ANALISA KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA DAERAH LAS DAN HAZ HASIL PENGELASAN TUNGSTEN INERT GAS ( TIG ) PADA ALUMINIUM ALLOY 6061 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
ALFIAN IMAN 110401001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kepada TUHAN, karena berkat limpahan dan kasihnya maka skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi yang berjudul "analisa ketangguhan dan struktur mikro pada daerah las dan HAZ hasil pengelasan tungsten inert gas (TIG) pada aluminium alloy " ini penulis susun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penulis mengucapkan rasa terimasih yang sebesar-besarnya atas semua bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai. Secara khusus rasa terimakasih tersebut kami sampaikan kepada: 1. Kedua orang tua Ayahanda Sahat Tambun, Linda Sitorus S.pd dan keluarga besar Tambun yang atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini 2. Bapak
Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan dan dorongan dalam penyusunan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita,ST.MT selaku dosen penguji satu 4. Bapak Ir.Terang UHSG Manik,ST.MT selaku desen penguji dua 5. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 7. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Seluruh Dosen dan seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin , juga kepada staf Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, atas ilmu, bimbingan dan bantuannya hingga penulis selesai menyusun tugas akhir ini. 9. Rekan-rekan Stambuk 2011,Tim Horas, di Universitas Sumatera Utara yang juga telah banyak membantu penulis dan member semngat.
i Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna, baik dari segi materi meupun penyajiannya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Terakhir penulis berharap, semoga tugas akhir ini dapat memberikan hal yang bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca dan khususnya bagi penulis juga.
Medan,
Agustus 2016
Penulis,
Alfian Iman NIM : 110401001
ii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk tujuan: mengetahui pengaruh kuat arus pada pengelasan Aluminium 6061 terhadap kekuatan impak setelah dilakukan pengelasan dan struktur mikro. Pengelasan dilakukan dengan metode pengelasan TIG, menggunakan elektroda ER 5356. Alat yang digunakan dalam uji struktur mikro dan uji impak secara berturut-turut adalah Metallurgycal Microscope, dan Charpy Tester. Hasil dari uji struktur mikro menunjukkan bahwa struktur butiran Al pada daerah HAZ menyatu dengan aluminium primer (α-Al) dan butiran Si membentuk paduan Si primer diantara α-Al. Hasil rata-rata uji impak pada daerah Las variasi kuat arus 90 ampere energi yang di serap 20,214 Joule dan nilai impak 0,201 Joule/mm²., pada kuat arus 100 ampere enegi yang di serap 35,114 Joule dan nilai impak 0,350 Joule/mm², dan pada kuat arus 110 ampere energi yang di serap 68,048 Joule dan nilai impak 0,680 Joule/mm². Hasil rata-rata uji impak pada daerah HAZ variasi kuat arus 90 ampere, energi yang diserap 34,266 joule dan nilai impak 0,342 Joule/mm², pada kuat arus 100 ampere, energi yang diserap 27,074 joule dan nilai impak 0,270 Joule/mm², dan pada kuat arus 110 ampere, energi yang diserap 20,214 joule dan nilai impak 0,202 Joule/mm².dari hasil pengujian yang dilakukan disimpulkan bahwa energi yang diserap dan nilai impak pada daerah las lebih besar di bandingkan dengan daerah HAZ, itu sebabnya daerah HAZ menjadi daerah titik kritis pada pengelasan. Kata Kunci : aluminium alloy, las aluminium, las TIG, uji material.
iii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT This research was conducted for the purpose: determine the influence of strong currents in the welding Aluminium 6061 against the impact strength after welding and microstructure. Welding is done with TIG welding method, using electrodes ER 5356. The tools used in the micro-structure test and impact test in a row is Metallurgycal Microscope, and Charpy Tester. The results of the test indicate that the micro-structure grain structure of Al in the HAZ region fused with primary aluminum (α-Al) and granular Si Si alloy formed between the primary α-Al. The average yield impact test on a local Las variation of the current strength of 90 amperes energy absorbed 20.214 Joule and value impact 0,201 Joules / mm²., The powerful current of 100 amperes waterwheel in the absorption 35.114 Joule and value impact 0.350 Joules / mm², and on 110 ampere current of energy in Joule 68.048 absorption and impact value 0.680 Joules / mm². The average yield impact test on the area HAZ variations in electric current of 90 amperes, the energy absorbed 34.266 joules and value impact 0.342 Joules / mm², the strong current of 100 amperes, the energy absorbed 27.074 joules and value impact 0,270 Joules / mm², and on strong current 110 amperes, the energy absorbed 20.214 joules and impact value of 0.202 joules / mm².dari results of tests performed concluded that the energy is absorbed and the impact on the value of the welding area is greater in comparison with HAZ area, that's why HAZ areas into areas critical point in welding. Keywords : aluminum alloy, aluminum welding, TIG welding, the test material.
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................
i
ABSTRAK ..................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ...............................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ......................................................................................
x
DAFTAR NOTASI .....................................................................................
xi
BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................
1
1.1 Latar belakang ............................................................................
1
1.2 Tujuan penelitian ........................................................................
2
1.3 Manfaat Penelitian......................................................................
3
1.4 Perumusan Masalah...................................................................
3
1.5 Batasan Masalah .........................................................................
3
1.6 Metode Penelitian.......................................................................
3
1.7 Sistematika Penulisan.................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................
6
2.1 Aluminium .................................................................................
6
2.1.1 Latar Belakang Aliminium .................................................
6
2.1.2 Sejarah Aluminium.............................................................
6
2.1.3 Proses Pembuatan Aluminium ...........................................
8
2.1.4 Jenis Aluminium Paduan ....................................................
10
2.1.5 Sifat Mampu Las Aluminium .............................................
12
2.2 Pengelasan ..................................................................................
14
2.2.1 Ruang Lingkup dan Defenisi Pengelasan..........................
14
2.2.2 Sejarah Pengelasan ............................................................
16
2.2.3 Klasifikasi Pengelasan.......................................................
17
2.2.4 Jenis-Jenis Pengelasan .......................................................
17
2.2.5 Metalurgi Pengelasan ........................................................
23
2.3 Pengelasan TIG ........................................................................
26
2.3.1 Prinsip Kerja Pengelasan TIG ..........................................
27
2.3.2 Keuntungan dan Kerugian Proses TIG.............................
28
2.3.3 Sumber Arus Las ..............................................................
29
v Universitas Sumatera Utara
2.4 Struktur Mikro ............................................................................
32
2.4.1 Struktur Mikro Pada Daerah Las .......................................
33
2.4.2 Struktur mikro daerah HAZ (Heat affected Zone)………….
34
2.5 Pengujian Hasil Pengelasan .......................................................
35
2.5.1 Uji Impak ...........................................................................
35
2.5.2 Pengujian Impact Metode Charpy......................................
36
2.5.3 Faktor Penyebab Patah Getas Pada Pengujian Impact .......
38
2.5.4 Jenis-jenis Patahan .............................................................
39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................
41
3.1 Tempat dan Waktu penelitian ....................................................
41
3.2 Prosedur Penelitian....................................................................
43
3.3 Alat dan Bahan ...........................................................................
42
3.3.1 Alat .....................................................................................
42
3.3.2 Bahan ..................................................................................
43
3.4 Metodologi Penelitian ................................................................
45
3.5 Variabel-Variabel Pengujian ......................................................
46
3.6 Spesimen ....................................................................................
46
3.6.1 Pembentukan Spesimen ......................................................
46
3.7 Proses Pengujian ........................................................................
47
3.7.1 Pengujian Impact ................................................................
47
3.7.2 Pengamatan Strukur Mikro.................................................
48
3.8 Diagram Alir Penelitian .............................................................
50
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ...................................
51
4.1 Uji Impak Pada Daerah Las .......................................................
51
4.2 Patahan Pada Spesimen Daerah Las ..........................................
54
4.3 Uji Impact Pada Daerah HAZ ………………………………..
55
4.4 Patahan Pada Spesimen Daerah HAZ ........................................
58
4.5 Hasil Uji Melalografi .................................................................
60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................
63
5.1 Kesimpulan ................................................................................
63
5.2 Saran...........................................................................................
64
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
xii
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : Aluminium .................................................................................. 6 Gambar 2.2 : Skema Proses Bayer ................................................................... 9 Gambar 2.3 : Proses Hall-Heroult .................................................................... 10 Gambar 2.4 : Terjadinya lubang halus pada pengelasan aluminum ................. 13 Gambar 2.5 : Struktur Mikro Daerah Las Dari Aluminium yang Dapat Diperlaku-Panaskan..................................................................... 14 Gambar 2.6 : Skema Definisi Proses Pengelasan ............................................. 15 Gambar 2.7 : Perkembangan Cara Pengelasan ................................................. 17 Gambar 2.8 : SMAW (shielded metal arc welding) ......................................... 18 Gambar 2.9 : SAW (Submerged Arc Welding) ................................................ 19 Gambar 2.10 : Electro Slag Welding .................................................................. 19 Gambar 2.11 : Gas Metal Arc Welding .............................................................. 20 Gambar 2.12 : Gas Tungsten Arc Welding .......................................................... 21 Gambar 2.13 : Oxy Acetylene Welding ................................................................ 22 Gambar 2.14 : Termit Welding ............................................................................ 23 Gambar 2.15 : Metalurgi pengelasan .................................................................. 25 Gambar 2.16 : Pengelasan TIG ........................................................................... 27 Gambar 2.17 : Skema Pengelasan TIG ............................................................... 28 Gambar 2.18 : Aksi Pembersihan Lapisan Oksida .............................................. 30 Gambar 2.19 : Diagram Rangkaian Listrik dari Mesin Las Listrik DC .............. 31 Gambar 2.20 : Perbedaan Karakteristik Arus AC dan DC .................................. 31 Gambar 2.21 : Struktur Mikro pada Logam ....................................................... 33 Gambar 2.22 : Struktur Mikro Daerah Las.......................................................... 34 Gambar 2.23 : Struktur Mikro Pada Daerah HAZ (Heat affected Zone) .......... 35 Gambar 2.24 : Diagram Uji Impak ...................................................................... 36 Gambar 2.25 : Alat Pengujian Metode Charpy ................................................... 37 Gambar 2.26 : Patahan Getas…………………………………………………… 41 Gambar 2.27 : Patahan Liat ................................................................................. 41 Gambar 2.28 : Patahan Campuran ....................................................................... 41 Gambar 3.1 : Mesin Las TIG .............................................................................. 42 Gambar 3.2 : Mikroskop Optik ......................................................................... 43 vii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 : Aluminium Alloy 6061 ............................................................... 44 Gambar 3.4 : Elektroda ER 5356 ...................................................................... 45 Gambar 3.5 : Spesimen ..................................................................................... 47 Gambar 3.6 : Alat Pengujian Impak Metode Charpy ......................................... 47 Gambar 3.7 : Alur Pengerjaan Skripsi............................................................... 50 Gambar 4.1 : Grafik Energi Yang Diserap Pada Daerah Las Terhadap Kuat Arus ..................................................................................................... 52 Gambar 4.2 : Grafik nilai Impak daerah Las Terhadap Kuat arus ................... 53 Gambar 4.3 : Spesimen UJi impak Dengan Kuat Arus 90 Ampere .................. 54 Gambar 4.4 : Spesimen UJi impak Dengan Kuat Arus 100 Ampere ................ 54 Gambar 4.5 : Spesimen Uji Impak Dengan Kuat Arus 110 Ampere ................ 55 Gambar 4.6 : Grafik Energi Yang Diserap Pada Daerah HAZ Terhadap Kuat Arus…………………………………………………………….. 57 Gambar 4.7 : Nilai Impak Terhadap Kuat Arus Pada Daerah Las……………. 57 Gambar 4.8 : Spesimen Uji Impak Dengan Kuat Arus 90 Ampere Daerah HAZ …………………………………………………………………. 58 Gambar 4.9 : Spesimen Uji Impak Dengan Kuat Arus 100 Ampere Dearah HAZ …………………………………………………………………. 59 Gambar 4.10 : Spesimen Uji Impak Dengan Kuat Arus 110 Ampere Daerah HAZ …………………………………………………………………. 59 Gambar 4.11 : Struktur Mikro Spesimen Dengan Kuat Arus 90 Ampere Pada Bagian (a) daerah Las (b).daerah HAZ ...................................... 60 Gambar 4.12 : Struktur Mikro Spesimen Dengan Kuat Arus 100 Ampere Bagian (a).daerah Las (b).daerah HAZ………………………………… 61 Gambar 4.13 : Struktur Mikro Spesimen Dengan Kuat Arus 110 Ampere Pada Bagian (a) daerah Las (b) daerah HAZ ....................................... 62
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Gambar 2.1
Penggunaan Mesin Las TIG untuk Beberapa Logam ........
31
Gambar 3.1
Komposisi Kimia Logam Yang Diendapkan (%) .............
44
Gambar 4.1
Data Hasil Uji Impak Aluminium Alloy 6601 Daerah Las ............................................................................................
Gambar 4.2
52
Data Hasil Uji Impak Aluminium alloy 6061 Daerah HAZ ............................................................................................
56
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang E
Keterangan
Satuan
Energi yang dibutuhkan untuk mematahkan sampel
J
P
Berat Palu x gravitasi
N
D
Jarak lengan pengayun
mm2
Cos β
Sudut akhir pemukulan
(o )
Cos α
Sudut awal pemukulan
(o )
Ki
Nilai impak
J/mm2 Ai
Luas penampang
A
Kuat Arus
mm2 Ampere
x Universitas Sumatera Utara
