perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGARUH PROFIL PINTERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN PELAT ALUMINIUM 5083 PADA PROSES FRICTION STIR WELDING
SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh : VICTOR HARIMURTI NIM. I1408533
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014 commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGARUH PROFIL PINTERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN PELAT ALUMINIUM 5083 PADA PROSES FRICTION STIR WELDING Disusun oleh
Victor Harimurti NIM. I 1408533
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Zainal Arifin, S.T., M.T. NIP.197303082000031001
Nurul Muhayat, S.T., M.T. NIP. 197003231998021001
Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat tanggal 14 Maret 2014 1. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. NIP. 197101031997021001
……………………
2. Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP.197406251999031002
……………………
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin
Koordinator Tugas Akhir
Didik Djoko Susilo, S.T., M.T. NIP.197203131997021001
Wahyu Purwo Raharjo, S.T., M.T. NIP. 197202292000121001 commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO & PERSEMBAHAN
Motto Pilihan harus dibuat untuk mengambil kesempatan demi perubahan Kesempatan sekejap mata, penyesalan seumur hidup Menghargai diri adalah bekerja sepenuh hati
Persembahan Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada : Istri dan kedua anakku yang memaknai hidupku Ibu dan Almarhum Bapak yang mengajarkan prinsip hidup Saudara -saudaraku yang mengasihiku Teman-teman UNS – ATMI yang membuat suasana kuliah dan kerja penuh dengan semangat dan kegembiraan Almamaterku
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PENGARUH PROFILPIN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN PELAT ALUMINIUM 5083 PADA PROSES FRICTION STIR WELDING
Victor Harimurti Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655
Abstrak Friction stir welding (FSW) adalah alternatif pengelasan aluminium yang dapat dilakukan dengan menggunakan mesin miling. Penelitian ini mempelajari pengaruh profil pin dari friction stir welding terhadap sifat mekanik dan struktur mikro sambungan pelat aluminium 5083. Mesin miling dioperasikan dengan angka putaran 1125 rpm, kecepatan gerak meja 30 mm/menit, dan kedalaman pembenaman tool 3,85mm. Welding tool terbuat dari bahan Bohler K100 yang dikeraskan mencapai 59 HRc dengan variasi penampang pin berbentuk lingkaran, flatten 2, dan flatten 3. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan, pengamatan foto makro dan struktur mikro. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekutan tertinggi pada uji tarik dan tekuk terdapat pada hasil pengelasan dengan profil pin berpenampang flatten 3. Pada pengujian kekerasan menunjukkan hasil bahwa rata-rata daerah retreating side mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dibanding advancing side. Pada struktur mikro, semakin kompleks profil pin membuat ukuran butir pada daerah HAZ semakin besar tetapi tidak terlalu berpengaruh terhadap nugget.
Kata kunci: Friction Stir Welding,aluminium 5083,profil pin, sifat mekanik commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
THE EFFECT OF PIN PROFILEON THE MECHANICAL PROPERTIES AND MICRO STRUCTURE OF 5083 ALUMINIUM JOIN ON FRICTION STIR WELDING PROCESS
Victor Harimurti Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655 Abstract Friction stir welding (FSW) is an alternative aluminium welding process in which the process is using the milling machine. The aim of this research is to study the effect of pin profile in friction stir welding process on the mechanical properties and micro structure of weld joint on 5083 aluminium. The milling machine was operated in 1125 rpm on spindle rotation, 30 mm/minutes on feed-rate and 3.85 mm on tool depth of plunge. The welding tool material was Bohler K100 and hardened up to 59 HRc in various shapes of circle, flatten 2, and flatten 3. The tests in this study were tensile test, bending test, hardness test, observation on macro photo and micro structure. The test results showed that the highest tensile strength and bending strenght occurred on the welding specimen with flatten 3 pin. Further, on the hardness test showed that averagely retreating side area had a higher hardness than advancing side. On the micro stucture, the more complex pin profile, the bigger grain size of HAZ. Unfortunetelly, the pin profile did not influence to grain size in nugget.
Keywords: Friction Stir Welding,aluminium 5083,pin profile, mechanical properties
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas semua rahmat dan segala kemudahan sehingga pengerjaan tugas akhir ini dapat berjalan dengan lancar.Selama pengerjaan hingga terselesaikannya tugas akhir ini, penulis mendapatkan bantuan serta masukan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Zainal Arifin, S.T., dan Bapak Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing atas bimbingan, ilmu dan kesabaran dalam mengarahkan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Jajaran Direksi ATMI, Romo T. Agus Sriyono, SJ., Bapak Y.V. Yudha Samodra, ST., M. Eng., Bapak S.T Hermawan BP., ST., M.BA., dan Bapak Y. Fajar Kristianto atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan lanjut serta segala fasilitas dan dukungan yang diberikan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan hingga penyelesaian tugas akhir ini. 3. Rekan – rekan Instruktor WAP, CT dan WAD di Politeknik ATMI Surakarta yang sudah banyak membantu dalam mempersiapkan dan menyelesaikan percobaan pengelasan dalam tugas akhir ini. 4. Rekan – rekan QC di PT. ATMI Solo yang banyak membantu dalam pekerjaan selama penulis absen untuk penyelesaian tugas akhir ini. 5. Rekan - rekan satu tim FSW atas kerja sama, kekompakan, semangat, dan keceriaan selama penyelesaian tugas akhir ini. 6. Istri tercinta atas dukungan dan kesetiaan dalam mendampingi penulis menyelesaikan tugas akhir ini. 7.
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala bantuan dalam penyelesaian tugas akhir ini. Surakarta, Maret 2014 commit to user
vi
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI Halaman Abstrak........................................................................................................ iv Kata Pengantar............................................................................................ vi Daftar Isi..................................................................................................... vii Daftar Tabel................................................................................................. ix Daftar Gambar............................................................................................. ix Daftar Lampiran.......................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah..................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah.......................................................................... 2 1.4 Tujuan dan Manfaat..................................................................... 2 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka........................................................................... 4 2.2 Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW)................................... 6 2.3 ParameterFriction Stir Welding..................................................... 8 2.3.1 Tool…….............................................................................. 8 2.3.2 Kecepatan Putar Tool………………………………….…. 10 2.3.3 Kecepatan Pengelasan……………………….………...…. 10 2.3.4 Depth Plunge…………………………………………..…. 10 2.4 Baja Bohler K100……………………………………………..… 11 2.5 Aluminium Paduan………………………..……………………. 12 2.5.1 Klasifikasi Aluminium Paduan........................................... 12 2.5.2 Aluminium Paduan 5083…………..................................... 14 2.6 Pengujian Spesimen……………………………………………... 15 2.6.1 Pengujian Tarik……………............................................... 15 2.6.2 Pengujian Tekuk……………….......................................... 16 2.6.3 Pengujian Kekerasan…………........................................... 17 2.6.4 Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro......................... 18 commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian................................................................ 19 3.2 Bahan Penelitian……................................................................... 20 3.3 Peralatan Penelitian……............................................................... 22 3.3.1 Peralatan Untuk Pembuatan Spesimen dan Proses Pengelasan ………………............................................... 22 3.3.2 Peralatan Untuk Pengujian Spesimen................................ 26 3.4 Pelaksanaan Pengelasan……....................................................... 27 3.4.1 Parameter Pengelasan……………..................................... 27 3.4.2 Proses Pengelasan…………….......................................... 28 3.5 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan......................................... 31 3.5.1 Uji Kekerasan (Hardness Test)…….................................. 32 3.5.2 Uji Tekuk……………………..……................................. 33 3.5.3 Uji Tarik…..…………………..……................................. 34 3.5.4 Pengamatan Struktur Mikro dan Foto Makro.................... 36 BAB IV. DATA DAN ANALISA 4.1 Data Pengelasan……................................................................... 37 4.2 Analisa Visual……...................................................................... 38 4.3 Analisa Temperatur Pengelasan…............................................... 42 4.4 Analisa Foto Makro….................................................................. 43 4.5 Analisa Struktur Mikro................................................................. 46 4.6 Analisa Kekuatan Tarik................................................................ 51 4.7 Analisa Kekuatan Tekuk.............................................................. 56 4.8 Analisa Kekerasan........................................................................ 61 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan…….......................................................................... 65 4.2 Saran……………….................................................................... 65 DAFTAR PUSTAKA………………........................................................ 66 LAMPIRAN………………....................................................................... 67
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1
Sifat umum paduan aluminium……………………………. 13
Tabel 2.2
Komposisi kimia aluminium 5083………………………… 14
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Foto makro hasil pengelasan FSW....................................... 6
Gambar 2.2
Prinsip kerja FSW................................................................. 7
Gambar 2.3
Pencekaman benda kerja....................................................... 7
Gambar 2.4
Variasi sambungan las FSW................................................. 8
Gambar 2.5
Beberapa profil permukaan shoulder.................................... 9
Gambar 2.6
Beberapa penampang profil pin............................................ 9
Gambar 2.7
Gerakan tool.......................................................................... 10
Gambar 2.8
Posisi tool terhadap benda kerja........................................... 11
Gambar 2.9
Diagram Fasa Al-Mg............................................................ 15
Gambar 2.10 Pengujian tarik…………………………………………….. 15 Gambar 2.11 Mekanisme pengujian three point bending........................... 16 Gambar 2.12 Pengujian Micro Vickers secara skematis............................ 17 Gambar 2.13 Skema pengamatan struktur mikro....................................... 18 Gambar 3.1
Diagram alir penelitian......................................................... 19
Gambar 3.2
Base metal............................................................................ 20
Gambar 3.3
Geometri tool....................................................................... 20
Gambar 3.4
Penampang profil pin.......................................................... 21
Gambar 3.5
Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel.......... 21
Gambar 3.6
Mesin Cutting...................................................................... 22
Gambar 3.7
Mesin Milling....................................................................... 23
Gambar 3.8
Peralatan pengukur temperatur............................................. 24
Gambar 3.9
Dial untuk mengatur ketegaklurusan commit to user dan kesejajaran......... 24 ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 3.10 Tool setter............................................................................. 24 Gambar 3.11 Dialcaliper........................................................................... 25 Gambar 3.12 Gerinda tangan..................................................................... 25 Gambar 3.13 Kikir..................................................................................... 26 Gambar 3.14 Alat uji tarik dan bending..................................................... 26 Gambar 3.15 Mikro Vickers Machine........................................................ 27 Gambar 3.16 Alat uji foto struktur mikro................................................... 27 Gambar 3.17 Pemasangan termokopel dan alat pengukur temperatur....... 28 Gambar 3.18 Pemasangan backing plate................................................... 28 Gambar 3.19 Pemasanganbase metal dan proses dial............................... 29 Gambar 3.20 Posisi pencekaman secara keseluruhan................................ 29 Gambar 3.21 Parameter proses pengelasan................................................ 29 Gambar 3.22 Proses masuknya tool ke dalam aluminium......................... 30 Gambar 3.23 Proses Friction Stir Welding................................................ 30 Gambar 3.24 Layout pemotongan spesimen uji......................................... 31 Gambar 3.25 Spesimen uji kekerasan........................................................ 32 Gambar 3.26 Posisi titik pengujian kekerasan........................................... 32 Gambar 3.27 Spesimen uji tekuk............................................................... 33 Gambar 3.28a Sebelum diuji tekuk.............................................................. 34 Gambar 3.28b Setelah diuji tekuk................................................................ 34 Gambar 3.29 Spesimen uji tarik................................................................. 34 Gambar 3.30a Sebelum diuji tarik................................................................ 35 Gambar 3.30b Setelah diuji tarik.................................................................. 35 Gambar 3.31 Spesimen uji struktur mikro................................................. 36 Gambar 4.1
Hasil pengelasan pada pin lingkaran.................................... 37
Gambar 4.2
Hasil pengelasan pada pin flatten 2...................................... 37
Gambar 4.3
Hasil pengelasan pada pin flatten 3....................................... 37
Gambar 4.4
Kontur permukaan weld joint pada spesimen I..................... 38
Gambar 4.5
Exit hole pada spesimen I...................................................... 39
Gambar 4.6
Kontur permukaan weld joint dan weld flash pada spesimen II........................................................................... 39
Gambar 4.7
Exit hole pada spesimen 39 commitII.................................................... to user x
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 4.8
digilib.uns.ac.id
Kontur permukaan weld joint dan weld flash pada spesimen III......................................................................... 40
Gambar 4.9
Exit hole pada spesimen III................................................... 40
Gambar 4.10 Perbandingan hasil pengelasan pada ketiga penampang pin..41 Gambar 4.11 Skema posisi termokopel....................................................... 42 Gambar 4.12 Hubungan antara penampang profil pin dan temperatur pengelasan …………………………………………………. 42 Gambar 4.13 Foto makro spesimen dengan pin lingkaran…...................... 44 Gambar 4.14 Foto makro spesimen dengan pin flatten 2…........................ 44 Gambar 4.15 Foto makro spesimen dengan pin flatten 3............................ 44 Gambar 4.16 Base metal aluminium paduan 5083 H116........................... 47 Gambar 4.17 HAZ pada pin lingkaran........................................................ 47 Gambar 4.18 HAZ pada pin flatten 2......................................................... 48 Gambar 4.19 HAZ pada pin flatten 3…...................................................... 48 Gambar 4.20 Weld nugget pada pin lingkaran............................................. 49 Gambar 4.21 Weld nugget pada pin flatten 2...............................................49 Gambar 4.22 Weld nugget pada pin flatten 3.............................................. 50 Gambar 4.23 Spesimen uji tarik................................................................. 51 Gambar 4.24 Patahan pada spesimen pin lingkaran setelah diuji tarik........................................................................................ 51 Gambar 4.25 Patahan pada spesimen pin flatten 2 setelah diuji tarik........................................................................................ 52 Gambar 4.26 Patahan pada spesimen pin flatten 3 setelah diuji tarik........................................................................................ 52 Gambar 4.27 Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tarik ……............................................................................... 54 Gambar 4.28 Hubungan antara penampang profil pin dan regangan ……. 55 Gambar 4.29 Spesimen sebelum pengujian tekuk...................................... 56 Gambar 4.30 Spesimen pin lingkaran setelah uji face bending.................................................................................. 56 Gambar 4.31 Spesimen pin flatten 2 setelah uji face bending.................................................................................. 57 commit to user xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.32 Spesimen pin flatten 3 setelah uji face bending.................................................................................. 57 Gambar 4.33 Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tekuk face bending................................................................. 58 Gambar 4.34 Spesimen pin lingkaran setelah uji root bending.................................................................................. 59 Gambar 4.35 Spesimen pin flatten 2 setelah uji root bending.................................................................................. 59 Gambar 4.36 Spesimen pin flatten 3 setelah uji root bending.................................................................................. 59 Gambar 4.37 Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tekuk root bending................................................................. 60 Gambar 4.38 Hasil jejak indentor micro vickers…………………………. 61 Gambar 4.39 Grafik hubungan nilai kekerasan dan posisi titik uji............. 62
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Hasil uji tarik pada pin lingkaran spesimen A
Lampiran 2
Hasil uji tarik pada pin lingkaran spesimen B
Lampiran 3
Hasil uji tarik pada pin flatten 2 spesimen A
Lampiran 4
Hasil uji tarik pada pin flatten 2 spesimen B
Lampiran 5
Hasil uji tarik pada pin flatten 3 spesimen A
Lampiran 6
Hasil uji tarik pada pin flatten 3 spesimen B
Lampiran 7
Hasil uji tarik pada base metal
Lampiran 8
Hasil uji face bending pada pin lingkaran spesimen A
Lampiran 9
Hasil uji face bending pada pin lingkaran spesimen B
Lampiran 10 Hasil uji face bending pada pin flatten 2 spesimen A Lampiran 11 Hasil uji face bending pada pin flatten 2 spesimen B Lampiran 12 Hasil uji face bending pada pin flatten 3 spesimen A Lampiran 13 Hasil uji face bending pada pin flatten 3 spesimen B Lampiran 14 Hasil uji root bending pada pin lingkaran spesimen A Lampiran 15 Hasil uji root bending pada pin lingkaran spesimen B Lampiran 16 Hasil uji root bending pada pin flatten 2 spesimen A Lampiran 17 Hasil uji root bending pada pin flatten 2 spesimen B Lampiran 18 Hasil uji root bending pada pin flatten 3 spesimen A Lampiran 19 Hasil uji root bending pada pin flatten 3 spesimen B Lampiran 20 Hasil uji bending pada base metal spesimen A Lampiran 21 Hasil uji bending pada base metal spesimen B Lampiran 22 Temperatur pengelasan Lampiran 23 Data pengujian tarik Lampiran 24 Regangan Lampiran 25 Data pengujian face bending Lampiran 26 Data pengujian root bending Lampiran 27 Data pengujian kekerasan pada pin lingkaran Lampiran 28 Data pengujian kekerasan pada pin flatten 2 Lampiran 29 Data pengujian kekerasan pin flatten 3 commit pada to user xiii
