Sambungan fillet bentuknya seperti misalnya pada Gambar 5.1 (a), (b), dan (c).

Gambar 5.1: Sambungan las jenis lap joint.

Butt joint

pendeknya, Butt joint menempatkan sisi plat seperti pada Gambar 5.2. Dalam pengelasan butt, namun sisi plat tidak memerlukan kemiringan jika ketebalan plat kurang dari 5 mm. Jika tebal plat adalah 5 mm sampai 12,5 mm, maka sisi yang dapat memiringkan berbentuk alur V atau U pada kedua sisi.

Gambar 5.2: Sambungan las butt joint Jenis lain dengan sambungan las terdapat pada Gambar 5.3 di bawah ini.

Gambar 5.3: Tipe lain sambungan las.

Kekuatan sambungan las fillet melintang

Welding Joint (Sambungan Las). selanjutnya Lap joint (sambungan las fillet melintang) merancang untuk kekuatan tarik, misalnya pada Gambar 5.4 (a) dan (b).

Gambar 5.4: Lap joint

Gambar 5.5 Skema dan dimensi bagian sambungan las

Untuk alasan ini, menentukan kekuatan sambungan las, mengansumsi bahwa bagian fillet adalah segitiga ABC dengan sisi miring AC seperti terlihat pada Gambar 5.5. selanjutnya Panjang setiap sisi sebagai ukuran las dan jarak tegak lurus kemiringan BD adalah tebal leher. oleh karena itu Luas minimum las pada leher BD, memberikan hasil dari tebal leher dan panjang las.

Misalnya t = Tebal leher (BD).

s = Ukuran las = Tebal plat,

l = Panjang las,

Kemudian Dari Gambar 5.5, kita temukan ketebalan leher adalah:

t = s.sin45^o = 0,707.s

selanjutnya Luas minimum las atau luas leher adalah:

A = t.l =0,707.s.l                                                                                  (5 – 1)

Jika σ_t adalah tegangan tarik yang mengijinkan las logam, kemudian kekuatan tarik sambungan untuk las fillet tunggal (single fillet weld) adalah:

P = 0,707.s.l. σ_t                                                                                    (5 – 2)

kemudian kekuatan tarik sambungan las fillet ganda (double fillet weld) adalah:

P = 2.0,707.s.l. σ_t = 1,414.s.l. σ_t                                                          (5 – 3)

Kekuatan sambungan las fillet sejajar

Pertama Sambungan las fillet sejajar merancang kekuatan geser seperti terlihat pada Gambar 5.6. Luas minimum las atau luas leher yaitu:

A = 0,707.s.l

Gambar 5.6: Sambungan las fillet sejajar dan kombinasi

Jika τ adalah tegangan geser yang mengijinkan logam las, kemudian kekuatan geser dari sambungan untuk single paralel fillet weld (las fillet sejajar tunggal),dan kekuatan geser sambungan untuk double paralel fillet weld yaitu,

P = 0,707.s.l. τ                                                                                    (5 – 4)

P = 2.0,707.s.l. τ = 1,414.s.l. τ                                                           (5 – 5)

Catatan:

Pertama Jika sambungan las adalah kombinasi dari las fillet sejajar ganda dan melintang tunggal seperti Gambar 5.6 (b), kemudian kekuatan sambungan las adalah dengan menjumlahkan kedua kekuatan sambungan las, yaitu;

P = 0,707.s.l₁. σ_t + 1,414.s.l₂. τ

l₁ adalah lebar plat.

• Untuk memperkuat las fillet, dimensi leher adalah 0,85.t.

Kasus khusus sambungan las fillet

Kasus berikut dari sambungan las fillet adalah penting untuk diperhatikan yaitu:

1. Las fillet melingkar yang mengenai torsi. kemudian Perhatikan batang silinder yang menghubungkan ke plat kaku dengan las fillet seperti pada Gambar 5.7.

misalkan         

d = Diameter batang,

r = Radius batang,

T = Torsi yang bekerja pada batang,

s = Ukuran las,

t = Tebal leher,

J = Momen inersia polar dari bagian las = π.t.d³/4

Gambar 5.7

Kita mengetahui bahwa tegangan geser untuk material yaitu:

Tegangan geser terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet dan Geser maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45^o dari bidang horisontal..

kemudian Panjang leher,             t = s.sin 45^o = 0,707.s dan tegangan geser maksimum yaitu:

• Las fillet melingkar yang mengenai momen bending. kemudian Perhatikan batang silinder yang dihubungkan ke plat kaku dengan las fillet seperti pada Gambar 5.8.

Misalnya d = Diameter batang,

M= Momen banding pada batang,

s = Ukuran las,

t = Tebal leher,

Z = Section modulus dari bagian las = π.t.d²/4

Gambar 5.8

Kita mengetahui bahwa momen bending adalah Tegangan bending terjadi pada bidang horisontal sepanjang las fillet. selanjutnya Tegangan bending maksimum terjadi pada leher las dengan sudut 45^o dari bidang horisontal.

Panjang leher,             t = s.sin 45^o = 0,707.s

dan tegangan bending maksimum yaitu:

• Las fillet memanjang yang mengenai beban torsi. selanjutnya Perhatikan plat vertikal dilas ke plat horisontal dengan dua las fillet seperti pada Gambar 5.9.

misalnya          T = Torsi yang bekerja pada plat vertikal,

l = Panjang las, s = Ukuran las, t = Tebal leher,

J = Momen inersia polar dari bagian las

    

Gambar 5.9

Variasi tegangan geser adalah sama dengan variasi tegangan normal sepanjang (l) dari balok yang dikenai bending murni. maka Tegangan geser menjadi:

Tegangan geser maksimum terjadi pada leher, yaitu:

Kekuatan Butt Joint

Sambungan butt merancang tarik dan tekan. selanjutnya Perhatikan sambungan V-butt tunggal seperti pada Gambar 5.12 (a).

Gambar 5.12: Butt joint

Dalam butt joint, panjang ukuran las adalah sama dengan tebal leher yang sama dengan tebal plat. selanjutnya Kekuatan tarik butt joint (single-V atau square butt joint),

P = t.l.σ_t                                                                                              (5 – 9)

dimana            l = panjang las. Secara umum sama dengan lebar plat.

dan kekuatan tarik double-V butt joint seperti pada Gambar 5.12 (b) adalah:

P = (t₁ + t₂).l.σ_t                                                                                   (5 – 10)

dimana            t₁ = Tebal leher bagian atas, dan

t₂ = Tebal leher bagian bawah.

Sebagai catatan bahwa ukuran las bisa lebih besar dari pada ketebalan plat, tetapi dapat juga lebih kecil. Tabel berikut menunjukkan ukuran las minimum yang direkomendasikan.

Tabel 5.1: Ukuran las minimum yang direkomendasikan.

Beban eksentris sambungan las

Sementara Beban eksentris dapat terjadi pada sambungan las dengan berbagai cara. Ketika tegangan geser dan tegangan bending secara simultan terjadi pada sambungan, maka tegangan maksimum menjadi:

Tegangan normal maksimum adalah:

Tegangan geser maksimum adalah:

dimana           

σ_b = Tegangan bending,

τ = Tegangan geser

Gambar 5.14: Beban eksentris

(5 – 11)

(5 – 12)

Ada dua kasus beban eksentris sambungan las, yaitu:

Kasus 1:

pada kasus 1, coba anda lihat Perhatikan sambungan tetap T pada salah satu ujungnya dikenai beban eksentris P pada jarak e seperti pada Gambar 5.14.

misalkan          l = Panjang las,

s = Ukuran las,

t = Tebal leher, Sambungan mendapat dua jenis tegangan:

1. Tegangan geser langsung akibat gaya geser P pada las, dan Tegangan bending akibat momen bending P x e. untuk alasan ini Kita tahu bahwa luas leher las adalah:

A = Tebal leher x panjang las

= t.l.2 = 2 t l                                    (untuk double fillet weld)

= 2.0,707.s.l = 1,414.s.l                   (t = s.cos45^o = 0,707.s)

Tegangan geser pada las adalah:

Section modulus dari logam las melalui leher las adalah:

Momen bending, M = P.e

(untuk kedua sisi las)

Tegangan bending,                                                                                                    

kemudian Kita tahu bahwa tegangan normal maksimum adalah lihat persamaan (5-11):

Tegangan geser maksimum adalah lihat persamaan (5-12):

Kasus 2:

Ketika sambungan las dibebani secara eksentris seperti pada Gambar 5.15, maka terjadi dua jenis tegangan berikut ini:

1. Tegangan geser utama dan Tegangan geser akibat momen puntir.

Misalkan 

P = Beban eksentris,

e = Eksentrisitas yaitu yaitu jarak tegak lurus antara garis aksi beban dan pusat gravitasi (G) dari fillet.

l = Panjang las, s = Ukuran las, t = Tebal leher.

Dua gaya P₁ dan P₂ adalah didahului pada pusat gravitasi G dari sistem las. Pengaruh beban P₁ = P adalah untuk menghasilkan tegangan geser utama yang diasumsikan seragam sepanjang las. karena itu Pengaruh P₂ = P menghasilkan momen puntir sebesar P x e yang memutar sambungan terhadap pusat gravitasi dari sistem las. Akibatnya momen puntir menimbulkan tegangan geser sekunder.

Kita tahu bahwa tegangan geser utama adalah sama dengan persamaan (5-13)

(luas leher untuk single fillet weld = t.l = 0,707s.l)

Ketika tegangan geser akibat momen puntir (T = P.e) pada beberapa bagian adalah seimbang untuk jarak radial dari G, sehingga tegangan akibat P.e pada titik A adalah seimbang dengan AG (r₂) dan arahnya memutar ke kanan terhadap AG. Dapat ditulis:

dimana τ₂ adalah tegangan geser pada jarak maksimum (r₂) dan τ adalah tegangan geser pada jarak r.

selanjutnya Perhatikan sebuah bagian kecil dari las yang mempunyai luas dA pada jarak r dari G.

Gaya geser pada bagian kecil ini adalah τ.dA dan momen puntir dari gaya geser terhadap G adalah:

Momen puntir total seluruh luas las adalah:

dimana    J = Momen inersia polar dari luas leher terhadap G.

Tegangan geser akibat momen puntir yaitu tegangan geser sekunder adalah:

selanjutnya Menentukan resultan tegangan, tegangan geser utama dan sekunder adalah kombinasi secara vektor.

Resultan tegangan geser pada A,

dimana            θ = sudut antara τ₁ dan τ₂ , dan cos θ = r₁/r₂

Catatan: Momen inersia polar pada luas leher (A) terhadap pusat gravitasi yang diperoleh dengan teorema sumbu sejajar yaitu:

dimana            A = luas leher = t.l = 0,707.s.l,

l = panjang las,

x = jarak tegak lurus antara dua sumbu sejajar.

Tabel 5.3: Momen inersia polar dan section modulus dari las

Welding Joint (Sambungan Las)