TUGAS AKHIR – MN 091382
PENGARUH DIAMETER TOOL SHOULDER TERHADAP METALURGI ALUMINIUM SERI 5083 DENGAN PROSES FRICTION STIR WELDING DINAR KUSUMA WARDHANI 4106 100 026 4106 100 026
PENDAHULUAN
L B l k Latar Belakang Karakteristik aluminium Aluminium murni Aluminium paduan Penyambungan Al 5083 pada umumnya Kekurangan proses penyambungan yang sering
digunakan Cara meminimalisir kekurangan ??
FRICTION STIR WELDING
P M l h Perumusan Masalah Berapakah parameter tetap dari tekanan
tool, RPM, kecepatan travel, dan sudut inklinasi yang sesuai untuk Aluminium seri 5083? Berapa B ukuran k di diameter tool shoulder l h ld yang dapat d menghasilkan metalurgi yang baik untuk Aluminium seri 5083?
T j Tujuan g Mengetahui parameter tetap dari tekanan tool, RPM, kecepatan travel, dan sudut inklinasi yang sesuai untuk Aluminium seri 5083 Mengetahui M h i ukuran k di diameter tool shoulder yang l h ld menghasilkan metalurgi yang baik pada Aluminium seri 5083
M f Manfaat g Akhir ini adalah memberikan Manfaat dari Tugas verifikasi akademis mengenai ukuran diameter tool shoulder, tekanan tool, RPM, kecepatan travel, dan sudut inklinasi yang menghasilkan metalurgi yang baik pada pengelasan Aluminium 5083 dengan proses f friction stir welding (FSW). g( )
Hi i Awal A l Hipotesis semakin baik struktur metalurgi dari Aluminium seri 5083 yang disambung secara butt weld dengan proses friction stir welding
B M l h Batasan Masalah
Menggunakan Al 5083 dengan ketebalan 4 mm Pengelasan dilakukan dengan butt weld FSW Residual Stress pada proses pengelasan di abaikan Pengelasan dilakukan pada suhu ruangan Range parameter tetap yang digunakan adalah RPM ±1500, kecepatan travel : ±0.3 mm/s, sudut inklinasi : 22°, dan dan tekanan tool diwakilkan pada shoulder depth plunge sebesar 2 mm Diameter shoulder yang digunakan 16 mm, 18 mm, dan 20 mm Tool dibuat dari modidikasi HSS Pengujian g j yyang dilakukan g adalah foto makro dan mikro
TINJAUAN PUSTAKA
Al i i Aluminium Klasifikasi aluminium berdasarkan : Berdasarkan pembuatan
Paduan cor (cast alloys) P d Paduan tempa (wrough ( h alloys) ll )
Berdasarkan perlakuan panas
Dapat diperlakupanaskan Tidak dapat diperlakupanaskan
Berdasarkan unsur paduan seri 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Al i i Aluminium 5083 gg Penggunaan Jenis paduan tempa non heat‐treatable Komposisi Al 5083 4.5% Magnesium 0.7% Mangan, dan 0.13% Cromium
P l Al i i Pengelasan Aluminium g Sifat pengelasan Aluminium Mudah teroksidasi dan membentuk oksida Al2O3 Koefisien muai besar mudah deformasi Berat jenis rendah memungkinkan terkandungnya zat yang tidak dikehendaki Titik cair dan viskositas rendah mudaj mencair dan jatuh menetes Kelarutan K l t hidrogen hid t tergantung t suhu h pengelasan l
P l Al i i Pengelasan Aluminium g Umumnya dengan GTAW dan GMAW Meminimalisir cacat: Gas mulia sebagai pelindung Proses P pengelasan l dengan suhu dibawah titik lebur
F i i S i W ldi Friction Stir Welding Ditemukan oleh The
Welding Institute UK 1991 Konsep dasar : non‐ consumable rotating tool bl i l dengan desain tertentu untuk menyambung dua material
F i i S i W ldi Friction Stir Welding Suhu pengelasan
GMAW 660°C. Suhu pengelasan FSW 70% 90% dari titik 70% ‐90% dari lebur Aluminium Suhu lebih rendah, maka : Minim HAZ Mengurangi ductility
FSW minim distorsi
dibandingkan g GMAW.
F i i S i W ldi Friction Stir Welding
Rigid clamp cek sudut inklinasi Pin masuk Dweel time Tool digerakkan Angkat tool perlahan Selesai. S l
F i i S i W ldi Friction Stir Welding
Base metal / Parent metal struktur mikro tetap Heat Affected Zone mikrosruktur berubah Thermo Mechanical Affected Zone ff terpengaruh p g panas akibat p
gesekan tool dengan material Flow Arm Zone zona batas pengelasan di sekitar adukan yang terseret oleh shoulder Weld nugget Terjadi adukan yang dapat menggabungkan
F i i S i W ldi Friction Stir Welding g Jenis cacat pengelasan
F i i S i W ldi Friction Stir Welding Kelebihan : Minim porosity dan hot crack Proses sederhana dan biaya murah Mechanical properties dan microstructure lebih baik dibanding GMAW dan GTAW Kekurangan : Butuh backing plate yang datar dan lebih tebal dari material Ada lubang di akhir pengelasan Butuh sistem clamp yang rigid Sangat tergantung dari pasokan listrik
K D M difik i Konsep Dasar Modifikasi Peralatan asli FSW mahal Modifikasi tool jenis HSS yang
digunakan untuk mesin frais Model pin straight cylindrical dengan shoulder tanpa tanggem.
Pengujian Foto makro Foto mikro
Tambahan : radiografi
METODOLOGI PENELITIAN
B h Penelitian P li i Bahan g Aluminium 5083 dengan ukuran 300 x 150 x 4 mm Tool dari HSS : Dpin = 4 mm Lpin = 3.8 mm. Dshoulder = 16,18,20 mm
P l P li i Peralatan Penelitian Peralatan pembuatan tool Mesin bubut dan jangka sorong. Peralatan untuk persiapan material Gerinda dan kikir Peralatan untuk proses pengelasan Mesin frais, clamp, backing plate thermometer stopwatch penggaris plate, thermometer, stopwatch, penggaris Peralatan untuk pembentukan speciment uji Mesin gergaji, mesin gerinda, ragum, mesin poles, kertas gosok, alumina, mesin scrap, kikir, jangka sorong Peralatan untuk pengujian material Mikroskop foto mikro dan kamera foto makro
P l Proses pengelasan Tahap persiapan Pembersihan gerinda P b ih alur l las l dengan d i d atau t mesin i scrab b Pemasangan backing plate dan rigid clamp secara butt joint. Persiapan mesin frais sesuai dengan parameter yang telah disebutkan
Tahap pengelasan
RPM Tool 1541, menekan hingga shoulder menyentuh permukaan Tool ditekan 2 mm (shoulder depth plunge) sebagai pengganti tekanan. Dwell time Pin dibiarkan beberapa saat hingga 5083 hampir plastis Tool bergerak maju dengan kecepatan travel 0.3 mm/menit Proses pengelasan selesai dilakukan. Tool diangkat perlahan. Langkah di atas diulangi untuk diameter 16mm, 18mm, dan 20mm.
Tahap pengecekan visual Pengecekan hasil pengelasan dilakukan secara visual sebelum dilakukan
pemeriksaan metalografi.
P P ji Proses Pengujian Pengujian dilakukan pada speciment berukuran 6 x 2.5 x 4 mm. Permukaan speciment dipoles hingga bersih, mengilap, dan dipoles hingga bersih mengilap dan tidak ada goresan. goresan
Foto Mikro
1 ml HF
1.5 ml HCl
2.5 ml HNO3
95 ml Aquades
Reagent Keller
Speciment dicelupkan selama dua menit lalu dicelupkan alkohol
90% Speciment disiriam dengan air dan dikeringkan dengan hair dryer. Di foto mikro Di f ik dengan d perbesaran b 100 dan d 500 kali. k li
Foto F t Makro M k
25 ml HF
100 ml HCl
100 ml HNO3
100 ml Aquades
Speciment dicelupkan hingga dua menit lalu dicelup dengan
Reagent keller
alkohol 90% Speciment disiram dengan air dan dikeringkan dengan hair dryer. hair dryer Selanjutnya speciment siap dilakukan proses foto makro.
ANALISA DAN PEMBAHASAN
P P T Penentuan Parameter Tetap Pengelasan Pertama di Laboratorium Produksi Hasil : Tunnel tidak menggunakan tilt angle Permukaan face tidak b t beraturan menggunakan travel speed secara manual. Panas terlalu kecil diameter shoulder 10 mm Terjadi deformasi karena tidak ada backing plate.
P P T Penentuan Parameter Tetap Pengelasan kedua di Laboratorium Produksi Hasil : Tunnel tidak ada tilt angle. Face masih tersapu di retreating side tidak menggunakan shoulder d h l depth plunge. Hasil pengelasan bagian root tidak fusi karena kurangnya penetrasi.
P P T Penentuan Parameter Tetap Pengelasan ketiga di CNC Bengkel Bersaudara Hasil : Tunnel T l tidak tid k menggunakan tilt angle Permukaan face tidak f beraturan menggunakan travel speed secara manual. manual Terjadi deformasi karena tidak ada backing plate. gp
P P T Penentuan Parameter Tetap Pengelasan keempat di CNC Bengkel CNC B k l bersaudara b d Hasil : Tunnel tidak memakai sudut inklinasi Face sudah terbentuk di kedua sisi, akan sisi akan tetapi terjadi surface lack of fill karena tidak ada shoulder depth plunge. shoulder depth plunge Bentuk root tidak beraturan karena RPM terlalu l l cepat..
P P T Penentuan Parameter Tetap Pengelasan Terakhir di Laboratorium Produksi Hasil : Antara root dan face sudah fusi karena adanya tilt angle Face sudah F d h terbentuk t b t k alur l shoulder yang seragam dan sama antara sisi retreating dan advancing. Bagian awal pengelasan tidak rata karena temperatur pengelasan yang terlalu tinggi Bagian akhir pengelasan tidak rata karena temperatur pengelasan yang merambat ke backing plate dan roller otomatis, sehingga sistem otomatisnya sedikit terganggu k karena menjadi j di melambat. l b
P ji Foto F M k Pengujian Makro 0.4
g cacat Luas penampang
0.363
untuk diameter shoulder :
0.35
16 mm 0.2334 mm2 20 mm 0.3127 mm2 +
0 0503 mm2 = 0.363 mm 0.0503 mm 0 363 mm2
Luas Penampang cacat
18 mm 0.1484 mm2
0.3
0.25
0.2334
0.2 0.1484
0.15
0.1
0.05
0 16
18
20
Diameter shoulder
P ji Foto F Mik (HAZ) Pengujian Mikro
P ji Foto F Mik (TMAZ) Pengujian Mikro
P ji Foto F Mik (Stir zone) (S i ) Pengujian Mikro
P ji Foto F ik Pengujian mikro Diameter shoulder 16 mm, 18 mm, dan 20 mm
menghasilkan luasan penampang cacat yang berbeda, akan tetapi secara komponen partikel dan bentuk alur butir tidak memiliki perbedaan yang signifikan
K i l dan d Saran S Kesimpulan Kesimpulan Parameter tetap dari tekanan tool yang digantikan dengan
shoulder depth plunge sebesar 0.2 mm, rotational speed 1541 RPM, kecepatan travel 0.3 mm/min, dan sudut inklinasi 2° Diameter shoulder yang menghasilkan metalurgi yang baik pada pengelasan Aluminium seri 5083 adalah 18 mm.
Saran Kalibrasi dilakukan untuk setiap alat dan bahan yang
digunakan di k agar lebih l bih presisi i i Pengujian foto mikro sebaiknya dilakukan dengan scanning electron microscopy agar menghasilkan bentuk butir yang l bih jelas. lebih j l Sebaiknya bentuk tool menggunakan tanggem agar tool tidak masuk ke pakem tool mesin frais.
