TUGAS AKHIR Analisis Sifat Mekanik dan Struktur Mikro pada Sambungan Las Aluminium dengan Variasi Filler Menggunakan Metode Friction Stir Welding (FSW).
TUGAS AKHIR
ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA
SAMBUNGAN LAS ALUMINIUM DENGAN VARIASI FILLER
MENGGUNAKAN METODE FRICTION STIR WELDING
(FSW)
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
EKO KRISTIANTO
NIM : D200150012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
ii
iii
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
v
LEMBAR MOTTO
"Orang-orang yang sukses telah belajar membuat diri mereka melakukan
hal yang harus dikerjakan ketika hal itu memang harus dikerjakan, entah
mereka menyukainya atau tidak."
( Aldus Huxley )
"Kecerdasan emosi adalah kemampuan merasakan, memahami, dan
secara efektik menerapkan daya dan kepekaan emosi sebagai sumber
energi, informasi, koneksi, dan pengaruh yang manusiawi."
( Robert K. Cooper )
“Sukses bukanlah akhir dari segalanya, kegagalan bukanlah sesuatu yang
fatal
namun
keberanian
untuk
meneruskan
kehidupanlah
yang
diperhatikan.”
( Sir Winston Churchill )
"Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru
yakin kalau kita telah berhasil melakukannya dengan baik."
( Evelyn Underhill )
“Mencari pengetahuan adalah wajib bagi setiap muslim.”
( Nabi Muhammad SAW )
vi
ABSTRAK
Penelitian dalam hal penyambungan aluminium paduan terus
ditingkatkan, agar dalam proses penyambungannya menjadi lebih mudah
dan untuk meningkatkan kekuatan tariknya. Proses penyambungan
aluminium paduan salah satunya dapat dilakukan dengan cara
pengelasan Friction stir welding (FSW). Tujuan utama dalam penelitian ini
adalah untuk mengetahui lebih jelas mengenai struktur mikro dan sifat
mekanik dari spesimen. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah aluminium paduan seri 6061-T6. Dalam proses ini, digunakan
material filler dari pelat kuningan dan pelat seng. Oleh karena itu, variasi
dari spesimennya adalah FSW dengan filler dan tanpa filler. Data dari
hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa pada pengelasan FSW
aluminium 6061-T6 tanpa menggunakan filler memiliki kekuatan tarik yang
lebih baik bila dibandingkan dengan pengelasan menggunakan filler yaitu
sebesar 152,2633 MPa dengan nilai regangannya adalah 3,3733 %. Data
dari pengujian kekerasan, pengelasan FSW tanpa filler mengalami
penurunan kekerasan pada daerah weld nugget nya sebesar 53,1 HV
sedangkan pada pengelasan FSW dengan filler mengalami peningkatan
kekerasan pada daerah weld nugget nya sebesar 82,8 HV pada
pengelasan filler kuningan dan 122,1 HV pada pengelasan filler seng.
Selain itu, pada pengujian kekerasan ini juga menunjukkan bahwa pada
pengelasan FSW dengan filler dapat memperluas daerah HAZ. Apabila
dilihat dari pengujian foto mikro, pengelasan FSW aluminium 6061-T6
tanpa filler pada daerah weld nugget nya terlihat adanya butiran-butiran
halus. Sedangkan pada pengelasan FSW aluminium 6061-T6 dengan
menggunakan filler ditemukan adanya butiran-butiran filler yang tersebar
kedalam matrik aluminium yang membentuk struktur komposit.
Kata kunci : friction stir welding, aluminium 6061-T6, friction stir
welding dengan Filler.
vii
ABSTRACT
The research topic of aluminium alloys joinning techniques have
been improved to optimize the process and to increase the tensile
strength. The joinning process of aluminium alloys can be conducted by
using Friction Stir Welding (FSW). The research objective was to
investigate the mechanics structures of tensile strength of FSW and to see
the micro structure of the specimens. The material used in the research
was aluminium alloy 6061-T6 series. In this process, it will be used filler
mateials of brass and zinc plate. Therefore, the specimens variations were
FSW with filler and without filler. According to the tensile test, the FSW
welding of aluminium alloy 6061-T6 without filler was delivered the highest
tensile strength compared with specimen using filler material. It was
delivered 152.2633 MPa of tensile strengt and strain of 3.3733%. From the
hardness test, the specimen of FSW without filler was given lower
hardness compared with the base metal in the weld nugget. It was 53.1
HV. While the specimen with filler material was delivered hardness higher
than without filler. It was 82.8 HV for the brass filler and 122.1 HV for the
zinc filler. According to the hardness experiment, it can be seen that the
use of filler material during FSW process can increase the HAZ area. The
weld nugget of FSW without filler wass seen smoth grain size in photo
micro. While the specimen of FSW with filler material was generated
bigger grain size which was distributed in aluminium matrix and develop
composite structure.
Keywords: friction stir welding, aluminum 6061-T6, friction stir
welding with filler.
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbil’alamin, sungguh segala puji hanya teruntuk
hanya Alloh sang pencipta alam semesta. Dengan segala izinNya
sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Analisis Sifat Mekanik dan Struktur Mikro
pada Sambungan Las Aluminium dengan Variasi Filler Menggunakan
Metode Friction Stir Welding (FSW)” dapat terseleasikan atas dukungan
dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan
segala ketulusan dan keikhlasan hati ini menyampaikan rasa terimakasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo B.R., ST., MSc., Ph.D. Selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Agus Dwi Anggono, ST, M.Eng, PhD. selaku Dosen
Pembimbing Utama yang telah banyak memberikan banyak waktu,
ilmu, saran, arahan dan motifasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Seluruh Dosen yang telah membimbing ku selama ini, memberi
pengajaran ilmu dan segala hal baik yang telah kuperoleh.
5. Ibunda Sukinem dan Ayahanda Sutarno tercinta yang senantiasa
dengan kebesaran hatinya memberikan dukungan dan dorongan baik
moril maupun materi’il, semoga kalian sehat selalu, panjang umur,
banyak rejeki, dikuatkan iman islamnya dan bisa melihat anak mu
sukses dan tak akan kulupakan pengorbanan kalian yang begitu
besarnya pada anak mu ini, amin.
ix
6. Kawan-kawan Teknik Mesin UMS yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan
penulis satu-
persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 12 April 2017
Penulis
Eko Kristianto
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................. i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................................ ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN.................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ......................................................... v
LEMBAR MOTTO ............................................................................... vi
ABSTRAK ........................................................................................... vii
ABSTRACT ......................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ........................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xiv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xxi
BAB I PENDAHULUAN........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................... 4
1.3 Batasan Masalah .................................................................... 5
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................. 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 7
2.1 Kajian Pustaka ........................................................................ 7
2.2 Landasan Teori ....................................................................... 10
2.2.1 Pengertian Friction Stir Welding (FSW) ........................ 10
xi
2.2.2 Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW) ..................... 11
2.2.3 Sambungan Pada Proses Friction Stir Welding
(FSW) ........................................................................... 14
2.2.4 Parameter Pengelasan Friction Stir Welding ................ 15
2.2.5 Gaya Pada Friction Stir Welding................................... 20
2.2.6 Filler Metal (Logam Pengisi) ......................................... 21
2.2.7 Aluminium Dan Paduan Aluminium .............................. 22
2.2.8 Pengkodean Pada Aluminium Paduan ......................... 28
2.2.9 Logam Paduan Aluminium 6061-T6 ............................. 30
2.2.10 Kuningan ...................................................................... 34
2.2.11 Seng ............................................................................. 37
2.2.12 Pengujian Hasil Pengelasan FSW ................................ 38
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................... 45
3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 45
3.2 Tempat Penelitian ................................................................... 46
3.3 Persiapan Bahan..................................................................... 46
3.4 Peralatan Proses Pengelasan dan Pembuatan Spesimen ...... 48
3.5 Peralatan Pengujian Spesimen ............................................... 60
3.6 Pelaksanaan Pengelasan ....................................................... 62
3.6.1 Persiapan Material ......................................................... 62
3.6.2 Parameter Pengelasan................................................... 67
3.6.3 Proses Pengelasan ........................................................ 68
3.6.4 Kendala Pengelasan ...................................................... 75
3.7 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan .................................. 80
xii
3.7.1 Uji Tarik .......................................................................... 82
3.7.2 Uji Kekerasan ................................................................. 84
3.7.3 Uji Struktur Mikro ............................................................ 86
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................... 93
4.1 Hasil Pengelasan .................................................................... 93
4.2 Struktur Mikro .......................................................................... 97
4.3 Pengujian Tarik ....................................................................... 109
4.4 Pengujian Kekerasan .............................................................. 127
BAB V PENUTUP ................................................................................ 134
5.1 Kesimpulan ............................................................................. 134
5.2 Saran ...................................................................................... 136
5.3 Penelitian Selanjutnya ............................................................. 137
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema Friction Stir Welding (FSW) pada Aluminium
6061 dan 316 Stainless Steel Menggunakan Zn
Sebagai Logam Pengisi ................................................ 7
Gambar 2.2. Skema Friction Stir Butt Welding pada AA6061
Menggunakan Aluminium Murni Sebagai Pelat
Filler .............................................................................. 8
Gambar 2.3. Skema Friction Stir Lap Welding antara Al 1A99
dan Cu Murni Menggunakan Zn Sebagai Logam
Pengisi .......................................................................... 9
Gambar 2.4. Friction Stir Welding ...................................................... 11
Gambar 2.5. Prinsip Kerja Proses Friction Stir Welding.................... 12
Gambar 2.6. Panas yang Dihasilkan dari Proses Friction
Stir Welding ................................................................... 12
Gambar 2.7. Heat Zone pada Friction Stir Welding .......................... 13
Gambar 2.8. Jenis-Jenis Sambungan Friction Stir Welding ............... 14
Gambar 2.9. Konfigurasi Tool Design FSW ....................................... 18
Gambar 2.10. Contoh Desain Pin pada Friction Stir Welding Tool ..... 18
Gambar 2.11. Skema Depth Of Weld dan Kemiringan Tool
pada Friction Stir Welding ............................................. 19
Gambar 2.12. Gaya-Gaya pada Friction Stir Welding (FSW) .............. 21
Gambar 2.13. Diagram Fasa Biner Semu dari Paduan AlMg2Si ......... 30
Gambar 2.14. Diagram proses heat treatment sampel uji.................... 31
xiv
Gambar 2.15. Mesin Uji Tarik Dilengkapi Spesimen Ukuran
Standar ......................................................................... 39
Gambar 2.16. Gambaran Singkat Uji Tarik .......................................... 40
Gambar 2.17. Benda kerja bertambah panjang (ΔL) ketika diberi
beban (F) ...................................................................... 41
Gambar 2.18. Pengujian Kekerasan Vickers Dan Pengukurannya ...... 42
Gambar 2.19. (a) Prinsip dan komponen mikroskop metalurgi
dan pencahayaan dari sistem optik , obyek dan
penampakannya, (b) Penampakan butir yang telah
dipolis dan dietsa menggunakan mikroskop
optik .............................................................................. 44
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian.................................................. 45
Gambar 3.2. Material Aluminium 6061-T6 ......................................... 46
Gambar 3.3. Material Pelat Baja ST37 .............................................. 47
Gambar 3.4. Pelat Lembaran Kuningan dan Seng ............................ 47
Gambar 3.5. Material Tool Joint Bohler K100 .................................... 48
Gambar 3.6. Mesin Milling Konvensional di Lab. Solo Tecnopark ..... 49
Gambar 3.7. Mesin Sharing di Lab. Teknik Mesin UMS .................... 50
Gambar 3.8. Mesin Gerinda Tangan ................................................. 51
Gambar 3.9. Jangka Sorong .............................................................. 52
Gambar 3.10. Dial Indicator ................................................................. 54
Gambar 3.11. Dial Test Indicator ......................................................... 55
Gambar 3.12. Tool Setter .................................................................... 56
Gambar 3.13. Sentrofix ........................................................................ 56
xv
Gambar 3.14. Kikir ............................................................................... 57
Gambar 3.15. Clamping ....................................................................... 57
Gambar 3.16. Spot Infrared Thermometer ........................................... 58
Gambar 3.17. Thermocoupel ............................................................... 60
Gambar 3.18. Alat Uji Tarik.................................................................. 60
Gambar 3.19. Mesin Micro Hardness Vickers...................................... 61
Gambar 3.20. Fotomakro ..................................................................... 62
Gambar 3.21. Fotomikro ...................................................................... 62
Gambar 3.22. Dimensi Base Metal ...................................................... 63
Gambar 3.23. Proses Perataan Permukaan Aluminium 6061-T6
yang akan DIlas dengan Mesin Milling Konvensional ... 63
Gambar 3.24. Dimensi Backing Plate .................................................. 65
Gambar 3.25. Dimensi Filler Kuningan Dan Seng ............................... 65
Gambar 3.26. Dimensi Tool Joint ........................................................ 66
Gambar 3.27. Proses Setting Kerataan Backing Plate Dengan
Menggunakan Dial Indicator ......................................... 68
Gambar 3.28. Proses Setting Kerataan permukaan Pelat Yang
Akan Dilas ..................................................................... 69
Gambar 3.29. Prosses Menentukan Titik 0 pada Sumbu Y dengan
Menggunakan Centrofix ................................................ 69
Gambar 3.30. Setting Posisi Spindel Head dengan Kemiringan 1° ..... 70
Gambar 3.31. Memasang Tool Joint Pada Arbor ................................. 71
Gambar 3.32. Menentukan Titik 0 pada Sumbu z Menggunakan
Tool Setter .................................................................... 71
xvi
Gambar 3.33. Proses Setting Rotational Speed dan Feed Rate
(a. Panel untuk Setting Rotational Speed, b. Panel
untuk Setting Feed Rate). ............................................. 72
Gambar 3.34. Proses Menyentuhkan Ujung Pin/Probe pada
Permukaan Pelat Aluminium yang akan Dilas .............. 72
Gambar 3.35. Posisi Shoulder Saat Menyentuh Permukaan
Pelat Aluminium 6061-T6 .............................................. 73
Gambar 3.36. Proses Pengelasan Friction Stir Welding Sepanjang
Jalur Pengelasan .......................................................... 73
Gambar 3.37. Mengukur Temperatur Pengelasan Friction Stir
Welding Menggunakan Thermocopel dan Spot
Infrared Thermometer ................................................... 74
Gambar 3.38. Tool Joint Dinaikkan Pada Akhir Jalur Pengelasan ....... 75
Gambar 3.39. Pengecekan Kondisi Pin/Probe Setelah Proses
Pengelasan Friction Stir Welding .................................. 75
Gambar 3.40. Filler yang Tercabut dari Jalur Pengelasan saat
Proses Pengelasan ....................................................... 76
Gambar 3.41. Filler Ditekuk dengan Sudut 90O ................................... 77
Gambar 3.42. Rongga diawal Jalur Pengelasan saat Pin/Probe
Dibenamkan .................................................................. 77
Gambar 3.43 Posisi Pengekleman Pelat Aluminium ............................ 78
Gambar 3.44. Pin/Probe Patah(Panjangnya Berkurang) Setelah
DIgunakan untuk Pengelasan Aluminium 6061-T6
dengan Filler Seng ........................................................ 79
xvii
Gambar 3.45 Pin/Probe yang Difillet (R2) ............................................ 80
Gambar 3.46 Layout Pemotongan Spesimen ...................................... 81
Gambar 3.47 Dimensi Spesimen Pengujian Tarik Standar
ASTM E8M.................................................................... 82
Gambar 3.48 Spesimen Pengujian Tarik ............................................. 83
Gambar 3.49 Dimensi Spesimen Pengujian Kekerasan Vickers
Standar ASTM E384 ..................................................... 84
Gambar 3.50 Spesimen Pengujian Kekerasan Vickers ....................... 85
Gambar 3.51 Jarak Tiap Injakan Pada Pengujian Kekerasan
Vickers .......................................................................... 86
Gambar 3.52 Dimensi Spesimen Pengujian Struktur Mikro
Standar ASTM E3 ......................................................... 87
Gambar 3.53 Spesimen Pengujian Struktur Mikro ............................... 88
Gambar 4.1. Daerah Pengelasan Friction Stir Welding ..................... 97
Gambar 4.2. Base Metal FSW Al 6061-T6......................................... 98
Gambar 4.3. Daerah Eutektik dari Aluminium Seri 6082.................... 99
Gambar 4.4. HAZ FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ............................... 99
Gambar 4.5. HAZ FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan .......................... 99
Gambar 4.6. HAZ FSW Al 6061-T6 Filler Seng ................................. 100
Gambar 4.7. Weld Nugget FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ................... 102
Gambar 4.8. Weld Nugget FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan ............. 103
Gambar 4.9. Weld nugget FSW Al 6061-T6 filler seng ...................... 104
Gambar 4.10. Aliran Material Filler Seng pada Stir Zone..................... 105
Gambar 4.11. Cacat Pengelasan FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ........ 105
xviii
Gambar 4.12. Cacat Pengelasan FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan ... 106
Gambar 4.13. Cacat FSW Al 6061-T6 Filler Seng ............................... 107
Gambar 4.14. Desain dan Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik ......... 109
Gambar 4.15. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 1 ............................................................................ 110
Gambar 4.16. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 2 ............................................................................ 111
Gambar 4.17. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 3 ............................................................................ 111
Gambar 4.18. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 1 ............................................................. 112
Gambar 4.19. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 2 ............................................................. 113
Gambar 4.20. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 3 ............................................................. 114
Gambar 4.21. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 1 ................................................................... 114
Gambar 4.22. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 2 ................................................................... 115
Gambar 4.23. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 3 ................................................................... 116
Gambar 4.24. Grafik Tegangan Regangan Base Metal 1 ......................... 116
Gambar 4.25. Grafik Tegangan Regangan Base Metal 2 ......................... 117
Gambar 4.26. Hasil Perbandingan Ultimate Tensile Strength.............. 124
xix
Gambar 4.27. Hasil Perbandingan Regangan ..................................... 125
Gambar 4.28. Hasil Perbandingan Efisiensi Sambungan .................... 126
Gambar 4.29. Skema Pengujian Kekerasan ........................................ 128
Gambar 4.30. Grafik Kekerasan FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ........... 128
Gambar 4.31. Grafik kekerasan FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan....... 130
Gambar 4.32. Grafik Kekerasan FSW Al 6061-T6 Filler Seng ............. 131
Gambar 4.33. Grafik Perbandingan Kekerasan FSW Al 6061-T6 dari
Ketiga Variabel Pengelasan .......................................... 132
xx
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Contoh Material Tool FSW dan Aplikasinya ....................... 17
Tabel 2.2. Komposisi Kimia Paduan Aluminium ................................. 26
Tabel 2.3. Urutan Pengkodean Dari Paduan Aluminium..................... 28
Tabel 2.4. Kode Perlakuan Panas pada Aluminium ............................ 29
Tabel 2.5. Properties Aluminium Alloy 6061-T6 .................................. 33
Tabel 2.6. Properties Brass ................................................................ 35
Tabel 2.7. Properties Zinc,Zn.............................................................. 37
Tabel 3.1. Parameter Pengelasan ...................................................... 67
Tabel 3.2. Jumlah Spesimen Pengujian.............................................. 81
Tabel 4.1. Hasil Pengelasan Friction Stir Welding .............................. 93
Tabel 4.2. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 1 ........................................................... 110
Tabel 4.3. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 2 ........................................................... 111
Tabel 4.4. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 3 ........................................................... 112
Tabel 4.5. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 1 ...................................................... 112
Tabel 4.6. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 2 ...................................................... 113
Tabel 4.7. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 3 ...................................................... 114
xxi
Tabel 4.8. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 1 ............................................................. 115
Tabel 4.9. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 2 ............................................................. 115
Tabel 4.10. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 3 ............................................................. 116
Tabel 4.11. Data Perubahan Tegangan Regangan Base Metal 1 ....... 117
Tabel 4.12. Data Perubahan Tegangan Regangan Base Metal 2 ....... 117
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tarik ........................................................ 118
Tabel 4.14. Foto Makro Patahan Sambungan Pengelasan Setelah
Dilakukan Pengujian Tarik ................................................ 118
xxii
ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA
SAMBUNGAN LAS ALUMINIUM DENGAN VARIASI FILLER
MENGGUNAKAN METODE FRICTION STIR WELDING
(FSW)
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
EKO KRISTIANTO
NIM : D200150012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
ii
iii
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
v
LEMBAR MOTTO
"Orang-orang yang sukses telah belajar membuat diri mereka melakukan
hal yang harus dikerjakan ketika hal itu memang harus dikerjakan, entah
mereka menyukainya atau tidak."
( Aldus Huxley )
"Kecerdasan emosi adalah kemampuan merasakan, memahami, dan
secara efektik menerapkan daya dan kepekaan emosi sebagai sumber
energi, informasi, koneksi, dan pengaruh yang manusiawi."
( Robert K. Cooper )
“Sukses bukanlah akhir dari segalanya, kegagalan bukanlah sesuatu yang
fatal
namun
keberanian
untuk
meneruskan
kehidupanlah
yang
diperhatikan.”
( Sir Winston Churchill )
"Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru
yakin kalau kita telah berhasil melakukannya dengan baik."
( Evelyn Underhill )
“Mencari pengetahuan adalah wajib bagi setiap muslim.”
( Nabi Muhammad SAW )
vi
ABSTRAK
Penelitian dalam hal penyambungan aluminium paduan terus
ditingkatkan, agar dalam proses penyambungannya menjadi lebih mudah
dan untuk meningkatkan kekuatan tariknya. Proses penyambungan
aluminium paduan salah satunya dapat dilakukan dengan cara
pengelasan Friction stir welding (FSW). Tujuan utama dalam penelitian ini
adalah untuk mengetahui lebih jelas mengenai struktur mikro dan sifat
mekanik dari spesimen. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah aluminium paduan seri 6061-T6. Dalam proses ini, digunakan
material filler dari pelat kuningan dan pelat seng. Oleh karena itu, variasi
dari spesimennya adalah FSW dengan filler dan tanpa filler. Data dari
hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa pada pengelasan FSW
aluminium 6061-T6 tanpa menggunakan filler memiliki kekuatan tarik yang
lebih baik bila dibandingkan dengan pengelasan menggunakan filler yaitu
sebesar 152,2633 MPa dengan nilai regangannya adalah 3,3733 %. Data
dari pengujian kekerasan, pengelasan FSW tanpa filler mengalami
penurunan kekerasan pada daerah weld nugget nya sebesar 53,1 HV
sedangkan pada pengelasan FSW dengan filler mengalami peningkatan
kekerasan pada daerah weld nugget nya sebesar 82,8 HV pada
pengelasan filler kuningan dan 122,1 HV pada pengelasan filler seng.
Selain itu, pada pengujian kekerasan ini juga menunjukkan bahwa pada
pengelasan FSW dengan filler dapat memperluas daerah HAZ. Apabila
dilihat dari pengujian foto mikro, pengelasan FSW aluminium 6061-T6
tanpa filler pada daerah weld nugget nya terlihat adanya butiran-butiran
halus. Sedangkan pada pengelasan FSW aluminium 6061-T6 dengan
menggunakan filler ditemukan adanya butiran-butiran filler yang tersebar
kedalam matrik aluminium yang membentuk struktur komposit.
Kata kunci : friction stir welding, aluminium 6061-T6, friction stir
welding dengan Filler.
vii
ABSTRACT
The research topic of aluminium alloys joinning techniques have
been improved to optimize the process and to increase the tensile
strength. The joinning process of aluminium alloys can be conducted by
using Friction Stir Welding (FSW). The research objective was to
investigate the mechanics structures of tensile strength of FSW and to see
the micro structure of the specimens. The material used in the research
was aluminium alloy 6061-T6 series. In this process, it will be used filler
mateials of brass and zinc plate. Therefore, the specimens variations were
FSW with filler and without filler. According to the tensile test, the FSW
welding of aluminium alloy 6061-T6 without filler was delivered the highest
tensile strength compared with specimen using filler material. It was
delivered 152.2633 MPa of tensile strengt and strain of 3.3733%. From the
hardness test, the specimen of FSW without filler was given lower
hardness compared with the base metal in the weld nugget. It was 53.1
HV. While the specimen with filler material was delivered hardness higher
than without filler. It was 82.8 HV for the brass filler and 122.1 HV for the
zinc filler. According to the hardness experiment, it can be seen that the
use of filler material during FSW process can increase the HAZ area. The
weld nugget of FSW without filler wass seen smoth grain size in photo
micro. While the specimen of FSW with filler material was generated
bigger grain size which was distributed in aluminium matrix and develop
composite structure.
Keywords: friction stir welding, aluminum 6061-T6, friction stir
welding with filler.
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbil’alamin, sungguh segala puji hanya teruntuk
hanya Alloh sang pencipta alam semesta. Dengan segala izinNya
sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Analisis Sifat Mekanik dan Struktur Mikro
pada Sambungan Las Aluminium dengan Variasi Filler Menggunakan
Metode Friction Stir Welding (FSW)” dapat terseleasikan atas dukungan
dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan
segala ketulusan dan keikhlasan hati ini menyampaikan rasa terimakasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo B.R., ST., MSc., Ph.D. Selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Agus Dwi Anggono, ST, M.Eng, PhD. selaku Dosen
Pembimbing Utama yang telah banyak memberikan banyak waktu,
ilmu, saran, arahan dan motifasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Seluruh Dosen yang telah membimbing ku selama ini, memberi
pengajaran ilmu dan segala hal baik yang telah kuperoleh.
5. Ibunda Sukinem dan Ayahanda Sutarno tercinta yang senantiasa
dengan kebesaran hatinya memberikan dukungan dan dorongan baik
moril maupun materi’il, semoga kalian sehat selalu, panjang umur,
banyak rejeki, dikuatkan iman islamnya dan bisa melihat anak mu
sukses dan tak akan kulupakan pengorbanan kalian yang begitu
besarnya pada anak mu ini, amin.
ix
6. Kawan-kawan Teknik Mesin UMS yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan
penulis satu-
persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 12 April 2017
Penulis
Eko Kristianto
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................. i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................................ ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN.................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ......................................................... v
LEMBAR MOTTO ............................................................................... vi
ABSTRAK ........................................................................................... vii
ABSTRACT ......................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ........................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xiv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xxi
BAB I PENDAHULUAN........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................... 4
1.3 Batasan Masalah .................................................................... 5
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................. 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 7
2.1 Kajian Pustaka ........................................................................ 7
2.2 Landasan Teori ....................................................................... 10
2.2.1 Pengertian Friction Stir Welding (FSW) ........................ 10
xi
2.2.2 Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW) ..................... 11
2.2.3 Sambungan Pada Proses Friction Stir Welding
(FSW) ........................................................................... 14
2.2.4 Parameter Pengelasan Friction Stir Welding ................ 15
2.2.5 Gaya Pada Friction Stir Welding................................... 20
2.2.6 Filler Metal (Logam Pengisi) ......................................... 21
2.2.7 Aluminium Dan Paduan Aluminium .............................. 22
2.2.8 Pengkodean Pada Aluminium Paduan ......................... 28
2.2.9 Logam Paduan Aluminium 6061-T6 ............................. 30
2.2.10 Kuningan ...................................................................... 34
2.2.11 Seng ............................................................................. 37
2.2.12 Pengujian Hasil Pengelasan FSW ................................ 38
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................... 45
3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 45
3.2 Tempat Penelitian ................................................................... 46
3.3 Persiapan Bahan..................................................................... 46
3.4 Peralatan Proses Pengelasan dan Pembuatan Spesimen ...... 48
3.5 Peralatan Pengujian Spesimen ............................................... 60
3.6 Pelaksanaan Pengelasan ....................................................... 62
3.6.1 Persiapan Material ......................................................... 62
3.6.2 Parameter Pengelasan................................................... 67
3.6.3 Proses Pengelasan ........................................................ 68
3.6.4 Kendala Pengelasan ...................................................... 75
3.7 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan .................................. 80
xii
3.7.1 Uji Tarik .......................................................................... 82
3.7.2 Uji Kekerasan ................................................................. 84
3.7.3 Uji Struktur Mikro ............................................................ 86
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................... 93
4.1 Hasil Pengelasan .................................................................... 93
4.2 Struktur Mikro .......................................................................... 97
4.3 Pengujian Tarik ....................................................................... 109
4.4 Pengujian Kekerasan .............................................................. 127
BAB V PENUTUP ................................................................................ 134
5.1 Kesimpulan ............................................................................. 134
5.2 Saran ...................................................................................... 136
5.3 Penelitian Selanjutnya ............................................................. 137
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema Friction Stir Welding (FSW) pada Aluminium
6061 dan 316 Stainless Steel Menggunakan Zn
Sebagai Logam Pengisi ................................................ 7
Gambar 2.2. Skema Friction Stir Butt Welding pada AA6061
Menggunakan Aluminium Murni Sebagai Pelat
Filler .............................................................................. 8
Gambar 2.3. Skema Friction Stir Lap Welding antara Al 1A99
dan Cu Murni Menggunakan Zn Sebagai Logam
Pengisi .......................................................................... 9
Gambar 2.4. Friction Stir Welding ...................................................... 11
Gambar 2.5. Prinsip Kerja Proses Friction Stir Welding.................... 12
Gambar 2.6. Panas yang Dihasilkan dari Proses Friction
Stir Welding ................................................................... 12
Gambar 2.7. Heat Zone pada Friction Stir Welding .......................... 13
Gambar 2.8. Jenis-Jenis Sambungan Friction Stir Welding ............... 14
Gambar 2.9. Konfigurasi Tool Design FSW ....................................... 18
Gambar 2.10. Contoh Desain Pin pada Friction Stir Welding Tool ..... 18
Gambar 2.11. Skema Depth Of Weld dan Kemiringan Tool
pada Friction Stir Welding ............................................. 19
Gambar 2.12. Gaya-Gaya pada Friction Stir Welding (FSW) .............. 21
Gambar 2.13. Diagram Fasa Biner Semu dari Paduan AlMg2Si ......... 30
Gambar 2.14. Diagram proses heat treatment sampel uji.................... 31
xiv
Gambar 2.15. Mesin Uji Tarik Dilengkapi Spesimen Ukuran
Standar ......................................................................... 39
Gambar 2.16. Gambaran Singkat Uji Tarik .......................................... 40
Gambar 2.17. Benda kerja bertambah panjang (ΔL) ketika diberi
beban (F) ...................................................................... 41
Gambar 2.18. Pengujian Kekerasan Vickers Dan Pengukurannya ...... 42
Gambar 2.19. (a) Prinsip dan komponen mikroskop metalurgi
dan pencahayaan dari sistem optik , obyek dan
penampakannya, (b) Penampakan butir yang telah
dipolis dan dietsa menggunakan mikroskop
optik .............................................................................. 44
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian.................................................. 45
Gambar 3.2. Material Aluminium 6061-T6 ......................................... 46
Gambar 3.3. Material Pelat Baja ST37 .............................................. 47
Gambar 3.4. Pelat Lembaran Kuningan dan Seng ............................ 47
Gambar 3.5. Material Tool Joint Bohler K100 .................................... 48
Gambar 3.6. Mesin Milling Konvensional di Lab. Solo Tecnopark ..... 49
Gambar 3.7. Mesin Sharing di Lab. Teknik Mesin UMS .................... 50
Gambar 3.8. Mesin Gerinda Tangan ................................................. 51
Gambar 3.9. Jangka Sorong .............................................................. 52
Gambar 3.10. Dial Indicator ................................................................. 54
Gambar 3.11. Dial Test Indicator ......................................................... 55
Gambar 3.12. Tool Setter .................................................................... 56
Gambar 3.13. Sentrofix ........................................................................ 56
xv
Gambar 3.14. Kikir ............................................................................... 57
Gambar 3.15. Clamping ....................................................................... 57
Gambar 3.16. Spot Infrared Thermometer ........................................... 58
Gambar 3.17. Thermocoupel ............................................................... 60
Gambar 3.18. Alat Uji Tarik.................................................................. 60
Gambar 3.19. Mesin Micro Hardness Vickers...................................... 61
Gambar 3.20. Fotomakro ..................................................................... 62
Gambar 3.21. Fotomikro ...................................................................... 62
Gambar 3.22. Dimensi Base Metal ...................................................... 63
Gambar 3.23. Proses Perataan Permukaan Aluminium 6061-T6
yang akan DIlas dengan Mesin Milling Konvensional ... 63
Gambar 3.24. Dimensi Backing Plate .................................................. 65
Gambar 3.25. Dimensi Filler Kuningan Dan Seng ............................... 65
Gambar 3.26. Dimensi Tool Joint ........................................................ 66
Gambar 3.27. Proses Setting Kerataan Backing Plate Dengan
Menggunakan Dial Indicator ......................................... 68
Gambar 3.28. Proses Setting Kerataan permukaan Pelat Yang
Akan Dilas ..................................................................... 69
Gambar 3.29. Prosses Menentukan Titik 0 pada Sumbu Y dengan
Menggunakan Centrofix ................................................ 69
Gambar 3.30. Setting Posisi Spindel Head dengan Kemiringan 1° ..... 70
Gambar 3.31. Memasang Tool Joint Pada Arbor ................................. 71
Gambar 3.32. Menentukan Titik 0 pada Sumbu z Menggunakan
Tool Setter .................................................................... 71
xvi
Gambar 3.33. Proses Setting Rotational Speed dan Feed Rate
(a. Panel untuk Setting Rotational Speed, b. Panel
untuk Setting Feed Rate). ............................................. 72
Gambar 3.34. Proses Menyentuhkan Ujung Pin/Probe pada
Permukaan Pelat Aluminium yang akan Dilas .............. 72
Gambar 3.35. Posisi Shoulder Saat Menyentuh Permukaan
Pelat Aluminium 6061-T6 .............................................. 73
Gambar 3.36. Proses Pengelasan Friction Stir Welding Sepanjang
Jalur Pengelasan .......................................................... 73
Gambar 3.37. Mengukur Temperatur Pengelasan Friction Stir
Welding Menggunakan Thermocopel dan Spot
Infrared Thermometer ................................................... 74
Gambar 3.38. Tool Joint Dinaikkan Pada Akhir Jalur Pengelasan ....... 75
Gambar 3.39. Pengecekan Kondisi Pin/Probe Setelah Proses
Pengelasan Friction Stir Welding .................................. 75
Gambar 3.40. Filler yang Tercabut dari Jalur Pengelasan saat
Proses Pengelasan ....................................................... 76
Gambar 3.41. Filler Ditekuk dengan Sudut 90O ................................... 77
Gambar 3.42. Rongga diawal Jalur Pengelasan saat Pin/Probe
Dibenamkan .................................................................. 77
Gambar 3.43 Posisi Pengekleman Pelat Aluminium ............................ 78
Gambar 3.44. Pin/Probe Patah(Panjangnya Berkurang) Setelah
DIgunakan untuk Pengelasan Aluminium 6061-T6
dengan Filler Seng ........................................................ 79
xvii
Gambar 3.45 Pin/Probe yang Difillet (R2) ............................................ 80
Gambar 3.46 Layout Pemotongan Spesimen ...................................... 81
Gambar 3.47 Dimensi Spesimen Pengujian Tarik Standar
ASTM E8M.................................................................... 82
Gambar 3.48 Spesimen Pengujian Tarik ............................................. 83
Gambar 3.49 Dimensi Spesimen Pengujian Kekerasan Vickers
Standar ASTM E384 ..................................................... 84
Gambar 3.50 Spesimen Pengujian Kekerasan Vickers ....................... 85
Gambar 3.51 Jarak Tiap Injakan Pada Pengujian Kekerasan
Vickers .......................................................................... 86
Gambar 3.52 Dimensi Spesimen Pengujian Struktur Mikro
Standar ASTM E3 ......................................................... 87
Gambar 3.53 Spesimen Pengujian Struktur Mikro ............................... 88
Gambar 4.1. Daerah Pengelasan Friction Stir Welding ..................... 97
Gambar 4.2. Base Metal FSW Al 6061-T6......................................... 98
Gambar 4.3. Daerah Eutektik dari Aluminium Seri 6082.................... 99
Gambar 4.4. HAZ FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ............................... 99
Gambar 4.5. HAZ FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan .......................... 99
Gambar 4.6. HAZ FSW Al 6061-T6 Filler Seng ................................. 100
Gambar 4.7. Weld Nugget FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ................... 102
Gambar 4.8. Weld Nugget FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan ............. 103
Gambar 4.9. Weld nugget FSW Al 6061-T6 filler seng ...................... 104
Gambar 4.10. Aliran Material Filler Seng pada Stir Zone..................... 105
Gambar 4.11. Cacat Pengelasan FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ........ 105
xviii
Gambar 4.12. Cacat Pengelasan FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan ... 106
Gambar 4.13. Cacat FSW Al 6061-T6 Filler Seng ............................... 107
Gambar 4.14. Desain dan Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik ......... 109
Gambar 4.15. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 1 ............................................................................ 110
Gambar 4.16. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 2 ............................................................................ 111
Gambar 4.17. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW Tanpa
Filler 3 ............................................................................ 111
Gambar 4.18. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 1 ............................................................. 112
Gambar 4.19. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 2 ............................................................. 113
Gambar 4.20. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Kuningan 3 ............................................................. 114
Gambar 4.21. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 1 ................................................................... 114
Gambar 4.22. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 2 ................................................................... 115
Gambar 4.23. Grafik Tegangan Regangan Sambungan FSW
Filler Seng 3 ................................................................... 116
Gambar 4.24. Grafik Tegangan Regangan Base Metal 1 ......................... 116
Gambar 4.25. Grafik Tegangan Regangan Base Metal 2 ......................... 117
Gambar 4.26. Hasil Perbandingan Ultimate Tensile Strength.............. 124
xix
Gambar 4.27. Hasil Perbandingan Regangan ..................................... 125
Gambar 4.28. Hasil Perbandingan Efisiensi Sambungan .................... 126
Gambar 4.29. Skema Pengujian Kekerasan ........................................ 128
Gambar 4.30. Grafik Kekerasan FSW Al 6061-T6 Tanpa Filler ........... 128
Gambar 4.31. Grafik kekerasan FSW Al 6061-T6 Filler Kuningan....... 130
Gambar 4.32. Grafik Kekerasan FSW Al 6061-T6 Filler Seng ............. 131
Gambar 4.33. Grafik Perbandingan Kekerasan FSW Al 6061-T6 dari
Ketiga Variabel Pengelasan .......................................... 132
xx
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Contoh Material Tool FSW dan Aplikasinya ....................... 17
Tabel 2.2. Komposisi Kimia Paduan Aluminium ................................. 26
Tabel 2.3. Urutan Pengkodean Dari Paduan Aluminium..................... 28
Tabel 2.4. Kode Perlakuan Panas pada Aluminium ............................ 29
Tabel 2.5. Properties Aluminium Alloy 6061-T6 .................................. 33
Tabel 2.6. Properties Brass ................................................................ 35
Tabel 2.7. Properties Zinc,Zn.............................................................. 37
Tabel 3.1. Parameter Pengelasan ...................................................... 67
Tabel 3.2. Jumlah Spesimen Pengujian.............................................. 81
Tabel 4.1. Hasil Pengelasan Friction Stir Welding .............................. 93
Tabel 4.2. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 1 ........................................................... 110
Tabel 4.3. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 2 ........................................................... 111
Tabel 4.4. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Tanpa Filler 3 ........................................................... 112
Tabel 4.5. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 1 ...................................................... 112
Tabel 4.6. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 2 ...................................................... 113
Tabel 4.7. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Kuningan 3 ...................................................... 114
xxi
Tabel 4.8. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 1 ............................................................. 115
Tabel 4.9. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 2 ............................................................. 115
Tabel 4.10. Data Perubahan Tegangan Regangan Sambungan
FSW Filler Seng 3 ............................................................. 116
Tabel 4.11. Data Perubahan Tegangan Regangan Base Metal 1 ....... 117
Tabel 4.12. Data Perubahan Tegangan Regangan Base Metal 2 ....... 117
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tarik ........................................................ 118
Tabel 4.14. Foto Makro Patahan Sambungan Pengelasan Setelah
Dilakukan Pengujian Tarik ................................................ 118
xxii