pengaruh diameter pin terhadap kekuatan dan kualitas joint ... · dengan bahan baja k-100 dan pin...
Post on 07-Mar-2019
230 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line PadaProses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre‐
Fabrication Panel Bangunan Atas Kapal
Arip Purwanto4108 100 066
Jurusan Teknik PerkapalanFakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Gambaran Umum
• Proses penyambungan aluminium dengan GMAW dan GTAWmeghasilkan suhu pengelasan yang sangat tinggi sehingga merusaklapisan tahan korosi pada aluminium sehingga dilakukan pengelasanyang menghasilkan suhu pengelasan yang rendah yaitu Friction StirWelding.
• Dalam Tugas Akhir ini, dilakukan pengelasan dengan mesin fraissebagai pengganti mesin FSW pada aluminium seri 5083 dengan tebal4 mm dengan ukuran 30 mm x 15 mm menggunakan tiga variasidiameter pin (5, 6, dan 7 mm).
• Dilakukan lima pengujian yaitu uji penetrant, makro etsa, radiografi, ujitarik dan uji bending.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Friction Stir Welding
• Friction Stir Welding merupakan pengelasan tanpa menggunkan fillermetal serta menghasilkan suhu pengelasan yang lebih rendah daripengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007].
• Pada pengelasan FSW kualitas sambungan akan tetap tahan korosidan tidak terjadi porositas karena tidak ada udara yang terperangkapseperti pada pengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007].
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Latar Belakang
• Aluminium adalah logam yang mempunyai sifat pengelasanyang kurang baik karena adanya lapisan oksida yangmelindungidari proses korosi. Lapisan oksida ini melekatkuat dan rapat pada permukaan, serta stabil. Lapisan oksidatersebut akan terbuka jika terkena panas >6000 C makalapisan oksida tersebut terbuka sehingga menyebabkanlogam Aluminium terkorosi [Rai, 2006].
• FSW pada bidang perkapalan banyak digunakan untukpanel-panel ruang akomodasi bangunan atas [Chen. 2006]
• Untuk meminimalisir biaya digunakan modifikasi toolsdengan bahan baja K-100 dan pin dengan HSS yangdigunakan pada mesin frais sebagai sumber tenagapenggerak.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Permasalahan
• Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW)dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada PreFabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium?
• Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW)dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083terhadap sifat mekanis dan kekuatan pengelasanya pada PreFabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium?
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Tujuan
• Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW)dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada PreFabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium.
• Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW)dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083terhadap sifat mekanis dan kekuatan hasil pengelasanya padaPre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Hipotesis
• Diagonal pin berpengaruh terhadap kualitas pengelasan danmechanical properties aluminium. Semakin besar diagonalmenghasilkanmechanical properties semakin baik.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Metodologi
• Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan• Dimensi Tools yang Digunakan• Proses Pengelasan• Jenis‐jenis Pengujian
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan
No Welding Procedure1 Joint design Square groove (I)2 Backing Yes3 Backing material Carbon steel
Base Metal4 Specification Aluminium Alloy 50835 Thickness 4 mm6 Grade Al 5083 H-1167 Plate thickness range 3 ~ 12 (mm)8 Pre-heat temperature None9 Interpass temperature10 PWHT None
Welding Position11 Position 1 G / Flat
Welding Equipment (Probe)12 Shoulder Specification Spesial K10013 Pin Spescification HSS
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan
Probe Geometry
14 Model pin Straight square15 Pin length (mm) 3.7 (mm)
16Tool shoulder diameter, D(mm) 18 (mm)
17 Pin diagonal (mm) 5 ; 6 ; 7 (mm)18 Tool inclined angle (°) 2o
Welding Conditions19 Technique Friction Stir20 Single/Multipass Single21 Rotational speed 1050 (rpm)22 Welding speed (mm/sec) 0.36 (mm/s)23 Axial forces None
Joint Details24 Joint detail
25 Welding sequence
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Dimensi Tools yang Digunakan
• Pengelasan Friction stir welding dilakukan dengan 2 tipeprobe yaitu probe dengan Fixed Pin dan Portable Pin.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Hasil Pengelasan
Incomplete penetration
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Hasil pengelasan(lanjutan)
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jenis‐jenis Pengujian
• Pengujian penetrant• Pengujian radiografi• Pengujian makro etsa• Pengujian tarik• Pengujian tekuk/bending
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian penetrant
• Tujuan dari pengujian penetrant ialah untuk mengetahui kondisipermukaan dari hasil pengelasan (joint line). Pada penelitian kali inihanya bagian root saja yang diuji. Hal ini dikarenakan pada bagian inipaling rentan terhadap cacat permukaan akibat kerja tool yang tidakbenar‐benar sampai root surface, sehingga sering timbul cacat berupaIncomplete Penetration.
Diameter pin (mm)
Indikasi linear relevant
Indikasi rounded relevant
Hasil
5 Tidak ada Tidak ada Accepted
6 Tidak ada Tidak ada Accepted
7 Tidak ada Tidak ada Accepted
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Radiografi
• Pengujian radiografi digunakan untuk mendeteksi cacatinternal menggunakan sinar x atau gamma
Pin 5 mm Pin 6 mm Pin 7 mm
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Foto Makro
• Pengujian foto makro adalah pemeriksaan potongan melintang weldmetal yang difoto dengan kamera biasa dengan perbesaran ≤ 10 kaliuntuk mengetahui weld zone dan cacat‐cacat yang terdeteksi padapotongan melintang spesimen.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tarik
Diameter pin Kode spesimen
Spesifikasi specimen (weld metal) F Ultimate (KN)
(mm) tebal lebar (mm) luasan(mm) (mm2)
5 I 3.83 18.68 71.54 20.6II 3.68 19.07 70.18 15.2
6 I 3.97 19.11 75.87 22II 3.96 18.94 75 21.1
7 I 3.91 18.62 72.8 19.4II 3.92 18.94 74.24 16.8
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tarik (lanjutan)
Diameter pin Kode
spesimen
Tegangan ultimate
Tegangan rata-rata
Daerah putus(mm) (MPa) (MPa)
5
I 287.95
252.27
Weld metal
II 216.59 Weld metal
6
I 289.97
285.65
Weld metal
II 281.33 Weld metal
7
I 266.48
246.39
Weld metal
II 226.29 Weld metal
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tarik (lanjutan)
• Hasil foto makro setelah pengujian tarik
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tarik (lanjutan)
• Kekuatan tarik minimum hasil pengelasan Aluminium 5083 adalah 270MPa.
• Pada patahan segaris hasil pengujian tariknya lebih baik, hal inidikarenakan tidak terdapat cacat pada bagianweld metal.
• Dari hasil foto makro diketahui juga bahwa pengelasan dengan diameterpin 6 mm adalah yang paling baik, dengan kedua spesimen mengalamipatahan segaris lurus dan kuat tariknya memenuhi yaitu dengan rata‐rata 285.65 MPa.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tekuk/Bending
Diameter pin Spesimen Jenis Sudut Keterangan
(mm) bending (˚)
5
1 root 32 Open defect2 root 34 Open defect3 face 180 No defect4 face 180 No defect
6
1 root 11 Open defect2 root 10 Open defect3 face 180 No defect4 face 180 No defect
7
1 root 24 Open defect2 root 180 Open defect3 face 180 No defect4 face 180 No defect
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Pengujian Tekuk/Bending (lanjutan)
• Tabel menunjukkan bahwa indikasi crack selalu muncul pada daerahroot. Hal ini menunjukkan bahwa pada pengelasan friction stir welding,daerah root merupakan daerah yang paling lemah. Penyebab utamakegagalan pada daerah root adalah cacat kissing bonds.
• Hasil terbaik diperoleh pada variasi diameter pin 7 mm, dengan suduttekuk bagian root mencapai 180 ˚.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kesimpulan• Pengelasan dengan menggunakan portable pin hasilnya lebih bagus dibanding
dengan fixed pin. Tool dengan portable pin bisa diatur depth‐nya, sehingga bisadigunakan untuk pelat dengan ketebalan yang berbeda‐beda.
• Hasil foto makro menujukan bahwa pada pengelasan dengan diameter pin 5 mmdan 7 mm terdapat cacat. Cacat pada diameter 5 mm adalah oxide arraysepanjang 4 mm di weld metal, sedang pada diameter 7 mm terdapat cacatberupa Incomplete Penetration. Hasil foto makro terbaik adalah pengelasanmenggunakan pin 6 mm.
• Berdasarkan pengujian tarik, semua spesimen patah diweld metal. Nilai rata‐ratauntuk pengelasan dengan pin 5 mm dan 7 mm masing‐masing adalah 252.27MPa dan 246.39 MPa. Hasil yang paling memenuhi syarat ialah pengelasandengan pin 6 mm, yaitu rata‐rata kuat tariknya adalah 285.65 MPa.
• Hasil pengujian tekuk menunjukkan bahwa semua spesimen pada bagian facediperoleh sudut tekuk 180°. Daerah root seluruhnya mengalami open defectdengan sudut tekuk terbaik adalah 180° pada diameter pin 7 mm.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kesimpulan
• Secara umum hasil pengelasan dengan pin berdiameter 5, 6 atau 7 mmadalah baik.Tapi hanya pengelasan dengan pin berdiameter 6 mm yangkuat tariknya memenuhi. Sehingga pengelasan friction stir welding padaaluminium 5083 dengan tebal 4 mm untuk pre‐fabrication panelbangunan atas kapal sebaiknya menggunakan pin dengan diameter 6mm.
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Arip PurwantoJurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
top related