Sambungan Las (Weld Joints) Ir. Bambang W Sidharta, M.Eng. IST AKPRIND 2014 Sambungan Las (Weld Joints)

Sambungan Las : Ada beberapa jenis sambungan las. Pada contoh ini kita bicarakan hanya beberapa jenis sambungan las yang umum. Salah satu jenis sambungannya adalah Butt Joint (Sambungan Bilah) seperti digambarkan pada diagram 1a di bawah ini, yaitu bila dua buah pelat yang dipisahkan oleh jarak yang kecil, kemudian dilas.

Jarak yang ada kemudian diisi dengan material las dengan menggunakan las busur, sehingga kedua pelat tadi menyatu. Tergantung dari ukuran dan ketebalan dari pelat, ujung dari pelat yang akan dilas dibuat kampuh untuk menghasilkan lasan yang lebih baik , dimana las bilah ini menghasilkan kekuatan yang lebih baik daripada pelatnya, juga tergantung dari material lasan yang digunakan. Untuk las sambungan bilah ini, beban P dapat dihitung dengan rumus : Plas = (w.t).σtarik , Dimana : w = lebar dari pelat t = tebal dari pelat σtarik = tegangan tarik yang diizinkan dari material pelat. Jenis sambungan yang kedua adalah sambungan las berimpit (Lap Joints) menggunakan sambungan las dengan kemiringan 450, seperti terlihat pada diagram 2, 3 dan 4. Pada contoh ini, pelat yang di atas dilas dengan pelat yang di bawah, dimana lasannya membentuk kemiringan 450, seperti diperlihatkan pada diagram 2a. Karena bidang lasan kiri dan kanan sama, maka lasan ini dikenal sebagai Las dengan kemiringan 450 (450 fillet weld). Leher dari lasan (throat of the weld) adalah garis tegak lurus yang membagi sudut 900 dari lasan menjadi dua (lihat diagram 2a). Ketika terjadi kerusakan/kegagalan pada lasan, maka diasumsikan terjadi di bidang geser pada leher lasan ini.

Untuk menentukan beban yang dapat di tanggung/ditahan oleh lasan sebelum terjadi kerusakan/kegagalan dari lasan tersebut, kita gunakan hasil dari perkalian luas area bidang geser throat dengan tegangan geser yang diizinkan untuk material lasan . (Luas area bidang geser adalah jarak throat dikalikan dengan panjang lasan, lihat diagram 2b)

Beban dari lasan (beban yang dapat ditahan oleh lasan) adalah : Plasan = Area.τall = (throat.length).τall = (t sin 450 . L). τall , akhirnya didapatkan : Plasan = (0,707 t . L). τall , Dimana : t = tebal dari pelat (dan tinggi & dasar dari lasan) L = panjang dari lasan τall = tegangan geser yang diizinkan untuk bahan lasan.

Contoh Soal 1 : Dua pelat baja seperti terlihat pada diagram 5 dilas. Pelat yang di atas mempunyai ketebalan ¾ inch dan lebar 8 inch; kemudian dilas dengan pelat yang di bawahnya dengan kemiringan lasan 450. Pelat yang di atas dilas sepanjang sisi AB dan FG. Kita pertama kali perlu menentukan minimum panjang dari lasan untuk dapat menahan beban 80.000 lb. Dan kemudian menentukan bagaimana lasan harus didistribusikan sepanjang sisi AB dan FG . Catatan : bahwa beban tidak digunakan secara simetris, sehingga beban digunakan mendekati ujung dari pelat bagian atas daripada bagian yang lain . Berdasarkan hal tersebut di atas, kita tentukan jumlah lasan yang kita butuhkan , agar didapatkan kekuatan lasan yang sama besar dengan kekuatan pelatnya. Tegangan yang diizinkan adalah sebagai berikut : Bahan lasan : τ = 14.000 lb/in2 ; σt = 24.000 lb/in2 Bahan pelat : τ = 15.000 lb/in2 ; σt = 30.000 lb/in2 Dimensi AB = GF = 20 inch ; CD = 3 inch ; DE = 5 inch.

Penyelesaian : Bagian 1 . Pertama kali kita tentukan panjang minimum dari lasan untuk dapat menahan beban 80.000 lb dengan menggunakan rumus lasan dan tentukan beban dimana lasan dapat bertahan sebelum mencapai 80.000 lb. Plasan = (0,707 t . L).τall , atau 80.000 lb = (0,707. ¾” . L ). 14.000 lb/in2 = (7.424 lb./in).L ; kemudian L = 80.000 lb./(7.424 lb./in.) = 10,78 inch. Ini adalah panjang minimum dari lasan untuk dapat menahan beban, akan tetapi karena beban 80.000 lb tidak diaplikasikan secara symetris pada pelat, kita tidak dapat mengaplikasikan lasan secara simetris. Oleh karena itu, jika kita tempatkan besar dari lasan yang sama pada sisi AB dan GF, pada kasus ini lasan akan rusak. Untuk menentukan menentukan bagaimana lasan harus didistribusikan, sekali lagi kita gunakan kondisi kesetimbangan statis. Bagian 2. Pada diagram 6 dapat kita lihat lasan didistribusikan dengan LAB pada sisi AB dan LGF pada sisi GF. Jumlah panjang dari LAB dan LGF harus 10,78 inch (minimum panjang lasan yang kita butuhkan). Maksimum gaya dimana lasan dapat bertahan FAB = (7.424 lb./in.).LAB dan FGF = (7.424 lb./in).LGF, seperti digambarkan pada diagram 6.

Sekarang kita aplikasikan kondisi kesetimbangan statis pada pelat bagian atas : Jumlah Gaya (Sum of Forces) : 80.000 lb. – (7.424 lb./in).LAB – (7.424 lb./in).LGF = 0 Jumlah Torsipada G (Sum of Torque) : - 80.000 lb . (5”) + (7.424 lb./in).LAB. (8”) = 0 Dari persamaan di atas didapatkan LAB = 6,73 inch. Karena jumlah LAB dan LGF = 10,78 inch , maka LGF = 10,78” – 6,73” = 4,05”. Jadi dapat dikatakan bahwa untuk menahan beban 80.000 lb., maka lasan harus didistribusikan (dan memenuhi kondisi kesetimbangan statis)

Plasan = (0,707 t . L) . τall = Ppelat = (w . t).σt , atau Bagian 3 : Bagian yang menarik dari sambungan las ini adalah berapa banyak lasan yang kita butuhkan untuk membuat sambungan las sekuat pelatnya. Pada kasus ini kita asumsikan pelat diberi beban tarik, sehingga kekuatan dari pelat adalah Ppelat = hasil dari luas penampang area pelat dan tegangan tarik yang diizinkan untuk bahan pelat, atau Ppelat =(w .t).σt . Hal ini sama dengan kekuatan dari sambungan rivet dan kita dapatkan panjang dari lasan yang kita butuhkan : Plasan = (0,707 t . L) . τall = Ppelat = (w . t).σt , atau (0,707 t . L).τall = (w.t)σt , kemudian (0,707 . ¾” . L). 14.000 lb/in2 = (8” . ¾”) . 30.000 lb./in2 ; dan didapatkan : L = 24,25 inch. Ini adalah panjang minimum dari lasan agar didapatkan kekuatan las sekuat pelat (pada tegangan tarik).

Contoh Soal 2 : Dua buah pelat seperti digambarkan pada diagram 1. Pelat yang atas dengan ketebalan ½ inch serta lebar 10 inch, dilas dengan pelat bawahnya dengan las kemiringan 450. Pelat bagian atas dilas penuh sepanjang sisi AG dan dilas sebagian pada sisi AB dan FG.

Tentukan panjang minimum lasan yang dibutuhkan untuk menahan/menanggung beban 90.000 lb. dan tentukan seberapa panjang dari lasan yang ditempatkan sepanjang sisi AB dan FG. Tentukan panjang lasan yang dibutuhkan agar menjadikan kekuatan lasan sekuat kekuatan pelat. Tegangan yang diizinkan adalah sebagai berikut : Bahan lasan : τ = 15.000 lb. /in2 ; σt = 24.000 lb/in2 Bahan pelat : τ = 14.000 lb./in2 ; σt = 28.000 lb./in2 Dimensi : AB = GF = 20 inch ; CD = 4 inch dan DE = 6 inch. Penyelesaian : Bagian 1. Tentukan panjang minimum lasan yang dapat menahan beban 90.000 lb , Plasan = (0.707 t . L). τall ; atau 90.000 lb = (0,707. 1/2”.L) . 15.000 lb./in2 = (5.300 lb/in).L ; L = 90.000 lb./(5.300 lb./in) = 16,98 inch.

Bagian 2 Pada diagram 2, kita saksikan distribusi las yaitu LAB pada sisi AB, LGF pada sisi GF dan lasan sepanjang 10 inch pada sisi AG. Jumlah panjang lasan LAB, LGF dan panjang 10 inch lasan pada sisi AG harus sama dengan 16,98 inch. (yaitu panjang lasan minimum yang dibutuhkan). Maksimum gaya yang dapat ditahan pada lasan ini adalah : FAB = (5.300 lb./in).LAB ; FGF = (5.300 lb./in).LGF dan FAG = 5.300 lb./in .10” = 53.000 lb., seperti terlihat pada diagram 2.

Kita gunakan kondisi kesetimbangan statis pada pelat bagian atas : Jumlah Gaya-gaya : 90.000 lb. – (5.300 lb./in).LAB – (5.300 lb./in).LGF -53.000 lb. = 0 Jumlah Torsipada G : 90.000 lb. . (6”) + (5300 lb./in).LAB . (10”) + 53.000 lb. . 5” = 0 Dengan menyelesaikan persamaan torsi di atas, didapatkan LAB = 5,19 inch, sehingga kita dapatkan nilai LGF berdasarkan penjumlahan LAB + LGF + 10” = 16,98 inch. Sehingga LGF = 16,98” – 5,19” – 10” = 1,79”. Jadi dapat dikatakan bahwa untuk menahan beban 90.000 lb. , maka lasan harus didistribusikan (dan memenuhi kondisi kesetimbangan statis) Bagian 3 . Kita asumsikan pelat dibebani tegangan tarik (tension), jadi kekuatan dari pelat adalah Ppelat = hasil dari luas penampang area pelat dikalikan dengan tegangan tarik yang diizinkan dari bahan pelat , atau Ppelat = (w . t).σt. Kemudian kita atur, karena sama dengan kekuatan dari sambungan rivet, sehingga didapatkan panjang dari lasan yang kita butuhkan. Plasan – (0.707 t . L).τall = Ppelat = (w . t).σt , atau (0,707t . L).τall = (w . t).σt , kemudian (0,707 . 0,5”.L). 15.000 lb./in2 = (10”. 0,5”).28.000 lb./in2 , Maka didapatkan L = 26,4 inch. Ini adalah panjang lasan minimum yang membuat kekuatan las sekuat kekuatan pelat (karena beban tarik).

Soal Latihan : Tentukan panjang minimum (dalam inch) dari lasan agar dapat menahan beban 100.000 lb., dan spesifikasikan berapa panjang lasan harus dibuat sepanjang sisi AB dan FG. Tentukan panjang lasan yang dibutuhkan agar didapatkan kekuatan las yang setara dengan kekuatan pelat. Tegangan yang diizinkan adalah sebagai berikut : Bahan lasan : τ = 12.000 lb./in2 ; σt = 24.000 lb./in2 Bahan pelat : τ = 13.000 lb./in2 ; σt = 22.000 lb./in2 Dimensi : AB = GF = 20 inch ; CD = 3 inch ; DE = 6 inch.