Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line Pada Proses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre Fabrication

Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line Pada Proses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre‐ Fabrication Panel Bangunan Atas Kapal Arip Purwanto 4108 100 066 Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Gambaran Umum •

Proses penyambungan aluminium dengan GMAW dan GTAW meghasilkan suhu pengelasan yang sangat tinggi sehingga merusak lapisan tahan korosi pada aluminium sehingga dilakukan pengelasan yang menghasilkan suhu pengelasan yang rendah yaitu Friction Stir Welding.

•

Dalam Tugas Akhir ini, dilakukan pengelasan dengan mesin frais sebagai pengganti mesin FSW pada aluminium seri 5083 dengan tebal 4 mm dengan ukuran 30 mm x 15 mm menggunakan tiga variasi diameter pin (5, 6, dan 7 mm).

•

Dilakukan lima pengujian yaitu uji penetrant, makro etsa, radiografi, uji tarik dan uji bending.

Arip Purwanto Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Friction Stir Welding •

•

Friction Stir Welding merupakan pengelasan tanpa menggunkan filler metal serta menghasilkan suhu pengelasan yang lebih rendah dari pengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007]. Pada pengelasan FSW kualitas sambungan akan tetap tahan korosi dan tidak terjadi porositas karena tidak ada udara yang terperangkap seperti pada pengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007].


Latar Belakang • Aluminium adalah logam yang mempunyai sifat pengelasan yang kurang baik karena adanya lapisan oksida yang melindungidari proses korosi. Lapisan oksida ini melekat kuat dan rapat pada permukaan, serta stabil. Lapisan oksida tersebut akan terbuka jika terkena panas >6000 C maka lapisan oksida tersebut terbuka sehingga menyebabkan logam Aluminium terkorosi [Rai, 2006]. • FSW pada bidang perkapalan banyak digunakan untuk panel-panel ruang akomodasi bangunan atas [Chen. 2006] • Untuk meminimalisir biaya digunakan modifikasi tools dengan bahan baja K-100 dan pin dengan HSS yang digunakan pada mesin frais sebagai sumber tenaga penggerak. Arip Purwanto Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Permasalahan • Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium? • Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap sifat mekanis dan kekuatan pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium?


Tujuan • Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium. • Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap sifat mekanis dan kekuatan hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium.


Hipotesis • Diagonal pin berpengaruh terhadap kualitas pengelasan dan mechanical properties aluminium. Semakin besar diagonal menghasilkan mechanical properties semakin baik.


Metodologi • • • •

Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan Dimensi Tools yang Digunakan Proses Pengelasan Jenis‐jenis Pengujian


Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Welding Procedure Joint design Backing Backing material Base Metal Specification Thickness Grade Plate thickness range Pre-heat temperature Interpass temperature PWHT Welding Position Position Welding Equipment (Probe) Shoulder Specification Pin Spescification

Square groove (I) Yes Carbon steel Aluminium Alloy 5083 4 mm Al 5083 H-116 3 ~ 12 (mm) None None 1 G / Flat Spesial K100 HSS


Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan Probe Geometry

14 15

24

Model pin Pin length (mm) Tool shoulder diameter, (mm) Pin diagonal (mm) Tool inclined angle (°) Welding Conditions Technique Single/Multipass Rotational speed Welding speed (mm/sec) Axial forces Joint Details Joint detail

25

Welding sequence

16 17 18 19 20 21 22 23

Straight square 3.7 (mm) D 18 (mm) 5 ; 6 ; 7 (mm) 2o Friction Stir Single 1050 (rpm) 0.36 (mm/s) None


Dimensi Tools yang Digunakan • Pengelasan Friction stir welding dilakukan dengan 2 tipe probe yaitu probe dengan Fixed Pin dan Portable Pin.


Hasil Pengelasan

Incomplete penetration


Hasil pengelasan (lanjutan)


Jenis‐jenis Pengujian • • • • •

Pengujian penetrant Pengujian radiografi Pengujian makro etsa Pengujian tarik Pengujian tekuk/bending


Pengujian penetrant •

Tujuan dari pengujian penetrant ialah untuk mengetahui kondisi permukaan dari hasil pengelasan (joint line). Pada penelitian kali ini hanya bagian root saja yang diuji. Hal ini dikarenakan pada bagian ini paling rentan terhadap cacat permukaan akibat kerja tool yang tidak benar‐benar sampai root surface, sehingga sering timbul cacat berupa Incomplete Penetration.

Diameter pin (mm)

Indikasi linear relevant

Indikasi rounded relevant

Hasil

5

Tidak ada

Tidak ada

Accepted

6

Tidak ada

Tidak ada

Accepted

7

Tidak ada

Tidak ada

Accepted Arip Purwanto Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Pengujian Radiografi • Pengujian radiografi digunakan untuk mendeteksi cacat internal menggunakan sinar x atau gamma

Pin 5 mm

Pin 6 mm

Pin 7 mm


Foto Makro •

Pengujian foto makro adalah pemeriksaan potongan melintang weld metal yang difoto dengan kamera biasa dengan perbesaran ≤ 10 kali untuk mengetahui weld zone dan cacat‐cacat yang terdeteksi pada potongan melintang spesimen.


Pengujian Tarik Diameter pin (mm) 5 6 7

Kode spesimen

Spesifikasi specimen (weld metal)

I II I II I II

18.68 19.07 19.11 18.94 18.62 18.94

tebal (mm) 3.83 3.68 3.97 3.96 3.91 3.92

lebar (mm)

luasan (mm2) 71.54 70.18 75.87 75 72.8 74.24

F Ultimate (KN) 20.6 15.2 22 21.1 19.4 16.8


Pengujian Tarik (lanjutan) Diameter pin (mm)

5

6

7

Kode spesimen

Tegangan ultimate

Tegangan rata-rata

(MPa)

(MPa)

I

287.95

II

216.59

I

289.97

II

281.33

I

266.48

II

226.29

Daerah putus Weld metal

252.27

Weld metal Weld metal

285.65

Weld metal Weld metal

246.39

Weld metal


Pengujian Tarik (lanjutan) •

Hasil foto makro setelah pengujian tarik


Pengujian Tarik (lanjutan) • • •

Kekuatan tarik minimum hasil pengelasan Aluminium 5083 adalah 270 MPa. Pada patahan segaris hasil pengujian tariknya lebih baik, hal ini dikarenakan tidak terdapat cacat pada bagian weld metal. Dari hasil foto makro diketahui juga bahwa pengelasan dengan diameter pin 6 mm adalah yang paling baik, dengan kedua spesimen mengalami patahan segaris lurus dan kuat tariknya memenuhi yaitu dengan rata‐ rata 285.65 MPa.


Pengujian Tekuk/Bending Diameter pin (mm) 5

6

7

Spesimen 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Jenis bending root root face face root root face face root root face face

Sudut (˚) 32 34 180 180 11 10 180 180 24 180 180 180

Keterangan Open defect Open defect No defect No defect Open defect Open defect No defect No defect Open defect Open defect No defect No defect


Pengujian Tekuk/Bending (lanjutan) •

•

Tabel menunjukkan bahwa indikasi crack selalu muncul pada daerah root. Hal ini menunjukkan bahwa pada pengelasan friction stir welding, daerah root merupakan daerah yang paling lemah. Penyebab utama kegagalan pada daerah root adalah cacat kissing bonds. Hasil terbaik diperoleh pada variasi diameter pin 7 mm, dengan sudut tekuk bagian root mencapai 180 ˚.


Kesimpulan •

•

•

•

Pengelasan dengan menggunakan portable pin hasilnya lebih bagus dibanding dengan fixed pin. Tool dengan portable pin bisa diatur depth‐nya, sehingga bisa digunakan untuk pelat dengan ketebalan yang berbeda‐beda. Hasil foto makro menujukan bahwa pada pengelasan dengan diameter pin 5 mm dan 7 mm terdapat cacat. Cacat pada diameter 5 mm adalah oxide array sepanjang 4 mm di weld metal, sedang pada diameter 7 mm terdapat cacat berupa Incomplete Penetration. Hasil foto makro terbaik adalah pengelasan menggunakan pin 6 mm. Berdasarkan pengujian tarik, semua spesimen patah di weld metal. Nilai rata‐rata untuk pengelasan dengan pin 5 mm dan 7 mm masing‐masing adalah 252.27 MPa dan 246.39 MPa. Hasil yang paling memenuhi syarat ialah pengelasan dengan pin 6 mm, yaitu rata‐rata kuat tariknya adalah 285.65 MPa. Hasil pengujian tekuk menunjukkan bahwa semua spesimen pada bagian face diperoleh sudut tekuk 180°. Daerah root seluruhnya mengalami open defect dengan sudut tekuk terbaik adalah 180° pada diameter pin 7 mm.


Kesimpulan •

Secara umum hasil pengelasan dengan pin berdiameter 5, 6 atau 7 mm adalah baik.Tapi hanya pengelasan dengan pin berdiameter 6 mm yang kuat tariknya memenuhi. Sehingga pengelasan friction stir welding pada aluminium 5083 dengan tebal 4 mm untuk pre‐fabrication panel bangunan atas kapal sebaiknya menggunakan pin dengan diameter 6 mm.



Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line Pada Proses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre Fabrication

Recommend Documents