pengaruh profil pin dan jarak preheating terhadap
TRANSCRIPT
PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP
SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN
MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING
JUDUL
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
HANDI DWI CAHYONO NIM. I1410015
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2016
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP
SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN
MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING
Disusun oleh
Handi Dwi Cahyono
NIM. I 1410015
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dr. Triyono, ST., MT. NIP.197101031997021001
Dr. Nurul Muhayata, S.T., M.T. NIP. 197406251999031002
Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada tanggal 19-04-2016,
pukul 14.00, bertempat di M.101, Gd.1 FT-UNS.
1. Heru Sukanto, ST., MT.
NIP. 197207311997021001 __________________
2. Indri Yaningsih, S.T., M.T.
NIP. 198607042012122004 __________________
3. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.
NIP. 197101031997021001 __________________
Kepala Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Koordinator Tugas Akhir
Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT. NIP. 197106151998021002
Dr. Nurul Muhayata, S.T., M.T NIP. 197406251999031002
MOTTO & PERSEMBAHAN
Motto
Berani mengambil resiko merupakan awal dari kesuksesan
Setiap manusia mempunyai jati diri tetapi tidak setiap manusia bisa
menjadi dirinya sendiri
Hidup akan lebih bermakna ketika kita bisa mengasihi sesama kita
Persembahan
Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada :
Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan kasih sayang, nasehat serta
dorongan di dalam kehidupanku
Saudara -saudaraku yang aku sayangi
Teman-teman ATMI yang telah memberikan bantuan dan dukungannya,
kebersamaan kita selama kita menuntut ilmu di UNS akan menjadi
kenangan yang tidak akan terlupakan
Almamaterku
PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP
SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN
MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING
ABSTRAK
Handi Dwi Cahyono
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655
Email: [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh profil pin dan jarak
preheat pada proses friction stir welding (FSW) terhadap sifat mekanik dan
struktur mikro sambungan las pelat aluminium sheet 5052. Pengelasan dilakukan
pada mesin milling dan material welding tool dari jenis Bohler K100 dengan
kekerasan 59HRc. Parameter yang digunakan yaitu: kecepatan putar tool 1125
rpm, kecepatan pengelasan 60 mm/menit, kedalaman pembenaman tool 3,90 mm
dengan variasi profil pin silindris, dua sisi datar dan tiga sisi datar, serta variasi
jarak preheat 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm.. Pengujian yang dilakukan
adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan dan pengamatan secara makro dan mikro.
Hasil penelitian menunjukan kekuatan tarik tertinggi pada profil pin tiga sisi datar
dan jarak preheat 60 mm yaitu 213,360 Mpa, kekuatan tekuk tertinggi untuk uji
face bending pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 425,309
Mpa, sedangkan kekuatan tekuk tertinggi untuk uji root bending pada profil pin
tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 426,191 Mpa.
Kata kunci: FSW, profil pin, preheating.
THE EFFECT OF PIN PROFILE AND PREHEATING DISTANCE ON THE
MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTUCTURE OF 5052-H32
ALUMINIUM ALLOY JOIN ON FRICTION STIR WELDING
Handi Dwi Cahyono
Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University
Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Hp: 081327903449
Email: [email protected]
Abstract
The aim of this research is to study the effect of welding pin profile and
preheating distance in friction stir welding (FSW) process on the mechanical
properties and micro structural of aluminium sheet 5052 welded joint using depth
of plunge 3,90 mm. FSW process uses milling machine and the welding tool
material is Bohler K100 with hardness 59HRc. Parameter machine are used
rotation of welding tool 1125 rpm, welding rate 60mm/minute with welding pin
profile variation cylindrical, two flat side and three flat side and also preheating
distance from 60 mm, 70 mm, 80 mm adn 90 mm. The testing done are tensile test,
bending test, hardness test, macro and micro structural examination. The results
showed that the highest tensile strength is 213,360 MPa on pin profil three flat
side and preheating distance 60 mm. The highest buckling strength for face
bending methode is 425,309 Mpa on pin profil three flat side and preheating
distance 60 mm , while the highest buckling strength for root bending is 426,191
Mpa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm.
Keywords: FSW, profil pin, preheating
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul,
“PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP
SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN
MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING”.
Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat guna
memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah membantu hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini,
antara lain kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T. dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT.
selaku pembimbing skripsi, atas bimbingan dan arahannya dalam
pembuatan skripsi ini.
3. Bapak-bapak dosen yang telah berkenan menyampaikan ilmunya selama
penulis menempuh perkuliahan.
4. Keluarga tercinta yang telah memberikan perhatian dan sumbangan besar
baik moril maupun materil.
5. Teman-teman tim FSW atas kerjasamanya selama penelitian.
6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala
bantuannya dalam penulisan skripsi ini.
Surakarta, April 2016
Penulis
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
JUDUL ..................................................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
MOTTO & PERSEMBAHAN ............................................................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................................. iv
KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi
DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv
BAB I ...................................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.4 Tujuan ....................................................................................................... 3
1.5 Manfaat ..................................................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB II ..................................................................................................................... 5
LANDASAN TEORI .............................................................................................. 5
2.1 Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 5
2.2 Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW) .............................................. 7
2.3 Parameter Friction Stir Welding ............................................................... 9
2.3.1 Tool ................................................................................................... 9
2.3.2 Kecepatan Putar Tool ...................................................................... 11
2.3.3 Kecepatan Pengelasan ..................................................................... 11
2.3.4 Depth Plunge ................................................................................... 12
2.3.5 Preheating ....................................................................................... 12
2.4 Baja Bohler K100 ................................................................................... 13
2.5 Aluminium Paduan ................................................................................. 13
2.5.1 Klasifikasi Aluminium Paduan ....................................................... 13
2.5.2 Aluminium Paduan 5052 ................................................................ 15
2.6 Pengujian Spesimen ............................................................................... 16
2.6.1 Pengujian Tarik ............................................................................... 16
2.6.2 Pengujian Tekuk.............................................................................. 18
2.6.3 Pengujian Kekerasan ....................................................................... 18
2.6.4 Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro ..................................... 19
BAB III ................................................................................................................. 21
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 21
3.1 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 21
3.2 Bahan Penelitian ..................................................................................... 22
3.3 Peralatan Penelitian ................................................................................ 24
3.3.1 Peralatan untuk pembuatan spesimen dan proses pengelasan......... 24
3.3.2 Peralatan untuk pengujian spesimen ............................................... 29
3.4 Pelaksanaan Pengelasan ......................................................................... 31
3.4.1 Parameter Pengelasan...................................................................... 31
3.4.2 Proses pengelasan............................................................................ 32
3.5 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan ................................................... 37
3.5.1 Uji Kekerasan (Hardness test) ........................................................ 38
3.5.2 Uji Tekuk ........................................................................................ 39
3.5.3 Uji Tarik .......................................................................................... 40
3.5.4 Pengamatan Struktur Mikro dan Makro .......................................... 40
BAB IV ................................................................................................................. 42
DATA DAN ANALISA ....................................................................................... 42
4.1 Data Pengelasan ..................................................................................... 42
4.1.1 Data Base Material ......................................................................... 42
4.1.2 Data Percobaan pengelasan dengan Variasi profil pin tanpa pemanasan awal ............................................................................................ 43
4.1.3 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin silindris 47
4.1.4 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 2 sisi datar 50
4.1.5 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 3 sisi datar 53
4.2 Analisa .................................................................................................... 56
4.2.1 Analisa Foto Makro ........................................................................ 56
4.2.2 Analisa Struktur Mikro ................................................................... 58
4.2.3 Analisa Kekuatan Tarik................................................................... 63
4.2.4 Analisa Kekuatan Tekuk ................................................................. 66
4.2.5 Analisa Kekerasan ........................................................................... 71
BAB V ................................................................................................................... 74
PENUTUP ............................................................................................................. 74
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 74
5.2 Saran ....................................................................................................... 74
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 75
LAMPIRAN .......................................................................................................... 77
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Foto makro hasil pengelasan FSW (Mishra dan Ma, 2005) ............... 7
Gambar 2. 2 Prinsip kerja FSW (TWI) ................................................................... 8
Gambar 2. 3 Pencekaman benda kerja .................................................................... 8
Gambar 2. 4 Variasi sambungan las FSW (Mishra dan Ma, 2005) ........................ 9
Gambar 2. 5 Beberapa profil permukaan shoulder (Mishra dan Ma, 2005) ......... 10
Gambar 2. 6 Beberapa penampang profil pin (Fujii dkk, 2006) ........................... 11
Gambar 2. 7 Gerakan putaran tool ........................................................................ 11
Gambar 2. 8 Posisi tool terhadap benda kerja ....................................................... 12
Gambar 2. 9 Diagram Fasa Al-Mg (Totten dan MacKenzie, 2003) ..................... 16
Gambar 2. 10 Pengujian Tarik (Groover, 2007) ................................................... 17
Gambar 2. 11 Mekanisme pengujian three point bending (Groover, 2007) ......... 18
Gambar 2. 12 Pengujian Vickers secara skematis (Fundamentals of Modern
Manufacturing, 2007) .................................................................... 19
Gambar 2. 13 Skema pengamatan struktur mikro ................................................. 20
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ..................................................................... 21
Gambar 3. 2 Base metal ........................................................................................ 22
Gambar 3. 3 Penampang profil pin ....................................................................... 22
Gambar 3. 4 Geometri tool ................................................................................... 23
Gambar 3. 5 Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel ....................... 23
Gambar 3. 6 Mesin Cutting ................................................................................... 24
Gambar 3. 7 Mesin Milling ................................................................................... 25
Gambar 3. 8 Peralatan pengukur temperatur......................................................... 26
Gambar 3.9 Tool setter .......................................................................................... 26
Gambar 3.10 Dial caliper ..................................................................................... 27
Gambar 3.11 Heat Gun ......................................................................................... 27
Gambar 3.12 Infrared Pyrometer .......................................................................... 28
Gambar 3.13 Gerinda Tangan ............................................................................... 28
Gambar 3.14 Kikir ................................................................................................ 29
Gambar 3.15 Universal Testing Machine (UTM) ................................................. 30
Gambar 3.16 Mikro Vickers Machine ................................................................... 30
Gambar 3.17 Alat uji foto struktur mikro ............................................................. 31
Gambar 3. 18 Pemasangan termokopel ................................................................. 32
Gambar 3. 19 Pemasangan backing plate ............................................................. 32
Gambar 3.20 Pemasangan base metal dan proses dial ......................................... 33
Gambar 3. 21 Posisi pencekaman secara keseluruhan .......................................... 33
Gambar 3. 22 Setting attachment heat gun ........................................................... 34
Gambar 3. 23 Parameter proses pengelasan .......................................................... 35
Gambar 3. 24 Proses masuknya tool dan heat gun ke dalam aluminium ............. 36
Gambar 4. 1 Base metal aluminium AA 5052 H-32 ............................................. 42
Gambar 4. 2 Foto mikro base metal ...................................................................... 42
Gambar 4. 3 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 43
Gambar 4. 4 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 5 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 6 Grove defect pada pengelasan dengan profil pin silindris tanpa
pemanasan awal .................................................................................................... 44
Gambar 4. 7 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 8 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 70 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 9 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 80 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 10 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 90 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 11 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 12 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 13 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 15 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 16 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 17 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 18 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 19 Cacat kissing bond .......................................................................... 57
Gambar 4. 20 Gambar Spesimen Uji Tarik (standar AWS D1.2) ......................... 63
Gambar 4. 21 Grafik Perbandingan Kekuatan Tarik ............................................ 64
Gambar 4. 22 Penampang patahan uji tarik profil pin 3 sisi datar ........................ 64
Gambar 4. 23 Penampang uji tarik profil pin silindris .......................................... 65
Gambar 4. 24 Spesimen Uji Tekuk ....................................................................... 66
Gambar 4. 25 Grafik Perbandingan Kekuatan Tekuk uji face bending ................ 67
Gambar 4. 26 Hasil uji face bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 67
Gambar 4. 27 Hasil uji face bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanasan
60 mm ................................................................................................................... 68
Gambar 4. 28 Grafik Perbandingan Kekuatan Tekuk uji root bending ................ 69
Gambar 4. 29 Hasil uji root bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 70
Gambar 4. 30 Hasil uji root bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanas
60 mm ................................................................................................................... 70
Gambar 4.31 Hasil jejak identor micro vicker ...................................................... 71
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1Tabel data pengujian Base metal AA 5052 – H32 ................................ 43
Tabel 4. 2 Tabel data foto makro FSW tanpa pemanasan awal ............................ 45
Tabel 4. 3 Tabel data foto mikro FSW tanpa preheat ........................................... 46
Tabel 4. 4 Tabel data pengujian FSW tanpa preheat ............................................ 47
Tabel 4. 5 Tabel data foto makro FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm ........................................... 48
Tabel 4. 6 Tabel data foto mikro FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm ........................................... 49
Tabel 4. 7 Tabel data pengujian FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 50
Tabel 4. 8 Tabel data foto makro FSW profil pin 2 sisi datar jarak pemanasan awal
60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ....................................................... 51
Tabel 4. 9 Tabel data foto mikro FSW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 52
Tabel 4. 10 Tabel data pengujian FSW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 53
Tabel 4. 11 Tabel data foto makro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 54
Tabel 4. 12 Tabel data foto mikro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 55
Tabel 4. 13 Tabel data pengujian FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ............................................... 55
Tabel 4. 14 Tabel Perbandingan foto makro antar spesimen ................................ 56
Tabel 4. 15 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HAZ
Retreating Side ................................................................................... 59
Tabel 4.16 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HAZ
Advancing Side ................................................................................... 59
Tabel 4.17 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMAZ
Retreating Side ................................................................................... 60
Tabel 4.18 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMAZ
Advancing Side ................................................................................... 61
Tabel 4.19 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah weld
nugget ................................................................................................. 62
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1: Contoh Hasil print out uji tarik, dalam hal ini pengujian FSW tanpa
preheat I ........................................................................................... 77
Lampiran 2: Contoh Hasil print out uji face bending, dalam hal ini pengujian
FSW tanpa preheat I ........................................................................ 78
Lampiran 3: Contoh Hasil print out uji root bending, dalam hal ini pengujian
FSW tanpa preheat I ........................................................................ 79
Lampiran 4 : Contoh perhitungan tegangan tarik ................................................. 80
Lampiran 5: Contoh perhitungan tegangan tarik .................................................. 81
Lampiran 6 : Data hasil pengujian ........................................................................ 82
Lampiran 7 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 60 mm ........ 83
Lampiran 8 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 70 mm ........ 84
Lampiran 9 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 80 mm ........ 85
Lampiran 10 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 90 mm ...... 86