LAPORAN HASIL PENELITIAN FUNDAMENTAL
PENGARUH SUDUT CHAMFER TERHADAP KEKUATAN TARIK, IMPAK DAN DISTRIBUSI KEKERASAN SAMBUNGAN LAS GESEK ALUMINIUM PADUAN A6061
Oleh : Dr.Eng. Yudy Surya Irawan, ST., M.Eng. Ir. Marsoedi Wirohardjo, M.MT. Moch. Syamsul Ma’arif, ST., MT.
Dibiayai Oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, melalui DIPA Universitas Brawijaya Nomor : 0174.0/023-24.2/XV/2009, tanggal 31 Desember 2008 dan berdasarkan SK Rektor Nomor : 147/SK/2009, tanggal 30 April 2009.
UNIVERSITAS BRAWIJAYA Nopember 2009 i
ii
RINGKASAN Aluminium adalah salah satu material yang banyak dipakai dalam pembuatan peralatan dan komponen-komponen permesinan, tetapi memiliki beberapa kesulitan dalam proses pengelasannya. Hal ini disebabkan salah satunya oleh sifat penghantar panasnya yang baik, sehingga sulit terjadi pemanasan daerah lasan saat dilakukan pengelasan dengan menggunakan las busur atau las gas. Salah satu metode yang dapat dipakai dalam pengelasan Aluminium adalah pengelasan gesek yang merupakan salah satu metode penyambungan material dengan memanfaatkan panas yang timbul dari gesekan antara permukaan dua material yang disambung. Penyambungan material terjadi akibat adanya panas yang timbul dari gesekan antara material yang diputar dan material di lain sisi yang ditekankan dengan gaya tekan tertentu. Peningkatan kekuatan tarik dan impak sambungan las merupakan hal yang perlu dilakukan, yang mana salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah penggunaan sudut chamfer pada bagian yang akan disambung. Beberapa penelitian telah dilakukan, tetapi sudut chamfer yang dapat meningkatkan kekuatan tarik dan impak secara maksimal belum diketahui. Oleh sebab itu, dalam penelitian ini dilakukan pengujian spesimen untuk mengetahui pengaruh variasi sudut chamfer terhadap kekuatan tarik dan impak sambungan las gesek Aluminium serta menemukan sudut chamfer yang mampu meningkatkan kekuatan tersebut di atas secara maksimal. Dalam penelitian ini spesimen silinder dibuat dari Aluminium paduan A6061 yang mana banyak digunakan sebagai komponen otomotif, industri perkapalan, kendaraan rel dan militer. Setiap pasang spesimen yang akan disambung diberi sudut chamfer pada bagian yang akan disambung dengan sudut 15, 30, 45, 60,dan 75 derajat serta tanpa sudut chamfer (sudut chamfer = 0 derajat). Kemudian dilakukan pengelasan gesek dengan kecepatan putar sebesar 1600 rpm, dan diberi gaya tekan 123 kgf selama 2 menit. Setelah itu diberi gaya tekan akhir sebesar 156.8 kgf dan ditahan selama 2 menit. Spesimen diuji kekuatan tarik dan impak dibuat menurut standar ASTM dan JIS. Pengujian distribusi kekerasan menggunakan metode microvickers dilakukan pada sambungan las gesek untuk menganalisa dan memahami pengaruh sudut chamfer terhadap kekuatan tarik dan impak spesimen. Hasil pengujian kekuatan tarik menunjukkan bahwa sudut chamfer berpengaruh terhadap kekuatan tarik sambungan las gesek dan sudut chamfer 30 derajat memberikan kekuatan tarik maksimal. Dari analisa foto makrostruktur sambungan las dapat diketahui bahwa penyebab dari kekuatan tarik maksimal pada sambungan las gesek adalah luas daerah Heat Afffected Zone dan porositas di sambungan las gesek yang minimal serta luas daerah fully plasticized zone yang maksimal. Selain itu, dari hasil pengujian kekuatan impak diketahui bahwa pada spesimen bersudut chamfer 15 derajat memiliki kekuatan impak maksimal. Hasil iii
pengamatan makrostruktur menunjukkan bahwa porositas minimal terjadi pada spesimen sambungan las gesek dengan sudut chamfer 15 derajat. Sedangkan, luas daerah fully plasticized terbesar terdapat pada spesimen yang memiliki sudut chamfer 30 derajat diikuti dengan spesimen bersudut chamfer 15 derajat. Hal ini menunjukkan bahwa penyebab kekuatan impak yang maksimal pada spesimen yang memiliki sudut chamfer 15 derajat lebih dipengaruhi oleh porositas yang minimal daripada oleh luas daerah fully plasticized dalam sambungan las gesek. Hasil pengujian distribusi kekerasan sambungan las menunjukkan bahwa sudut chamfer juga mempengaruhi distribusi kekerasan sambungan las gesek. Kekerasan rata-rata minimum terjadi pada daerah sambungan las spesimen bersudut chamfer 15 derajat, hal ini juga membuat kekuatan impak spesimen ini memiliki nilai yang maksimal. Kata kunci: Las gesek, sudut chamfer, kekuatan tarik dan kekuatan impak sambungan las, makrostruktur, kekerasan mikro.
iv
SUMMARY Aluminum is one of materials that widely used as tools and components of machines. However, it has difficulty in its welding process. It can be caused by good heat conductivity of Aluminium. Therefore, during arc welding or gas welding process, heating in welding region is difficult to occur. One of welding methods for Aluminum is friction welding. Friction welding is a method to make a joint of metals by using heat generated from friction between two surfaces of joining metals. Welding joint by friction welding can be occured due to heat from friction between surfaces of a rotating metal in one side and a static-metal which is pressed by certain compressioni force in the other side. Increasing tensile and impact strength of weld joint is essential. One of many efforts to increase strength of weld joint is by using chamfer angle on joining surface. Few researches had been performed, but appropriate chamfer angle that can give maximum tensile and imapct strength is not found yet. Therefore, in this research, some experiments were conducted to find effect of chamfer angle on tensile strength and impact strength of Aluminum weld joint. In addition, the aim of this research is to obtain approriate chamfer angle that can give maximum tensile and impact strength of friction welded joint of Aluminum. In this research, cylinders were made from Aluminium alloys A6061 which is commonly used as components in automotive, ship industries, rail tranportations, and military. Every pair of joining surface of specimen were machined to add chamfer angle variations of 15, 30, 45, 60, 75 degrees and without chamfer angle (chamfer angle = 0 degrees). Friction welding was performed by rotating a specimen with 1600 rpm and pressed with compression force of 123 kgf for 2 minutes. At the end of welding process, final compression force of 156.8 kgf was applied on the specimen for 2 minutes. Specimens for tensile and impact strength testing were made according to ASTM and JIS Standards. Microhardness testing of Microvickers were performed to find distribution of hardness on weld joints and to analyze the effect of chamfer angle on tensile and impact strength. Results of tensile testing shows that chamfer angle affects tensile strength of Aluminum weld joint. Chamfer angle of 30 degrees gived maximum tensile strength. From macrostructures of weld joints, it was found that the cause of maximum tensile strength of friction weld joints are minimum area of heat affected zone and porosity zone, and also maximum area of fully plasticized zone. In addition, from impact strength testing results, it was found that specimens with chamfer angle of 15 degrees had maximum impact strength of friction welding joint. Observations of macrostructures of weld joints also showed that minimum porosity occured in the spesimen with chamfer angle of 15 degrees. Moreover, the largest area of fully plasticized zone were found in the specimen with chamfer angle of 30 degrees and 15 degrees, respectively. It showed that the cause of maximum impact strength on specimen with chamfer angle of 15 degrees is more influenced by minimum area of porosity zone than maximum area of fully plasticized zone in a v
friction welding joint. Hasil pengujian distribusi kekerasan sambungan las menunjukkan bahwa kekerasan rata-rata minimum terjadi pada daerah sambungan las spesimen bersudut chamfer 15 derajat, hal ini juga membuat kekuatan impak spesimen ini memiliki nilai yang maksimal. Results of hardness distribution testing showed that chamfer angle also affects hardness distribution of friction welding joints. Minimum value of mean hardness occured in welding joints of specimen with chamfer angle of 15 degrees. This condition can make impact strength of this specimen becomes maximum. Keywords: Friction welding, chamfer angle, tensile strength and impact strength of weld joint, macrostructure, microhardness.
vi
DAFTAR PUSTAKA Agrawal, BK.1988. Introduction to Engineering Material, p.8, Department of Metallurgical Engineering Indian Institute of Technology, Bombay: Tata McGraw-Hill Publishing Company. Althouse, Andrew D., et.al . 1984. Modern Welding. p.475. The Goodheart -Willcox Company, Inc. ASM International. 2000. ASM Handbook Vol.8: Mechanical Testing ang Evaluation,pp.221-231, Materials Park-Ohio, ASM International. ASTM. 1980. ASTM E-23: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, ASTM. Bauccio, Michael (editor), 2001, ASM Metals Reference Book Third Edition, ASM International, Materials Park-Ohio Budinski, Kenneth G.1996. Engineering Materials : Properties and Selection Fifth Edition, New Jersey: Prentice-Hall. Davies, CC.1992. The Science and Practice of Welding:Volume I Welding Science and Technology, Cambridge University Press. Dowling, Norman E. 1999. Mechanical Behavior of Materials, Prentice Hall, New Jersey Handoko, Ari.2005. Perencanaan Fixture Mesin Las Gesek untuk Proses Produksi Shaft Axle. Sripsi tidak diterbitkan. Malang: Teknik Mesin Universitas Brawijaya. Harsono,Wiryosunarto dan Okumura,Toshie.2000. Teknik Pengelasan Logam. Jakarta:PT.Pradnya Paramita. Heine, Richard W. 1985. Principles of Metal Casting. New Delhi: Tata McGraw-Hiil Publishing Company Ltd. Huang, W-Z., Horie, H., Hiratsuka, S, Kowata, T., Shi, X-L, and Koike, K. 2002. Effect of Bevel Angles on Friction Welding Structure of Spheroidal Graphite Cast Iron to Mild Steel. Journal of Japan Foundry Engineering Society, Vol. 74, No.6, pp.363-369. Japanese Industrial Standards Association, (1980), Standard Book of JIS : JIS Z 2201, Japanese Industrial Standard Association, Tokyo. Johnson, Richard. 1999. Journal of Materials. The Insitute of
Materials
Lin, C.B. et al. 1999. The Effect of Joint Design and Volume Fraction on Friction Welding Properties of A360/SiC Composites. Welding Research Supplement. Department of Mechanical Engineering. Tamkang University. Taiwan Manufacturing of Technology Inc. 2000, Applications Product. Manufacturing of Technology Inc. Washington
vii
Nugraha, Dwi. 2005. Pengaruh Kecepatan Putar dan Gaya Tekan pada Pengelasan Gesek terhadap Kekuatan Tarik Sambungan Aluminium Paduan. Skripsi tidak diterbitkan. Malang: Teknik Mesin Universitas Brawijaya. Purnomo, Hery. 2008. Pengaruh Sudut Chamfer terhadap Kekuatan Tarik Sambungan Las Gesek pada Paduan Al-Mg-Si, (Pembimbing: Yudy Surya Irawan, Dr.Eng.), Skripsi tidak diterbitkan. Malang: Teknik Mesin Universitas Brawijaya. Parmar, R.S. 1995. Welding Processes and Technology, Khanna Publishers, Delhi Sathiya, P. et.al. 2007. Effect of Friction Welding Parameters on Mechanical and Metallurgical Properties of Ferritic Stainless Steel, International Journal of Advanced Manufacture, Vol.31, 1076-1082.
viii
