TUGAS AKHIR
ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR
MIKRO PADA SAMBUNGAN LAS BEDA
PROPERTIES ALUMINIUM DENGAN METODE
FRICTION STIR WELDING
Disusun :
DEDI TRIYOKO
NIM : D200140007
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi
MOTTO
“
Keberanian untuk memulai akan menggugah unsur jenius,
menggugah kekuatan dan mengunggah keajaiban dalam diri
kita agar bisa menyelesaikan apa yang telah kita mulai.
(Johann Wolfgang von Goethe)
Sukses bukanlah akhir dari segalanya, kegagalan bukanlah
sesuatu yang fatal namun keberanian untuk meneruskan
kehidupanlah yang diperhatikan.
”(Sir Winston Churchill)
“
Siapa yang mampu belajar? Merekalah yang mempraktekkan
apa yang mereka ketahui.
”
( Nabi Muhammad SAW )
“
Mencari pengetahuan adalah wajib bagi setiap muslim.
”
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada:
1.
Ibunda Siti Fatonah dan Ayahanda Sagiran tercinta yang
mengajarkan prinsip hidup.
2.
Kakak, saudara, dan keluarga besar tercinta yang selalu
medukungku dan memberi motivasi.
3.
Teman-teman
transfer
Teknik
Mesin
Universitas
Muammadiyah Surakarta yang selalu memberi masukan dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4.
Seluruh teman-teman Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Semoga tugas akhir ini membawa kebermanfaatan. Jika hidup bisa
kuceritakan di atas kertas, entah berapa banyak yang dibutuhkan
viii
ABSTRAKSI
Pengelasan dengan berbeda jenis aluminium merupakan suatu inovasi yang digunakan untuk meningkatkan efektifitas dan efiesiensi untuk membuat suatu produk/komponen. Hal ini sudah diaplikasikan pada industri otomotif, dirgantara, dan perkapalan. Aluminium mempunyai kemampuan weldability yang buruk apabila dibandingkan dengan material baja dikarenakan lapisan oksida pada permukaan aluminium. Masalah dari pengelasan aluminium tersebut dapat diatasi dengan pengelasan solid state welding salah satunya adalah friction stir welding (FSW). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan sambungan las material berbeda jenis aluminium dengan cara melakukan pengujian tarik arah pengelasan 0° dan 45° untuk melihat formability, pengujian kekerasan, dan struktur mikro pada hasil pengelasan friction stir welding.
Pengelasan pada penelitian ini menggabungkan antara aluminium seri 1100 (low strength aluminium) dengan aluminium seri 6061-T6 (high strength aluminium) tebal 2mm. Analisis dilakukan dengan melihat kekuatan sambungan las berbeda jenis aluminium dan dibandingkan dengan pengelasan sejenis.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil pengelasan berbeda jenis baik itu arah pengelasan 0° dan 45° mengalami patahan pada HAZ material 1100 dengan kekuatan tarik maksimal adalah 78,07 MPa pada arah pengelasan 0° dan 75,26 MPa pada arah pengelasan 45°. Regangan berpengaruh signifikan pada arah pengelasan dimana arah pengelasan 0° bernilai 10,99% dan arah pengelasan 45° bernilai 13,8%. Pengujian kekerasan di daerah pengelasan terjadi fluktuatif nilai kekerasannya akibat percampuran material kurang maksimal sedangkan untuk pengelasan sejenis lebih stabil kekerasannya pada daerah pengelasan. Struktur mikro pada material berbeda properties aluminium terdapat cacat hook pada weld nugget. Besaran butir mengalami peningkatan pada daerah HAZ material 6061-T6 dan pengecilan butir pada material 1100 karena pengaruh suhu pengelasan dan karakteristik dari material. Sedangkan pada daerah weld nugget menghasilkan butiran-butiran yang halus karena pengaruh adukan tool joint dan pemanasan saat proses pengelasan.
ix
ABSTRACTS
Dissimilar welding of aluminum is an innovation used to increase the effectiveness and efficiency to make a product / component. That has been applied to the automotive industry, aerospace, and shipbuilding. Aluminum has bad weldability compared with the steel material because of the oxide layer appears on the surface of aluminum. The welding problems of aluminum can be overcome by using a solid state welding such as friction stir welding (FSW). The objectives of the study are to determine the strength of the welding joint and microstructure of dissimilar welding joint with different series of aluminum. It was conducted by using tensile testing in the weld direction of 0° and 45° to see the formability, hardness testing, and microstructure in friction stir welding.
In this study, welding process is conducted to combine aluminum 1100 series (low strength aluminum) with aluminum 6061-T6 series (high strength aluminum) in the 2 mm thickness of aluminum sheet. The analysis is done by investigate comparison of the weld strength between dissimilar and similar aluminum series.
The experiment results shows that the dissimilar weld types both weld angle orientation 0° and 45° has fracture location on the HAZ area of 1100 aluminum series. The maximum of tensile strength is 78,07 MPa and 75,26 MPa for weld angle orientation of 0° and 45° respectively. Weld angle orientation has significant effect to the strain where the welding direction 0° is 10,99% and the welding direction of 45° is 13,8%. Hardness test in the weld zone have fluctuation hardness value because of the material stiring is not homogen, whereas for the similar welding is more stable in the welding area. Microstructure investigation on the dissimilar aluminum welding has found a hook defects in the weld nugget. In the HAZ area, the grain size of 6061-T6 has increased while for 1100 material has decreased. It can be affected by the temperature and aluminum characteristic. Meanwhile, in weld nugget, the grain size has refined due to the stirring tool joint and heating during the welding process.
x
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan .
Tugas Akhir berjudul “ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN
STRUKTUR MIKRO PADA SAMBUNGAN LAS BEDA PROPERTIES
ALUMINIUM DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING” dapat
terseleasikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ini
menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR., ST., MSc., Ph.D. Selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Agus Dwi Anggono, ST, M.Eng, PhD. selaku dosen pembimbing utama terima kasih telah banyak memberikan banyak
waktu, ilmu, saran, arahan dan motifasi dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT. Selaku dosen pembimbing pendamping terima kasih untuk meluangkan waktu, pengarahan,
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
PERNYATAAN KEASLIAN SEKRIPSI ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR MOTTO ... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
ABSTRAKSI ... viii
1.4 Tujuan Penelitian... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1 Kajian Pustaka ... 5
xiii
2.2.1 Pengelasan ... 6
2.2.2 Frction Stir Welding ... 7
2.2.3 Prinsip Kerja Friction Stir Welding ... 8
2.2.4 Parameter Pengelasan Friction Stir Welding ... 10
2.2.5 Aliran Material ... 14
2.2.6 Kelebihan dan Kekurangan Friction Stir Welding... 15
2.2.7 Aplikasi Friction Stir Welding ... 16
2.2.8 Aluminium ... 19
2.2.9 Klasifikasi Aluminium ... 20
2.2.10 Aluminium 1100 dan Aluminium Paduan 6061 ... 24
2.2.11 Pengujian Hasil Pengelasan FSW ... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 32
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 32
3.2 Tempat Penelitian ... 33
3.3 Persiapan Bahan ... 33
3.4 Peralatan Proses Pengelasan dan Pembuatan Spesimen ... 34
3.5 Peralatan Pengujian Spesimen ... 39
3.6 Pelaksanaan Pengelasan ... 41
3.6.1 Persiapan Material ... 41
3.6.2 Parameter Pengelasan ... 41
3.6.3 Proses Pengelasan ... 43
3.6.4 Kendala Pengelasan ... 46
3.7 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan ... 47
xiv
3.7.2 Uji Kekerasan ... 51
3.7.3 Uji Struktur Mikro ... 54
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 55
4.1 Hasil Pengelasan ... 55
4.2 Struktur Mikro ... 58
4.3 Pengujian Tarik ... 69
4.4 Pengujian Kekerasan ... 75
BAB V PENUTUP ... 80
5.1 Kesimpulan ... 80
5.2 Saran ... 81
5.3 Penelitian Selanjutnya ... 82
DAFTAR PUSTAKA
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Klasifikasi Proses Pengelasan ... 7
Gambar 2.2. Friction Stir Welding ... 8
Gambar 2.3. Proses Friction Stir Welding... 9
Gambar 2.4. Jenis Sambungan Friction Stir Welding ... 9
Gambar 2.5. Bagian Tool Joint ... 10
Gambar 2.11. Aplikasi FSW pada TWB ... 16
Gambar 2.12. Aplikasi FSW pada Mobil ... 17
Gambar 2.13. Aplikasi FSW pada Kapal ... 18
Gambar 2.14. Diagram Fasa Aluminium Seri 6000 ... 26
Gambar 2.15. Pengujian Tarik ... 28
Gambar 2.16. Pengujian Kekerasan Vickers ... 32
Gambar 2.17. Struktur Mikro ... 31
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 32
Gambar 3.2. Desain Base Metal ... 33
Gambar 3.3. Desain Tool Joint ... 34
Gambar 3.4. Mesin Milling Konvensional ... 35
xvi
Gambar 3.6. Tool Setter ... 36
Gambar 3.7. Dial Indicator ... 36
Gambar 3.8. Centrofix ... 37
Gambar 3.9. Dial Caliper ... 37
Gambar 3.10. Gerinda Tangan ... 38
Gambar 3.11. Infrared Pyrometer ... 38
Gambar 3.12. Kikir ... 38
Gambar 3.13. Alat Uji Tarik ... 39
Gambar 3.14. Mesin Micro Hardness Vickers ... 40
Gambar 3.15. Fotomakro ... 40
Gambar 3.16. Fotomikro ... 40
Gambar 3.17. Proses Pembuatan Material Awal ... 41
Gambar 3.18. Parameter Pengelasan ... 42
Gambar 3.19. Setting Kesejajaran ... 43
Gambar 3.20. Setting Ketegaklurusan ... 43
Gambar 3.21. Setting Titik Tengah ... 43
Gambar 3.22. Setting Tilt Angle ... 44
Gambar 3.23. Setting Titik 0 Sumbu Z Material terhadap Tool Joint .... 44
Gambar 3.24. Setting Rotational Speed dan Feed Rate Mesin ... 44
Gambar 3.25. Posisi Awal Pengelasan ... 45
Gambar 3.26. Penetrasi Awal Tool ... 45
Gambar 3.27. Proses Pengelasan ... 46
xvii
Gambar 3.29. Cacat Pengelasan Material 1100x1100 ... 47
Gambar 3.30. Layout Pemotongan Spesimen ... 48
Gambar 3.31. Spesimen Uji Tarik 0° ... 50
Gambar 3.32. Spesimen Uji Tarik 45° ... 50
Gambar 3.33. Proses dan Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik ... 50
Gambar 3.34. Pencekaman Spesimen Uji Tarik ... 51
Gambar 3.35. Spesimen Pengujian Kekerasan ... 52
Gambar 3.36. Pencekaman Spesimen Uji Kekerasan ... 52
Gambar 3.37. Posisi Titik Pengujian Kekerasan ... 53
Gambar 3.38. Pengukuran Jejak Indentor ... 53
Gambar 3.39. Nilai Kekerasan ... 53
Gambar 3.40. Spesimen Pengujian Struktur Mikro ... 54
Gambar 4.1. Daerah Pengelasan Friction Stir Welding ... 58
Gambar 4.2. Base metal 1100 ... 59
Gambar 4.3. Base metal 6061-T6 ... 59
Gambar 4.4. Perbandingan Struktur Mikro Hasil Pengerollan ... 60
Gambar 4.5. HAZ Pengelasan 1100x1100 ... 60
Gambar 4.6. HAZ Pengelasan 6061-T6x6061-T6 ... 61
Gambar 4.7. HAZ 1100 Pengelasan 1100x6061-T6 ... 61
Gambar 4.8. HAZ 6061-T6 Pengelasan 1100x6061-T6 ... 61
Gambar 4.9. Perbandingan Pengkasaran Butir pada Proses Annealing ... 62
xviii
Gambar 4.11. Perbandingan Ukuran Base Metal dengan HAZ
6061-T6 ... 63
Gambar 4.12. Weld Nugget Pengelasan 1100x1100 ... 64
Gambar 4.13. Weld Nugget Pengelasan 6061-T6x6061-T6 ... 64
Gambar 4.14. Weld Nugget Pengelasan 1100x6061-T6 ... 65
Gambar 4.15. Cacat Pengelasan 1100x1100 ... 66
Gambar 4.16. Cacat Pengelasan 6061-T6x6061-T6 ... 67
Gambar 4.17. Cacat Pengelasan 1100-T6x6061-T6 ... 68
Gambar 4.18. Desain dan Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik 0° .... 69
Gambar 4.19. Desain dan Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik 45° .. 69
Gambar 4.20. Hasil Perbandingan Ultimate Tensile Strength ... 71
Gambar 4.21. Hasil Perbandingan Regangan ... 72
Gambar 4.22. Analisa Patahan 45°... 73
Gambar 4.23. Hasil Perbandingan Efisiensi Sambungan ... 74
Gambar 4.24. Desain Pengujian Kekerasan ... 75
Gambar 4.25. Grafik Kekerasan Pengelasan 1100x1100 ... 76
Gambar 4.26. Grafik Kekerasan Pengelasan 6061-T6x6061-T6 ... 77
Gambar 4.27. Grafik Kekerasan Pengelasan 1100x6061-T6 ... 78
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Jenis Material Friction Stir Welding ... 10
Tabel 2.2. Aplikasi Friction Stir Welding pada Dunia Industri ... 18
Tabel 2.3. Klasifikasi Jenis Aluminium ... 23
Tabel 2.4. Kode Perlakuan Panas Aluminium ... 24
Tabel 2.5. Properties Alumunium 1100 ... 25
Tabel 2.6. Properties Aluminum Alloy 6061-T6 ... 27
Tabel 3.1. Parameter Pengelasan ... 42
Tabel 3.2. Perubahan Parameter 1100x1100 ... 47
Tabel 3.3. Jumlah Spesimen Pengujian ... 48
Tabel 4.1. Hasil Pengelasan Friction Stir Welding ... 55
