pengaruh diameter pin terhadap kekuatan dan kualitas joint ... · dengan bahan baja k-100 dan pin...

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].



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.



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?



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.



Hipotesis

• Diagonal pin berpengaruh terhadap kualitas pengelasan danmechanical properties aluminium. Semakin besar diagonalmenghasilkanmechanical properties semakin baik.



Metodologi

• Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan• Dimensi Tools yang Digunakan• Proses Pengelasan• Jenis‐jenis Pengujian



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



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



Dimensi Tools yang Digunakan

• Pengelasan Friction stir welding dilakukan dengan 2 tipeprobe yaitu probe dengan Fixed Pin dan Portable Pin.



Hasil Pengelasan

Incomplete penetration



Hasil pengelasan(lanjutan)



Jenis‐jenis Pengujian

• Pengujian penetrant• Pengujian radiografi• Pengujian makro etsa• Pengujian tarik• Pengujian tekuk/bending



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





Pengujian Radiografi

• Pengujian radiografi digunakan untuk mendeteksi cacatinternal menggunakan sinar x atau gamma

Pin 5 mm Pin 6 mm Pin 7 mm



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.



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



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


7

I 266.48

246.39

Weld metal





• Hasil foto makro setelah pengujian tarik




• 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.



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


7




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 ˚.



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.



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.



pengaruh diameter pin terhadap kekuatan dan kualitas joint ... · dengan bahan baja k-100 dan pin...

Documents