SURTRONIC-25
Pranjono, Djoko Kisworo, Banawa Sri Galuh, Iwan Setiawan. Bidang Bahan Bakar Nuklir
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir, Batan
ABSTRAK
Telah Dilakukan Pengukuran Kekasaran Permukaan Tutup Ujung Kelongsong (tutup atas dan tutup bawah) dari Zirkaloi Menggunakan Alat Roughness Tester Type Surtronic-25. Pengukuran dilakukan pada kedua ujungnya di empat titik pengukuran dengan putaran sekitar 90o, pada setiap titik pengukuran masing-masing dilakukan dengan 5 kali pengulangan. Tujuan dari pengukuran ini adalah untuk mengetahui nilai kekasaran permukaan yang dapat dipakai sebagai evaluasi operator mesin bubut terhadap hasil akhir pembuatan komponen. Sebelum dilakukan pengukuran dilakukan pengujian sampel standar sebagai referensi untuk mengetahui akurasi dan presisi alat. Dari hasil pengukuran pada tutup bawah hasil pengukuran di empat titik hasil yang terkecil adalah 0,996 m Sd 0,017; sehingga untuk tutup ujung bawah belum memenuhi nilai kekasaran permukaan. Pada pengukuran tutup atas diperoleh nilai terbesar adalah 0,688 m dengan Sd 0,011 dari hasil pengukuran terhadap sampel atas telah memenuhi persyaratan kekasaran permukaan yang dipersyaratkan yaitu dibawah 0,80 m. Faktor belum memenuhinya nilai kekasaran ini dapat dipengaruhi oleh operator namun juga dapat dipengaruhi oleh faktor mesinnya.
Kata kunci : Kekasaran permukaan, zirkaloi, Surtronic 25, Surface Roughness.
PENDAHULUAN
Pada proses pemotongan logam, kualitas produk merupakan hal utama yang perlu di perhatikan. Kualitas produk diperoleh apabila produk yang direncanakan telah sesuai dengan standard bentuk yang diinginkan. Salah satu elemen penting didalam menentukan kwalitas produk tersebut adalah kehalusan permukaan benda kerja yang dihasilkan. Kehalusan permukaan benda kerja dapat ditentukan dengan mengukur nilai kekasaran permukaan yang dihasilkan
Zirkaloi sering dipakai dalam rekator baik dalam bentuk kelongsong maupun dalam bentuk komponen lain. Pemakaian tersebut didasarkan atas sifat-sifat yang dimiliki zirkaloi baik sifat-sifat fisik, kimia maupun neutronika. Pemakaian zirkaloi dalam reaktor adalah dalam bentuk kelongsong bahan bakar nuklir. Adapun dalam bentuk komponen lain digunakan untuk tutup kelongsong bahan bakar nuklir.
Komponen yang diperlukan untuk rakitan elemen bakar meliputi kelongsong yang siap dirakit, tutup ujung dan plat
27 ujung. Kelongsong yang siap dirakit didapat dari impor sedangkan tutup ujung dibuat di Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE). Oleh karena itu secara keseluruhan fabrikasi komponen ini akan meliputi pembuatan bantalan dan penjarak, pembuatan tutup kelongsong (end cap), pembuatan plat ujung (end plate) dan penyiapan kelongsong.
Di IEBE pembuatan tutup kelongsong dilakukan dengan menggunakan mesin bubut. Untuk dapat digunakan sebagai bahan kelongsong elemen bakar nuklir maka harus memenuhi persyaratan tertentu baik ditinjau dari sifat fisis maupun sifat kimianya. Untuk dapat memenuhi salah satu persyaratan tersebut adalah terpenuhinya nilai kekasaran permukaan, dengan spesifikasi mengacu pada persyaratan nilai kekasaran permukaan kelongsong yaitu tidak melebihi dari 0,80 m. Kualitas kekasaran permukaan tutup kelongsong sangat ditentukan dalam proses pembubutan. Untuk mengetahui hasil pembubutan tersebut diperlukan Pengukuran kekasaran permukaan.
Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui besarnya nilai kekasaran permukaan tutup kelongsong yang merupakan salah satu penunjang kegiatan penelitian dan pengembangan bahan bakar nuklir. Cara untuk melakukan Pengukuran
kekasaran permukaan adalah mengacu pada manual operasi alat Roughness Tester tipe Surtronic 25 yang dapat tertelusur pada ISO dengan metode kontak.
TEORI
PENGUKURAN KEKASARAN PERMUKAAN
Salah satu karakteristik geometris yang ideal dari suatu komponen adalah permukaan yang halus. Dalam prakteknya memang tidak mungkin untuk mendapatkan suatu komponen dengan permukaan yang betul betul halus. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, misalnya faktor manusia (operator) dan faktor-faktor dari mesin-mesin yang digunakan untuk membuatnya. Tingkat kehalusan suatu permukaan memegang peranan yang sangat penting dalam perencanaan suatu komponen khususnya yang menyangkut masalah gesekan pelumasan, keausan, tahanan terhadap kelelahan dan sebagainya. Dalam hal ini alat yang digunakan untuk pengukuran kekasaran permukaan adalah Roughness Tester Surtronic-25. Metode pengukuran dengan menggunakan sistem kontak (seperti yang terlihat pada gambar 1. Alat ukur permukaan ini merupakan alat ukur elektronik dan bekerja atas dasar prinsip modulasi (modulating principle) yang dilengkapi dengan stylus. Juga terdapat
skid yang membantu mengatur kontaknya ujung stylus dengan muka ukur. Untuk mengetahui ketidak teraturan permukaan dalam bentuk angka bisa dilihat pada
bagian skala ukurnya (meter) yang dapat dibaca secara langsung.
Gambar 1. Alat Roughness Tester Type Surtronic 25
PERMUKAAN
Menurut istilah keteknikan, permukaan adalah suatu batas yang memisahkan benda padat dengan sekitarnya. Dalam prakteknya, bahan yang digunakan untuk benda kebanyakan dari logam.
Kadang-kadang ada pula istilah lain yang berkaitan dengan permukaan yaitu profil. Istilah profil sering disebut dengan istilah bentuk. Profil atau bentuk yang dikaitkan dengan istilah permukaan mempunyai arti tersendiri yaitu garis hasil pemotongan secara normal atau serong dari suatu penampang permukaan.
Dengan melihat profil ini maka bentuk dari suatu permukaan pada dasarnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu permukaan yang kasar (roughness)
dan permukaan yang bergelombang (waviness). Permukaan yang kasar berbentuk gelombang pendek yang tidak teratur dan terjadi karena getaran pisau (pahat) potong atau proporsi yang kurang tepat dari pemakanan (feed) pisau potong dalam proses pembuatannya. Setiap permukaan komponen dari suatu benda mempunyai beberapa bentuk yang bervariasi menurut strukturnya maupun dari hasil proses produksinya. Karakteristik permukaan tersebut ada yang bentuknya halus, dapat juga dalam bentuk kekasaran (roughness) maupun membentuk gelombang (waviness) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.
Bentuk-bentuk kekasaran dan gelombang pada permukaan dapat ditunjukkan pada gambar berikut
Penyanyangga
Tampilan
Traverse Unit Stylus
29
Gambar 2. Bentuk Kekasaran dan Penggelombangan Pada Permukaan Roughness/kekasaran idefinisikan sebagai
ketidakhalusan bentuk yang menyertai proses produksi yang disebabkan oleh pengerjaan mesin, sedangkan penggelombangan adalah komponen tekstur dimana kekasaran saling menumpuk. Hal ini disebabkan oleh faktor-faktor seperti penyimpangan mesin, getaran, berbagai penyebab regangan pada bahan dan pengaruh-pengaruh lainnya.
Nilai kekasaran dinyatakan dalam Roughness Average (Ra). Ra didefinisikan sebagai rata-rata aritmatika dan penyimpangan mutlak profil kekasaran dari garis tengah rata-rata
METODOLOGI
A. Bahan.
Bahan yang digunakan adalah tutup kelongsong atas dan bawah hasil proses pembubutan bahan Zirkaloi pejal, sampel standar 1,0 µm, pick up, pick-up holder, pick up cable, printer cable, clamp, pick-up spick-upport.
B. Peralatan.
Alat yang digunakan dalam Pengukuran adalah Roughness Tester Type Surtronic-25 buatan Taylor Hobson dan Thermal Printer. Sistem kerja alat ini dengan menggunakan stylus.Stylus merupakan peraba dari alat ukur kekasaran permukaan yang bentuknya konis atau piramida. Bagian ujung dari stylus ini ada yang berbentuk rata dan ada pula yang berbentuk radius. Untuk ujung stylus yang berbentuk radius, jari-jari keradiusannya biasanya sekitar 2 m. Bila stylus bergeser maka setiap perubahan yang dialami oleh stylus karena permukaan yang tidak halus akan nampak pada kertas grafik dari peralatan ukurnya karena perubahan ini terekam secara otomatis. Hasil nilai kekasaran permukaan juga akan tertampil pada tampilan layar yang ada pada alat. Dengan adanya bagian pembesar pada peralatan ukurnya (amplifier) kekasaran permukaan yang tidak jelas dilihat dengan mata akan nampak lebih jelas tergambar
pada kertas di bagian rekorder (perekam) jalannya stylus. Pada bagian daerah stylus biasanya dilengkapi dengan skid atau datum attachment. Fungsi skid ini pada dasarnya adalah penahan dan pengatur menyentuhnya stylus terhadap permukaan ukur. Bentuk skid ini ada yang berbentuk kurve dan ada pula yang rata. Jadi, perlengkapan secara umum dari peralatan ukur kekasaran permukaan dengan stylus yang bekerjanya berdasarkan prinsip kelistriksan adalah peraba (stylus), skid, amplifier, perekam (recorder) dan bagian pencatat semua profil kekasaran yang direkam.
C. Cara Kerja
1. Penyiapan Bahan
Pada penyiapan bahan langkah yang dilakukan adalah mengamati secara visual permukaan yang akan diukur nilai kekasarannya, kemudian sampel yang akan diukur dibersihkan dari debu dan lemak yang menempel. Hal lain yang perlu mendapat perhatian sebelum melakukan pengukuran adalah tempat terbebas dari getaran. Setelah itu memberi tanda pada daerah yang akan diukur kekasarannya.
2. Pengukuran Kekasaran Permukaan
Tempatkan sampel standar dengan nilai Ra = 1,0 m pada dudukan /penyangga sampai stylus dapat menyentuh permukaan sampel standar. Setelah posisi stylus pada posisi tegak lurus dengan bidang datar dari sampel standar dilanjutkan dengan mengukur nilai kekasaran, hasil pengukuran akan ditampilkan pada tampilan yang ada pada traverse unit. Pengukuran dilakukan dengan pengulangan 5 kali, pada tiga tempat dua di pinggir dan satu tengah.
Setelah pengukuran standar selesai maka selanjutnya melakukan pengukuran terhadap tutup kelongsong. Pengukuran dilakukan di 4 (empat) titik pengukuran pada kedua ujungnya dimana titik awal dianggap sebagai posisi 0o selanjutnya diputar pada posisi 90o, 180o, 270o. Pengukuran dilakukan dengan cara pengulangan 5 kali pada masing-masing titik pengukuran.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk mengetahui akurasi dan presisi alat maka sebelum dilakukan pengukuran sampel dilakukan terlebih dahulu pengukuran standar kekasaran permukaan dengan nilai Ra = 1,0 µm.
31 Hasil Pengukuran nilai kekasaran permukaan sampel satandar secara rinci
dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Sampel Standar 1,0 µm No Pinggir
Kiri µm Keterangan Tengah Keterangan
Pinggir Kanan, µm Keterangan 1 0,99 1,00 1,01 0,99 1,01 Rerata = 1,00 Sd = 0,010 Range = 0,02 1,00 1,00 1,01 0,99 1,01 Rerata = 1,002 Sd = 0,008 Range = 0,02 1,01 1,01 0,99 0,99 1,01 Rerata = 1,002 Sd = 0,011 Range = 0,02
Tabel 2 Hasil Rerata Pengukuran Kekasaran Permukaan Tutup Kelongsong.
No Tutup Posisi Pengukuran 0o Std Dev 90 o Std Dev 180 o Std Dev 270 o Std Dev 1 Bawah, Bag ian 1 1,308 0,011 1,712 0,011 1,100 0,016 1,792 0,011 2 Bawah Bagian 2 1,192 0,018 1,188 0,018 0,996 0,017 1,240 0,000 3 Atas Bagian 1 0,620 0,000 0,436 0,009 0,432 0,011 0,400 0,000 4 Atas Bagian 2 0,472 0,018 0,688 0,011 0,512 0,018 0,672 0,011
Dari Tabel 1 diketahui hasil rerata pengukuran sampel standar 1,00 µm adalah di kisaran 1,00 µm dengan standar deviasi terkecil 0,008 dan terbesar 0,011 range data 0,02 µm dengan demikian dapat dikatakan alat mempunyai akurasi yang sangat baik.
Demikian juga pada Tabel 1 terlihat tidak ada hasil pengukuran dengan harga yang ekstrim yang jauh dari nilai 1,0 µm pengukuran masih terpusat di kisaran nilai 1,00 µm sehingga alat dikatakan berada pada presisi yang baik.
Hasil pengukuran kekasaran permukaan tutup kelongsong zirkaloi secara rinci
terdapat pada lampiran Tabel 3 yang nilai reratanya dirangkum dalam Tabel 2
Pembahasan mengacu pada nilai kekasaran permukaan kelongsong yang memenuhi spesifikasi yaitu nilai kekasaran permukaan tidak melebihi 0,80 m. Dari Tabel 2 terlihat bahwa hasil kekasaran permukaan untuk tutup kelongsong bawah dari kedua bagian atau pada delapan titik pengukuran baik pada bagian 1 dan bagian 2 berada hasil terendah pada posisi pengukuran 180o. Pada pengukuran tutup bawah pada bagian 1 dan bagian 2 dari masing-masing keempat titik pengukuran hasil pengukuran terkecil adalah 0,996 m
dengan demikian nilai kekasarannya belum memenuhi nilai kekasaran permukaan yang diijinkan. Hal ini dapat dipengaruhi oleh faktor operator, faktor operator antara lain dalam menentukan pahat yang sesuai dengan benda yang akan dibubut, dismaping itu juga dalam menentukan parameter pembubutan dibutuhkan keterampilan dan pengetahuan dari operator. Adapun dari faktor mesin dapat dipengaruhi kecepatan gerak makan, jenis pahat, sudut pahat. Disamping itu dapat juga dipengaruhi pemasangan pahat yang kurang benar. Pemasangan pahat bubut yang sesumbu dengan benda kerja jika letak pahat diatas sumbu akan menyebabkannya melentur, sisi depan bagian bawah akan masuk lebih dalam pada benda kerja. Demikian juga jika letak pahat dibawah sumbu, maka sudut tatalnya akan berkurang dan menyebabkan benda kerja akan terangkat
Pada pengukuran kekasaran permukaan tutup atas pada bagian 1 dan bagian 2 nilai kekasaran terkecil adalah 0,400 m sedangkan nilai kekasaran terbesar adalah 0,688 m harga terbesar ini masih dibawah nilai kekasaran permukan yang diijinkan.
KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran kekasaran permukaan terhadap tutup ujung kelongsong diperoleh hasil pengukuran tutup ujung bawah pengukuran terkecil adalah 0,996 m, tutup ujung atas nilai kekasaran terbesar adalah 0,688 m.
Ditinjau dari aspek kekasaran permukaan, tutup kelongsong zirkaloi untuk bagian bawah belum memenuhi persyaratan spesifikasi yang diijinkan sedangkan untuk tutup atas telah memenuhi persyaratan spesifikasi kekasaran yang diijinkan sebagai komponen bahan bakar nuklir yaitu dengan batasan maksimum 0,80 m. Ketidaksamaan kekasaran permukaan hasil pembubutan dapat dipengaruhi oleh faktor operatornya dan dapat juga oleh faktor mesin bubut pada saat pengerjaannya.
SARAN
Disarankan untuk melakukan penelitian lebih lanjut terhadap faktor-faktor yang dapat mempengaruhi nilai kekasaran permukaan benda hasil pembubutan, sehingga tingkat kekasaran permukaan dapat dibuat sekecil mungkin. Dengan demikian dapat diperoleh hasil pembuatan benda kerja dengan mesin bubut dapat memenuhi spesifikasi yang dinginkan.
33 UCAPAN TERIMA KASIH :
1. Kepada Ibu Ety Mutiara yang telah memberikan arahan-arahan dalam pengukuran kekasaran permukaan tutup kelonngsong.
2. Bapak Antonio Gogo dan Bapak Eric Johneri yang telah memberi masukan-masukan untuk perbaikan penulisan makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. SASONGKO HERU, Petunjuk Pelaksanaan Kendali Mutu Laboratosrium Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir, EBE-PEBN-BATAN, 1988. 2. ANONIM, Operating Instructions
Surtronic 25, Rank Precision Industries Spa, UK, 2006.
3. DAGNALL, Exploring Surface texture, Rank taylor Hobson, UK, 1980.
4. ASME B46.1-2009, Surface Roughness, Waviness and Lay, An American National Standard, Three Park Avenue, New York, 2009.
TANYA JAWAB Iis Haryati
Pertanyaan :
1. Apa akibat yang ditimbulkan kalau kekasarannya tinggi tidak masuk spesifikasi?
2. Apakah bahan yang diproduksi tetapi reject masih bias diperbaiki/masih bias dihaluskan lagi agar masuk spesifikasi dan bias digunakan.
Jawab :
1. Jika kekasaran tidak masuk spesifkasi dapat menyebabkan kegagalan fatique dan dapat juga berpengaruh pada mechanical bonding.
2. Pada dasarnya masih bisa diperbaiki, namun dalam hal ini tentunya akan mengurangi dimensinya akibat proses pembubutan, sehingga dari nilai kekasaran dapat terpenuhi namun jika ditinjau dari dimensinya dapat mengakibatkan tidak terpenuhinya spesifikasi.
Edison S Pertanyaan :
1. Tolong/Saran ditambahkan dalam pembahasan kenapa di posisi tertentu belum memenuhi persyaratan yang diinginkan.
2. Tolong dibahas faktor operator dan faktor mesin.
Jawab :
Saran diterima, terima kasih atas masukan-masukannya.
Ir. Farida Pertanyaan :
1. Metode yang digunakan, apakah sudah memenuhi standar yang telah digunakan untuk setiap bentuk sampel (bulat/lingkaran, persegi empat) dan penggunaannya sama?
2. Kenapa hanya menggunakan 3 titik (kiri, tengah, kanan) dalam pengukuran?
Jawab :
1. Metode pengukuran kekasaran permukaan mengacu pada Operating Instructions Surtronic 25 tertelusur pada ISO 3274-1996, ISO 4287-1997, ISO 4288-1996, ISO 11 562 dan ASME B461.1.2009. Untuk pengukuran melingkar disarankan menggunakan Rounders Tester. Untuk pengukuran dengan menggunakan Roughness Tester diperuntukkan pada permukaan yang bentuknya mendatar/rata dengan minimal kerataan kurang lebih 1 cm agar dapat diukur.
2. Untuk pengukuran ini sebetulnya tidak harus 3 titik (kiri, tengah, kanan) biasanya tergantung permintaan konsumen bagian-bagian mana yang akan diukur, jadi bisa lebih dari yang 3 titik. Namun sebelum diukur dilihat terlebih dahulu seluruh permukaan secara visual apakah ada cacat-cacat di
permukaannya hampir sama maka operator menyarankan banyaknya titik yang akan diukur.
Budi S
Pertanyaan :
1. Saran : pengaruh yang terjadi pada aplikasi kelongsong tersebut di reaktor bila tutup kelongsong mempunyai permukaan kasar.
2. Sistim kerja alat saat mengukur sampel belum terlihat dalam penjelasan : mohon dijelaskan dan ditambahkan.
Jawab :
1. Jika kekasaran tidak masuk spesiifkasi dapat menyebabkan kegagalan fatique dan dapat juga berpengaruh pada mechanical bonding.
2. Usulan diterima dan telah ditambahkan.
35 LAMPIRAN
Tabel 3 Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan Tutup Kelongsong
No Sampel Posisi Pengukuran
0o (m) 90o (m) 180o (m) 270o (m)
1 Tutup Ujung Bawah, Bagian 1 1,30 1,32 1,32 1,30 1,30 1,70 1,72 1,70 1,72 1,72 1,10 1,10 1,08 1,12 1,12 1,80 1,80 1,80 1,78 1,78 2 Tutup Ujung Bawah,
Bagian 2 1,22 1,18 1,18 1,18 1,20 1,20 1,20 1,16 1,20 1,18 1,02 1,00 0,98 0,98 1,00 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 3 Tutup Ujung Atas,
Bagian 1 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,44 0,44 0,42 0,44 0,44 0,42 0,42 0,44 0,44 0,44 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 4 Tutup Ujung Atas,
Bagian 2 0,46 0,46 0,50 0,46 0,48 0,70 0,70 0,68 0,68 0,68 0,50 0,50 0,50 0,52 0,54 0,66 0,66 0,68 0,68 0,68
36
Gambar 4 Tutup Atas Kelongsong
