Sambungan las PDF

Preview

Summary

MES 403 SEMESTER IV Wahyu Sapto Nugroho, MT 1. Proses Pengelasan Keuntungan penggunaan sambungan las dibanding dengan sambungan paku keling antara lain; • Kekuatan lebih besar, sambungan lebih rapat. • Kampuh las lebih ringan, hanya 1 ~ 1,5% dari berat konstruksi dibandingkan 2,5 ~ 4% untuk sambunga...

Description

MES 403 SEMESTER IV

Wahyu Sapto Nugroho, MT

1. Proses Pengelasan Keuntungan penggunaan sambungan las dibanding dengan sambungan paku keling antara lain; •

Kekuatan lebih besar, sambungan lebih rapat.

•

Kampuh las lebih ringan, hanya 1 ~ 1,5% dari berat konstruksi dibandingkan 2,5 ~ 4% untuk sambungan keling dan baut. Maka cocok untuk konstruksi yang memerlukan berat yang lebih ringan, seperti konstruksi rangka pesawat terbang dan sebagainya.

•

Bagian yang akan dilas pada umumnya tidak perlu diberi lapisan lagi, misalnya dengan bahan pelat atau yang sejenis (pada konstruksi sambungan berhadapan/butt joint).

•

Lebih efisien, terutama terhadap tegangan tarik, karena tidak ada lubang yang melemahkan penampang batang tariknya.

•

Lebih praktis, lebih ekonomis baik dipandang dari segi material ataupun dari segi pembiayaannya.

•

Kekurangan pada sambungan las bahwa kualitas sambungan las sangat tergantung pada keahlian juru las.

1. Proses Pengelasan Ada tiga prinsip metode pengelasan: a) Gas Welding (Las Otogin); merupakan las busur api, yaitu proses pengelasan yang menggunakan gas asetilin dan zat asam, digunakan untuk sambungan pipa, pelat-pelat tipis dan panjang las yang kecil, juga sebagai pemotong logam. b) Forge welding; yaitu proses pengelasan dimana bagian kedua ujung yang akan disambung dipanaskan mendekati suhu leburnya, ditempelkan kemudian ditempa sehingga menjadi satu sambungan yang homogen tanpa menggunakan bahan tambah. c) Electric welding; ada yang merupakan las busur api dan las tahanan. Las listrik busur api menggunakan elektroda las sebagai penyulut busur apinya yang sekaligus berfungsi sebagai logam isi. Bentuk Las : a.

Las Sudut

(80% Fillet Weld)

b.

Las Tumpul (Groove Weld)

2. Tipe sambungan las A. Kampuh berimpit (Lap Joint)

B. Sambungan temu (Butt Joint)

C. Bentuk las yang lain

45o

2S

45o

(d) Sambungan las isi

3. Bentuk-bentuk pengelasan Las Sudut :

las pipih (las datar)

las cembung

a

a

a

t

t

t

t1 45o

t1

45o

t = 1,2 t1 Las cembung

las cekung

h1 = 0,5 h Las pipih (datar)

Las cekung

Las Sudut : • Las Sudut yang letaknya di kanan-kiri disebut Las Tepi (T). (Gbr. D) • Las sudut yang letaknya diujung, disebut las Kepala (K). (Gbr. E) • Umumnya Las Sudut dibuat sama sisi.

Gbr. D

Gbr. E

Las Tumpul : A. Tanpa pekerjaan pendahuluan (pelat tipis) •

Las satu belah.

•

Las dua belah.

s = 1 ~ 4 mm

S = 4 ~ 8 mm

B. Dengan pekerjaan pendahuluan •

Las satu belah V

S

70° ~ 90°

S = 1 ~ 4 mm Las V terbuka, (hanya untuk konstruksi yang tidak memikul beban dinamis)

α ≥ 70°

b

a

S

•

Min. 2

S = 3 ~ 28 mm

Ruang kosong bahaya takik

B. Dengan pekerjaan pendahuluan •

Las V tertutup

S

α ≥ 60

3 mm S = 8 ~.20 mm

Las dua belah (las V dengan las balik) 70° ~ 90°

S

70°~90°

S

•

S = 4 ~ 12 mm

takik

S = 4 ~ 12 mm

celah (kosong)

B. Dengan pekerjaan pendahuluan Las dua belah ( las X simetris dan las X tidak simetris) Las X – simetris α ≥ 70° 3

S = 12 ~ 40 mm

S

0,5S

α ≥ 70°

α ≥ 90°

S

3

2/3S

α ≥ 70°

1/3S

•

S = 12 ~ 30 mm

4. Simbol Dasar Pengelasan

4. Simbol Dasar Pengelasan

4. Simbol Dasar Pengelasan

5. Simbol Penyajian Gambar Sambungan Las

6. Kekuatan Sambungan Las Ketentuan-ketentuan umum untuk menghitung/merencanakan kekuatan sambungan las: a) Beban dianggap terbagi merata pada seluruh kampuh. b) Tegangan yang timbul dianggap juga merata pada penampang kampuh, yang paling bahaya yakni pada penampang yang terkecil. c) Pada umumnya las listrik yang dipergunakan untuk menerima/memindahkan beban, juga untuk sambungan yang harus kuat dan rapat air. Sambungan las otogin kurang meyakinkan sebab suhu yang sukar dikontrol hingga penetrasi pada logam induk kurang merata dan juga struktur kampuh lasnya kurang homogen. d) Selalu diusahakan agar bahan untuk logam pengisi mempunyai kekuatan yang seimbang/sama dengan kekuatan logam induknya/bendanya. e) Dihindarkan berkumpulnya rigi-rigi las. f) Dihindarkan adanya perubahan mendadak dari potongan. g) Pengelasan dalam kedudukan yang sulit agar dihindarkan. h) Mengambil ukuran dari bagian-bagian yang hendak disambungkan sebesar mungkin, agar pengelasan menjadi sekecil mungkin.

a. Sambungan Las Tumpul (Butt joint) A

Tegangan tarik yang terjadi pada kampuh las:

l

F

F s

t (tingggi leher)

t

=

F F F = = ×t ×s A

b. Sambungan las tumpang (Lap Joint) / Transverse fillet welded joint

F

F

F

F

F F

t

=

F F

F F F = = A ×t × 0,707 .s

t

=

F F F = = 2A 2( × t ) 1,414( × s)

c. Sambungan Las Sudut samping (Parallel fillet welded joints)

F

F

F

l1

F lw

l2

(a) Double parallel fillet welds

F = 2 × 0,707 s × F = 1,414 s ×

w

=

0,707F s× g

W

W

×

×

(b) Combination of transverse and parallel fillet welds F = 2 × 0,707 s ×

g

F = 1,414 s ×

g

g

=

0,707F s× w

2

×

2 g

×

g

+ 0,707 s ×

+ 0,707 s ×

1

×

1 t

×

t

d. Las Sudut keliling dengan beban torsi d= r = T= s= t = I =

diameter batang (silinder) radius batang torsi yang bekerja pada silinder lebar kampuh tebal/tinggi kampuh inersia polar pada kampuh las

.t.d3 I= 4 Tegangan puntir yang terjadi pada kampuh las:

s

=

T×r = I

T×d 2 = × t × d3 4 s max

=

2T . t .d 2

2T 2,83 T = × 0,707 s × d 2 .s.d 2

t = s × sin 45 o = 0,707s

e. Las Sudut keliling dengan beban momen bengkok

d = M= s = t = Z =

diameter batang (silinder) momen bengkok bekerja pada silinder lebar kampuh tebal/tinggi kampuh momen tahanan penampang kampuh las

.t.d2 Z= 4 Tegangan bengkok yang terjadi pada kampuh las:

b

=

M = Z

M = 2 ×t×d 4 b

4M × t × d2

=

t = s × sin 45 o = 0,707s

4M 5,66 M = × 0,707 s × d 2 .s.d 2

f. Kampuh T menerima beban torsi

t× 3 I = 2× 12 Tegangan geser pada kampuh las: g

=

g max

T× 2 3T = t× 3 t× 2 6 3T 4,242 T = = 0,707 s × 2 s× 2

g. Faktor konsentrasi tegangan pada sambungan las

Contoh-contoh perhitungan kekuatan sambungan las 1. Sebuah poros pejal dengan diameter 50 mm dilas pada bagian ujung bawah dengan lebar kampuh 10 mm. Hitung torsi maksimum yang terjadi pada kampuh las jika tegangan geser maksimum pada kampuh adalah 80 MPa. Penyelesaian: d = 50 mm s = 10 mm g

s max

= 80 MPa = 80 N/mm2

=

80 =

T=

2,83 T .s.d 2

2,83 × T × 10 × 50 2

× 10 × 50 2 × 80 = 2220206 ,8 = 2,22 × 10 6 N.mm 2,83

2. Sebuah pelat dengan panjang 1 m dan tebal 60 mm, dilas sudut dengan lebar kampuh 15 mm, seperti gambar. Hitung torsi maksimum yang terjadi pada kampuh las jika tegangan geser maksimum pada kampuh adalah 80 MPa. Penyelesaian:

l = 1 m = 1000 mm, tebal pelat = 60 mm s = 15 mm g

g max

= 80 MPa = 80 N/mm2

=

80 =

4,242 T s× 2

4,24 × T 15 × 1000 2

15 × 1000 2 × 80 T= = 282885431 ,4 = 2,83 × 10 9 N.mm 4,242

3. Sebuah pelat dengan lebar 100 mm dan tebal 12,5 mm, dilas dengan bentuk parallel fillet welds. Pelat tersebut diberikan beban 50 kN. Hitung panjang kampuh jika tegangan geser maksimum yang diijinkan 56 MPa. Hitung juga panjang kampuh untuk beban fatique. Penyelesaian: b = 100 mm, tebal pelat = 12,5 mm F = 50 kN = 50.000 N g

= 56 MPa = 56 N/mm2

F = 1,414 s ×

W

×

=

Dengan harga faktor konsentrasi tegangan = 2,7 maka;

g

50 .000 = 1,414 × 12,5 ×

w

W

× 56

50000 = 50,52 mm 1,414 × 12,5 × 56

Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir pengelasan, maka: w

Panjang kampuh untuk beban fatique:

g

=

w

=

g max

fc

=

56 = 20 ,75 N / mm 2,7

2

50000 = 136,33 mm 1,414× 12,5 × 20,75

Penambahan 12,5 mm untuk awal dan akhir pengelasan, maka:

= 50,52 + 12,5 = 63,03 mm w

= 136,33 + 12,5 = 148,83 mm

4. Sebuah pelat dengan lebar 75 mm dan tebal 12,5 mm, dilas dengan bentuk transverse welds dan double parallel fillet weld, seperti gambar. Tegangan tarik dan geser maksimum adalah 70 MPa dan 56 MPa. Hitung panjang kampuh, jika kampuh diberikan beban statis dan beban fatiq. Penyelesaian: b = 75 mm, tebal pelat = 12,5 mm t

= 70 N/mm2

g

F

= 56 N/mm2

F

Panjang efektif kampuh las sudut depan (l1) l1 = 75 – 12,5 = 62,5 mm Beban maksimum yang mampu ditahan oleh pelat:

F = A × t = 75 × 12,5 × 70 = 65625 N Beban yang mampu ditahan oleh las sudut depaan (single transverse weld): F1 = 0,707 s × 1 × t = 0,707 × 12,5 × 62,5 × 70 = 38664 ,1 N Beban yang mampu ditahan oleh las sudut samping (double fillet weld):

F2 = 1,414s × F = F1 + F2

2

×

g

= 1,414 × 12,5 ×

2

× 56 = 989,8.

65625 = 38664,1 + 989,8.l2

Panjang kampuh l2 total:

2

N l2 = 27,24 mm

l2 = 27,24 +12,5 = 39,74 mm

g. Kampuh las yang tidak simetris menerima beban aksial

la

a

F1 Z b

F F2 lb

Panjang kampuh las-an dapat dihitung dengan persamaan: Terhadap titik berat (Z), maka

la x a = lb x b lw = la + lb

Dari persamaan tersebut, maka diperoleh:

a

=

×b a+b w

dan

b

=

×a a+b w

5. Sebuah pelat siku dengan ukuran 200 X 150 X 10 mm dilas sudut pada sebuah pelat baja, seperti gambar. Jika pelat tersebut diberikan beban 200 kN, hitungpanjang kampuh pada atas dan bawah, tegangan geser yang diijinkan 75 Mpa. Penyelesaian:

s = 10 mm F = 200 kN 2 g = 75 N/mm

a

200

la

F

10

b

Z

150

F = 0,707s ×

lb

w

×

g

200000 = 0,707 × 10 × b=

a

=

w w

=

200000 = 377,18 mm 0,707 × 10 × 75

× 75

(200 − 10 ) × 10 × 95 + 150 × 10 × 5 = 55,3 190 × 10 + 150 × 10

× b 377,18 × 55,3 = = 104,3 mm a+b 200

mm

a = 200 − 55,3 = 144,7 mm

w

b

= 377,18−104,3 = 272,88 mm

h. Kampuh las dengan beban eksentrik Konstruksi seperti gambar, mendapatkan beban eksentrik, maka tegangan maksimum adalah: Tegangan normal maksimum: t max

=

b

2

+

1 2

( b )2 + 4.( g )2

Tegangan normal maksimum: F

g

b

g max

M F×e = Z 0,707 s × 3

1 2

( b )2 + 4.( g )2

t× 2 0,707s × Z= ×2 = 6 3

F F = = A 1,414 s ×

=

=

2

=

3F × e 0,707 s ×

2

=

4,243 F × e s× 2

2

h. Kampuh las dengan beban eksentrik L

Tegangan geser langsung:

lw

s

g1

r2

Z

Z1

F e g2

=

n

IX = τ

T.r I

I= A α

τg2Y

g2

r Zα

(

3 ) = w

1 .A.( 12

)2 2 + r1 12

F×e×r

= 2×A

(

W

)2

12

+ r1

Tegangan geser maksimum:

= (

g2 X

)2 + (

g2 Y

+

)

2

g1

2

2 ) w

w

τg1

τg2X

w

I = I X + A.r1

1 .t.( 12

(τ τg1 + τg2Y)

τg2

lw

F F = A 1,414s ×

Tegangan akibat momen:

r1

Z2

=

2

7. Tabel Momen Inersia dan Momen Tahanan

7. Tabel Momen Inersia dan Momen Tahanan

5. Sambungan las menerima beban eksentrik 2 kN seperti gambar. Hitung ukuran kampuh las, jika tegangan geser maksimum yang diijinkan 25 MPa. Penyelesaian: F = 2 kN = 2000 N ; e =120 mm lw = 40 mm ; gmax = 25 N/mm2 Tegangan geser langsung: g

=

F 2000 35 ,36 N = = mm 2 A 1,414 s × 40 s

Tegangan bengkok: b

M 4,243F × e = = Z s× 2

g max

=

1 25 = 2

1 2

( b )2 + 4.( g )2 636,45 s

2

35,36 + 4. s

b

=

4,243 × 2000 × 120 s × 40 2

s=

b

=

636,45 N mm 2 s

t = 0,707 × 12,8 = 9,1 mm

320,18 = 12,8 mm 25

2

=

320,18 s

6. Sebuah poros dengan diameter 50 mm dilas pada sebuah pelat datar, dengan lebar kampuh 15 mm. Hitung tegangan normal dan tegangan geser maksimum. Penyelesaian: F = 10 kN = 10000 N ; e =200 mm ; s = 15 mm Tegangan geser langsung: g

=

g

=

F F F = = A t × .D 0,707s × .D 10000 =6 N mm 2 0,707 × 15 × × 50

g max

g max

=

1 2

( b )2 + 4.( g )2

=

1 2

(96,05 )2 + 4.(6 )2

= 48,4 N

mm 2

Tegangan bengkok: b

M F×e = = = .t.D 2 Z 4

4×F×e × 0,707 s × D 2

t max

t max b

=

4 × 10 .000 × 200 = 96,05 N 2 mm 2 × 0,707 × 15 × 50

t max

1 ( b )2 + 4.( g )2 2 2 96,05 1 (96,05 )2 + 4.(6 )2 = + 2 2

=

b

+

= 96,4 N

mm 2

7. Sebuah bracket diberikan beban 15 kN dan dilas pada bagian ujung seperti gambar. Hitung ukuran kampuh jika tegangan geser yang diijinkan 80 N/mm2.

Ukuran dalam mm

Penyelesaian: F = 15 kN = 15000 N ; b = 80 mm ; l = 50 mm ; Momen inersia terhadap sumbu X: I X = 0 + 2 × 50t × 40 2 = 160000 t mm 4

Momen inersia terhadap sumbu Y: IY = 2 ×

1 × t × 50 3 + 0 = 20833,33 t mm 4 12

g

= 80 N/mm2

Momen inersia polar:

IP = IX + IY = 160000 t + 20833,33 t = 180833,33 t mm 4 Atau dengan menggunakan persamaan dari tabel momen inersia:

(

)

(

)

(40)2 + (25)2

= 47,17 mm

t × 3b 2 + 2 t × 50 3 × 80 2 + 50 2 IP = = = 180833,33t mm 4 6 6 Jari-jari maksimum kampuh las:

r2 =

(AB)2 + (BG)2

cos

=

=

r1 25 = = 0,53 r2 47 ,17

Tegangan geser langsung pada kampuh las: g1 =

F 15000 15000 150 N = = = mm 2 A 2 × t × 50 100 t t

Tegangan geser akibat momen puntir: g2

=

F × e × r2 15000 × 125 × 47,17 489,1 N = = mm2 IP 180833,33t t

Tegangan geser maksimum pada kampuh las: i

=

( ) +( ) 2

180 =

150 t

80 =

582,65 t

t=

2

g1

g2

2

+ 2×

489,1 + t

( )× ( )× cos g1

g2

+ 2×

150 489,1 × 0,53 × t t

2

582,65 = 7,3 mm 80

Lebar kampuh las adalah:

s=

t 7,3 = = 10,3 mm 0,707 0,707

8. Sebuah pelat baja persegi panjang dilas seperti kantilever pada suatu batang vertikal dan menerima beban 60 kN. Hitung ukuran kampuh jika tegangan geser yang diijinkan 140 N/mm2.

Semua ukuran dalam mm

Penyelesaian: Y

2

50 2 x= = = 12,5 mm 2 + b 2 × 50 + 100

X

X

t

50

100

2 × (50 × t ) × 25 + (100 × t ) × 0 2500 t x= = = 12,5 mm 2 × (50 × t ) + 100 × t 200t Atau:

t

F = 60 kN = 60000 N ; b = 100 mm ; l = 50 mm ; g = 140 N/mm2

e = 150 + 50 – 12,5 = 187,5 mm Momen inersia terhadap sumbu X: 1 IX = × t × 100 3 + 2 × 50 t × 50 2 = 333333,33 t mm 4 12 Momen inersia terhadap sumbu Y: 1 2 I Y = 2 × × t × 50 3 + 2 × 50 t × (25 − 12,5 ) + 100 t × 12,5 2 = 52083,33 t mm 4 12 Momen inersia polar:

IP = I X + I Y = 333333,33 t + 52083,33t = 385416,66t mm 4 Atau dengan menggunakan persamaan dari tabel momen inersia: IP = t

IP = t

(b + 2 )3 12

2

−

(b + )2

b+2

(100 + 2 × 50 )3 − 50 2 (100 + 50 )2 12

100 + 2 × 50

= 385416,66t mm 4

Jari-jari maksimum kampuh las: r2 =

(AB)2 + (BG)2

cos

=

=

(50)2 + (50 − 12,5)2

= 62,5 mm

r1 37 ,5 = = 0 ,6 r2 62 ,5

Tegangan geser langsung pada kampuh las: g1

F 60000 60000 300 N = = = mm 2 A 2 × t × 50 + t × 100 200 t t

=

Tegangan geser akibat momen puntir: g2

=

F × e × r2 60000 × 187,5 × 62,5 1825,6 N = = mm 2 IP 38514,66t t

Tegangan geser maksimum pada kampuh las: 140 = i

=

( ) +( ) 2

2

g1

g2

+ 2×

( )× ( )× cos g1

g2

t= 140 =

300 t

2

1825,6 + t

2

+ 2×

300 1825,6 × × 0,6 t t

s=

2125,6 t 2125,6 = 15,18 mm 140 15 ,18 = 21,5 mm 0,707

8. Soal-soal 1. Sebuah pelat baja persegi panjang dilas seperti kantilever pada suatu batang vertikal dan meneri...