pengaruh profil pin dan jarak preheating terhadap

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




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




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


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. 11 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
















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


Tabel 4. 10 Tabel data pengujian FSW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan


Tabel 4. 11 Tabel data foto makro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan


Tabel 4. 12 Tabel data foto mikro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan


Tabel 4. 13 Tabel data pengujian FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan


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 10 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 90 mm ...... 86

pengaruh profil pin dan jarak preheating terhadap

Documents