PENGARUH FEED RATE TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN KEKUATAN BENDING PADA PENGELASAN FRICTION STIR WELDING ALUMINIUM 5052
PENGARUH FEED RATE TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN
KEKUATAN BENDING PADA PENGELASAN FRICTION STIR WELDING
ALUMINIUM 5052
Lukito Adi Wicaksono
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Jalan Lingkar Selatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, D.I. Yogyakarta, Indonesia, 55183
lukitoadi1992@gmail.com
ABSTRAK
Aluminium seri 5xxx adalah paduan aluminium dengan magnesium (Al-Mg) yang
banyak diaplikasikan pada material konstruksi. Selama ini proses penyambungan aluminium
banyak dilakukan dengan metode pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas), namun jenis
pengelasan ini mempunyai kekurangan yaitu masih menggunakan logam pengisi dan
timbulnya deformasi ketika pendinginan. Friction stir welding adalah salah satu jenis
alternatif pengelasan yang terjadi dalam kondisi padat dengan memanfaatkan gerak rotasi
tool sebagai penghasil panas, pengaduk, sekaligus penempa pada dua sisi material yang akan
disambung. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa struktur mikro, profil kekerasan dan
kekuatan bending hasil pengelasan aluminium seri 5052 dengan metode friction stir welding.
Material spesimen terbuat dari plat aluminium 5052 dengan ukuran 110 mm x 85 mm
dan tebal 5 mm disambung dengan pengelasan friction stir welding pada kecepatan spindel
3600 rpm dengan variasi feed rate 2 cm/menit, 6 cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit.
Hasil pengelasan akan diuji dengan pengujian struktur mikro, kekerasan dan kekuatan
bending pada sisi permukaan dan akar lasan. Pengujian struktur mikro dilakukan pada daerah
logam induk, HAZ dan stir zone. Pengujian kekerasan menggunakan metode makro Vickers.
Pengujian bending menggunakan metode three point bending pada permukaan dan akar lasan
dengan standar ASTM E190.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa struktur mikro pada daerah HAZ terlihat butiran
kristal lebih kecil dan panjang serta arahnya yang melingkar daripada logam induk. Pada
daerah lasan terlihat butiran kristal membesar dan jarak antar kristal renggang. Hasil
pengujian kekerasan menunjukkan nilai kekerasan tertinggi terdapat pada feed rate 12
cm/menit sebesar 65,9 VHN dan nilai kekerasan terendah terdapat pada feed rate 2 cm/menit
sebesar 61 VHN. Pengujian bending menunjukkan nilai kekuatan lentur tertinggi terdapat
pada akar lasan feed rate 2 cm/menit sebesar 729,06 MPa. Sedangkan nilai kekuatan lentur
terendah terdapat pada akar lasan feed rate 18 cm/menit sebesar 135,35 MPa. Hasil uji
struktur makro dan mikro menunjukkan adanya cacat wormhole pada semua hasil pengelasan.
Kata Kunci : FSW, feed rate, aluminium 5052
1.
PENDAHULUAN
Friction stir welding adalah salah satu
jenis alternatif pengelasan yang masih
dikembangkan dengan cara memodifikasi
beberapa parameternya untuk mencapai
Jurnal Tugas Akhir
hasil pengelasan terbaik. Prinsip kerja
friction stir welding yaitu dengan
memanfaatkan gerak rotasi tool sebagai
penghasil panas, pengaduk, sekaligus
1
penempa pada dua sisi material yang akan
disambung. Selain gerak rotasi tool, dalam
friction stir welding juga terdapat gerak
translasi, yaitu pergerakan meja kerja (feed
rate) ketika proses pengelasan material
berlangsung. Feed rate inilah yang sedang
diteliti agar diketahui kecepatan yang tepat
sehingga mencapai hasil yang maksimal
pada sambungan las.
Wijayanto (2010), meneliti tentang
kekuatan bending pada pengelasan friction
stir welding aluminium 6110 setebal 3,8
mm dengan variasi kecepatan putar 1500
rpm dan 2880 rpm. Nilai tegangan bending
tertinggi terdapat pada kecepatan putar
mesin 1500 rpm dengan feed rate 200
mm/menit sebesar 29,85 kg/mm2 atau 78%
dari raw material (38,13 kg/mm2),
terendah terdapat pada kecepatan putar
2880 rpm dengan feed rate 300 mm/menit
sebesar 11,89 kg/mm2 (31% raw material).
Berdasarkan uraian di atas, maka perlu
adanya pengkajian mengenai pengaruh
feed rate terhadap struktur mikro,
kekerasan dan kekuatan bending pada
pengelasan FSW aluminium 5052.
2. METODE PENELITIAN
2.1. Material & Tool
Material benda kerja yang digunakan
pada penelitian kali ini adalah plat
aluminium paduan 5052 dengan ukuran
panjang 130 mm, lebar 85 mm, serta
ketebalan 5 mm. Penggunaan material tool
menggunakan baja ST 90 dengan dimensi
tool yaitu panjang pin 5 mm, diameter pin
5 mm dan panjang shoulder 95 mm serta
diameter 20 mm.
Gambar 2.1. Desain tool (modifikasi dari
Apriansyah, 2010)
Jurnal Tugas Akhir
2.2. Proses Penelitian
Proses penelitian friction stir welding
dilakukan di Laboratorium Fabrikasi S1
Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah
Yogyakarta.
Proses
pengelasan menggunakan kecepatan 3600
rpm dengan variasi feed rate 2 cm/menit,
16 cm/menit, 12 cm/menit dan 18
cm/menit.
Proses pengelasan FSW sangat
sederhana yaitu dengan menggunakan
sebuah tool yang terdiri dari pin dan
shoulder yang diputar pada kecepatan
putaran tertentu dengan feed rate tertentu
di sepanjang jalur sambungan antara dua
sisi material yang akan disambung. Dalam
pengelasan FSW, tool memiliki fungsi
utama yaitu memanaskan logam induk
yang disambung dan menggerakkan
material untuk menghasilkan sambungan.
Setelah proses pengelasan selesai,
maka dilanjutkan dengan pengujian
spesimen untuk mengamati struktur makro
dan mikro, kekerasan dan kekuatan lentur.
Benda kerja selanjutnya dibentuk spesimen
sesuai dengan standar ASTM E190.
Gambar 2.2. Spesimen standar ASTM
E190.
Spesimen yang sudah dibentuk dengan
standar ASTM E190 selanjutnya diuji
bending. Proses pengujian bending
menggunakan metode three point bending,
yaitu dua titik sebagai tumpuan dan satu
titik sebagai beban penekanan. Uji bending
dilakukan pada raw material, sisi
permukaan lasan (face) dan pada sisi akar
lasan (root).
2
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Hasil Pengelasan
Pada Tabel 3.1. terlihat bahwa hasil
pengelasan FSW dengan feed rate 2
cm/menit dan 6 cm/menit permukaan lasnya
(face) sudah halus tanpa adanya ripples,
namun pada permukaan hasil pengelasan
feed rate 12 cm/menit dan 18 cm/menit
terlihat adanya ripples karena penekanan
tool yang terlalu dalam disertai deng
kecepatan feed rate yang tinggi. Pada sisi
akar lasan (root) di semua variasi feed rate
terlihat kondisinya sudah cukup baik.
Tabel 3.1. Gambar hasil pengelasan
F
Face
Root
R
Arah Pengelasan
Arah Pengelasan
2
cm/
min
Tabel 3.2. Gambar foto makro
FR
Foto Makro
Putaran Tool
Arah Pengelasan
3.2. Hasil Foto Makro
Pengambilan foto makro dilakukan
dengan pembesaran 9x pada semua variasi.
Pada hasil foto makro terlihat adanya cacat
las wormhole (ditunjukkan dengan tanda
lingkaran putih). Cacat las wormhole terjadi
karena terkontaminasinya logam las dalam
bentuk gas yang terperangkap sehingga di
dalam logam terdapat rongga yang
memanjang. Cacat wormhole terkecil
terdapat pada hasil pengelasan pada feed
rate 2 cm/menit. Cacat wormhole terbesar
terdapat pada hasil pengelasan pada feed
rate 18 cm/menit. Semakin tinggi kecepatan
feed rate, maka akan menghasilkan cacat
wormhole yang lebih besar. Cacat wormhole
yang
terlalu
besar
akan
sangat
mempengaruhi sifat mekanik material ketika
dilakukan pengujian.
Arah Pengelasan
TMAZ
2 cm/min
6
cm/
min
BM
TMAZ
HAZ
HAZ
WN
Putaran Tool
TMAZ
Arah Pengelasan
12
cm/
min
Arah Pengelasan
BM
HAZ
HAZ
Ripples
Putaran Tool
Arah Pengelasan
18
cm/
min
TMAZ
WN
6 cm/min
12 cm/min
Arah Pengelasan
TMAZ
TMAZ
WN
HAZ
HAZ
BM
Ripples
TMAZ
18 cm/min
Putaran Tool
Jurnal Tugas Akhir
TMAZ WN
BM
HAZ
HAZ
3
3.3.
Pengujian Struktur Mikro
Pengujian struktur mikro dilakukan
untuk mengetahui bentuk struktur mikro
pasca terjadinya pengelasan friction stir
welding di tiga titik daerah pengelasan
yaitu daerah logam induk (base metal),
HAZ dan daerah lasan (stir zone) pada
semua variasi pengelasan.
Tabel 3.3. Struktur mikro hasil pengelasan
dengan perbesaran 200x.
Base Metal
F
R
HAZ
dibanding logam induk dan bentuknya
yang memanjang dengan arah melingkar.
Pada daerah lasan terlihat adanya butiran
kristal yang ukurannya membesar dan
jarak antar kristal yang lebih renggang.
3.4.
Pengujian Kekerasan
Pada hasil pengujian kekerasan daerah
pusat las didapatkan bahwa nilai kekerasan
tertinggi terdapat pada feed rate 12
cm/menit sebesar 65,9 VHN. Nilai ini
sudah cukup medekati nilai kekerasan raw
material (77,5 VHN). Sedangkan nilai
kekerasan terendah terdapat pada feed rate
2 cm/menit sebesar 61 VHN. Profil
kekerasan semua variasi feed rate
ditunjukkan pada gambar 3.1. berikut ini.
Stir Zone
70
2
cm/
min
65
60
55
12
cm/
min
Kekerasan (VHN)
6
cm/
min
50
45
40
-18-16-14-12-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Jarak (mm)
18
cm/
min
Hasil yang diperoleh dari pengujian
struktur mikro pada logam induk terlihat
adanya butiran kristal kecil yang tersebar
merata. Pada daerah HAZ terlihat butiran
kristal
lebih
mengecil
ukurannya
Jurnal Tugas Akhir
2 cm/menit
6 cm/menit
12 cm/menit
18 cm/menit
Gambar 3.1. Grafik pengaruh feed rate
terhadap profil kekerasan
pada sambungan las.
Pengujian Bending
Pengujian bending dilakukan pada
hasil pengelasan aluminium 5052 dan juga
pada logam aluminium 5052 tanpa
3.5.
4
pengelasan (raw material) sesuai dengan
standar ASTM E190. Sisi material yang
menjadi objek pengujian adalah pada sisi
permukaan lasan (face) dan akar lasan
(root). Pada pengujian ini akan didapatkan
nilai beban maksimal yang nantinya akan
dilakukan perhitungan lebih lanjut untuk
mengetahui besarnya nilai kekuatan lentur.
Pada gambar 3.2. dari kurva beban
pengujian bending pada sisi permukaan
lasan (face) menunjukkan variasi feed rate
6 cm/menit mempunyai nilai elastisitas
yang paling besar. Namun nilai variasi ini
masih sangat jauh di bawah jika
dibandingkan dengan raw material. Nilai
elastisitas terkecil adalah pada variasi feed
rate 2 cm/menit.
Gambar 3.2. Grafik beban – defleksi pada
pengujian bending permukaan lasan (face).
Feed rate 2 cm/menit (A), 6 cm/menit (B),
12 cm/menit (C), 18 cm/menit (D), raw
material (E).
Pada gambar 3.3. dari kurva beban
pengujian bending pada sisi akar lasan
(root) menunjukkan variasi feed rate 2
cm/menit mempunyai nilai elastisitas yang
paling besar. Nilai variasi ini bahkan
berada di atas nilai elastisitas raw
material. Namun pada variasi feed rate 6
cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit
Jurnal Tugas Akhir
nilai elastisitasnya masih cukup jauh di
bawah raw material.
Gambar 3.3. Grafik beban – defleksi pada
pengujian bending akar lasan (root). Feed
rate 2 cm/menit (A), 6 cm/menit (B), 12
cm/menit (C), 18 cm/menit (D), raw
material (E).
Pada gambar 3.4. menunjukkan grafik
pengaruh variasi feed rate terhadap nilai
kekuatan lentur pada sambungan las FSW.
Nilai kekuatan lentur permukaan lasan
(face) yang paling tinggi terdapat variasi
feed rate 6 cm/menit sebesar 224,51 MPa.
Nilai kekuatan lentur permukaan lasan
(face) yang paling rendah terdapat pada
variasi feed rate 18 cm/menit sebesar
158,86 MPa. Nilai ini sangat jauh di
bawah nilai kekuatan lentur raw material
dengan nilai 629,77 MPa. Nilai kekuatan
lentur akar lasan (root) tertinggi terdapat
pada variasi feed rate 2 cm/menit sebesar
729,06 MPa. Nilai variasi feed rate ini
melebihi nilai kekuatan lentur raw
material yaitu sebesar 629,77 MPa. Nilai
kekuatan lentur akar lasan (root ) terendah
terdapat pada variasi feed rate 18 cm/menit
sebesar 135,35 MPa.
5
Kekuatan Lentur (MPa)
Tabel 3.6. Spesimen hasil uji bending
FR
Pengamatan Visual (Root)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2
cm/min
6
cm/min
2
6
12
18
Feed rate (cm/menit)
Root
Raw
Material
Face
Gambar 3.4. Grafik pengaruh feed rate
terhadap kekuatan lentur
sambungan las FSW.
Setelah spesimen mengalami
pengujian bending, maka akan terlihat
adanya
deformasi
pada
spesimen
pengujian bending daerah permukaan lasan
(face) dapat dilihat pada gambar 3.5.
bahwa pada semua spesimen mengalami
kerusakan atau retak. Semua spesimen
tidak mampu menahan beban yang terlalu
besar pada sisi permukaan las (face).
Selain itu, mampu lengkung pada semua
spesimen juga tidak cukup baik. Hal ini
terjadi karena terdapat cacat wormhole di
posisi 1 mm di atas sisi akar pengelasan,
sehingga ketika mendapat beban tarik dari
atas maka sambungan pada bagian akar
akan terputus atau retak.
Tabel 3.5. Spesimen hasil uji bending
FR
Pengamatan Visual (Face)
2
cm/min
6
cm/min
12
cm/min
18
cm/min
Pengamatan visual yang diperoleh
setelah pengujian bending pada daerah
akar lasan (root) juga dapat dilihat pada
gambar 3.6. bahwa spesimen yang
kondisinya paling baik adalah pada variasi
feed rate 2 cm/menit. Spesimen ini tidak
mengalami kerusakan atau retak pada saat
mendapat tekanan dari sisi akar las. Pada
spesimen dengan variasi feed rate 6
cm/menit mengalami retak di separuh
daerah
lasan
walaupun
mampu
lengkungnya sudah cukup baik. Pada
spesimen dengan variasi feed rate 12
cm/menit dan 18 cm/menit mengalami
retak pada sambungan las karena adanya
cacat las wormhole yang cukup besar di
sepanjang daerah pengelasan pada kedua
variasi tersebut. Feed rate yang rendah
dengan kecepatan spindel yang tinggi akan
menghasilkan penyebaran panas yang
semakin luas, sehingga akan membantu
proses pelunakan aluminium sebelum
terjadi pengadukan oleh pin tool terhadap
material yang akan disambung.
12
cm/min
18
cm/min
Jurnal Tugas Akhir
6
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian mengenai
FSW dengan variasi feed rate maka
dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
1. Struktur mikro pada daerah HAZ
mengalami perubahan yaitu terlihat
dengan adanya butiran kristal yang
ukurannya menjadi lebih kecil dan
agak memanjang jika dibandingkan
dengan kristal pada logam induk.
Selain itu, arah butiran kristal pada
daerah HAZ juga terlihat melingkar
karena adanya penekanan serta
puntiran yang terjadi ketika putaran
pin tool mengaduk aluminium saat
proses pengelasan friction stir
welding. Pada struktur mikro
daerah lasan terlihat adanya kristal
yang ukurannya lebih besar serta
jarak antar butiran kristal yang
lebih
renggang
dibandingkan
daerah HAZ.
2. Hasil uji kekerasan daerah lasan
tertinggi terdapat pada variasi feed
rate 12 cm/menit dengan 65,9
VHN. Nilai kekerasan ini sudah
hampir mendekati nilai kekerasan
raw
material
(77,5
VHN).
Sedangkan nilai kekerasan daerah
lasan terkecil adalah pada variasi
feed rate 2 cm/menit yaitu sebesar
61 VHN.
3. Variasi feed rate pada pengelasan
friction stir welding terbukti
mempengaruhi nilai kekuatan
lentur dari material aluminium
5052. Nilai kekuatan lentur
tertinggi terdapat pada variasi feed
rate 2 cm/menit dengan sisi
bending
pada
akar
(root)
sambungan las yaitu sebesar
729,06 MPa. Nilai ini cukup jauh
di atas nilai kekuatan lentur raw
Jurnal Tugas Akhir
material (629,77 MPa). Nilai
kekuatan lentur paling rendah
terdapat pada variasi feed rate 18
cm/menit dengan sisi bending pada
akar (root) sambungan las yaitu
sebesar 135,35 MPa.
4. Hasil penampang spesimen bekas
pengujian bending menunjukkan
bahwa kekuatan lentur daerah akar
lasan (root) lebih tinggi daripada
daerah permukaan lasan (face). Hal
ini menunjukkan bahwa hasil
pengelasan mempunyai sifat ulet.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM, 1997. ASTM E 190 – 92 Standard
Test Method for Guided Bend
Test for Ductility of Welds.
American Society for Testing and
Materials, Philadelphia.
Okumura T. & Wiryosumarto H, 1996.
Teknologi Pengelasan Logam.
Jakarta: Pradnya Paramita.
Wijayanto,
2010. Analisa Kekuatan
Bending
Pada
Pengelasan
Friction Stir Welding Aluminium
6110.
Teknik
Mesin
IST
AKPRIND, Yogyakarta.
7
KEKUATAN BENDING PADA PENGELASAN FRICTION STIR WELDING
ALUMINIUM 5052
Lukito Adi Wicaksono
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Jalan Lingkar Selatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, D.I. Yogyakarta, Indonesia, 55183
lukitoadi1992@gmail.com
ABSTRAK
Aluminium seri 5xxx adalah paduan aluminium dengan magnesium (Al-Mg) yang
banyak diaplikasikan pada material konstruksi. Selama ini proses penyambungan aluminium
banyak dilakukan dengan metode pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas), namun jenis
pengelasan ini mempunyai kekurangan yaitu masih menggunakan logam pengisi dan
timbulnya deformasi ketika pendinginan. Friction stir welding adalah salah satu jenis
alternatif pengelasan yang terjadi dalam kondisi padat dengan memanfaatkan gerak rotasi
tool sebagai penghasil panas, pengaduk, sekaligus penempa pada dua sisi material yang akan
disambung. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa struktur mikro, profil kekerasan dan
kekuatan bending hasil pengelasan aluminium seri 5052 dengan metode friction stir welding.
Material spesimen terbuat dari plat aluminium 5052 dengan ukuran 110 mm x 85 mm
dan tebal 5 mm disambung dengan pengelasan friction stir welding pada kecepatan spindel
3600 rpm dengan variasi feed rate 2 cm/menit, 6 cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit.
Hasil pengelasan akan diuji dengan pengujian struktur mikro, kekerasan dan kekuatan
bending pada sisi permukaan dan akar lasan. Pengujian struktur mikro dilakukan pada daerah
logam induk, HAZ dan stir zone. Pengujian kekerasan menggunakan metode makro Vickers.
Pengujian bending menggunakan metode three point bending pada permukaan dan akar lasan
dengan standar ASTM E190.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa struktur mikro pada daerah HAZ terlihat butiran
kristal lebih kecil dan panjang serta arahnya yang melingkar daripada logam induk. Pada
daerah lasan terlihat butiran kristal membesar dan jarak antar kristal renggang. Hasil
pengujian kekerasan menunjukkan nilai kekerasan tertinggi terdapat pada feed rate 12
cm/menit sebesar 65,9 VHN dan nilai kekerasan terendah terdapat pada feed rate 2 cm/menit
sebesar 61 VHN. Pengujian bending menunjukkan nilai kekuatan lentur tertinggi terdapat
pada akar lasan feed rate 2 cm/menit sebesar 729,06 MPa. Sedangkan nilai kekuatan lentur
terendah terdapat pada akar lasan feed rate 18 cm/menit sebesar 135,35 MPa. Hasil uji
struktur makro dan mikro menunjukkan adanya cacat wormhole pada semua hasil pengelasan.
Kata Kunci : FSW, feed rate, aluminium 5052
1.
PENDAHULUAN
Friction stir welding adalah salah satu
jenis alternatif pengelasan yang masih
dikembangkan dengan cara memodifikasi
beberapa parameternya untuk mencapai
Jurnal Tugas Akhir
hasil pengelasan terbaik. Prinsip kerja
friction stir welding yaitu dengan
memanfaatkan gerak rotasi tool sebagai
penghasil panas, pengaduk, sekaligus
1
penempa pada dua sisi material yang akan
disambung. Selain gerak rotasi tool, dalam
friction stir welding juga terdapat gerak
translasi, yaitu pergerakan meja kerja (feed
rate) ketika proses pengelasan material
berlangsung. Feed rate inilah yang sedang
diteliti agar diketahui kecepatan yang tepat
sehingga mencapai hasil yang maksimal
pada sambungan las.
Wijayanto (2010), meneliti tentang
kekuatan bending pada pengelasan friction
stir welding aluminium 6110 setebal 3,8
mm dengan variasi kecepatan putar 1500
rpm dan 2880 rpm. Nilai tegangan bending
tertinggi terdapat pada kecepatan putar
mesin 1500 rpm dengan feed rate 200
mm/menit sebesar 29,85 kg/mm2 atau 78%
dari raw material (38,13 kg/mm2),
terendah terdapat pada kecepatan putar
2880 rpm dengan feed rate 300 mm/menit
sebesar 11,89 kg/mm2 (31% raw material).
Berdasarkan uraian di atas, maka perlu
adanya pengkajian mengenai pengaruh
feed rate terhadap struktur mikro,
kekerasan dan kekuatan bending pada
pengelasan FSW aluminium 5052.
2. METODE PENELITIAN
2.1. Material & Tool
Material benda kerja yang digunakan
pada penelitian kali ini adalah plat
aluminium paduan 5052 dengan ukuran
panjang 130 mm, lebar 85 mm, serta
ketebalan 5 mm. Penggunaan material tool
menggunakan baja ST 90 dengan dimensi
tool yaitu panjang pin 5 mm, diameter pin
5 mm dan panjang shoulder 95 mm serta
diameter 20 mm.
Gambar 2.1. Desain tool (modifikasi dari
Apriansyah, 2010)
Jurnal Tugas Akhir
2.2. Proses Penelitian
Proses penelitian friction stir welding
dilakukan di Laboratorium Fabrikasi S1
Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah
Yogyakarta.
Proses
pengelasan menggunakan kecepatan 3600
rpm dengan variasi feed rate 2 cm/menit,
16 cm/menit, 12 cm/menit dan 18
cm/menit.
Proses pengelasan FSW sangat
sederhana yaitu dengan menggunakan
sebuah tool yang terdiri dari pin dan
shoulder yang diputar pada kecepatan
putaran tertentu dengan feed rate tertentu
di sepanjang jalur sambungan antara dua
sisi material yang akan disambung. Dalam
pengelasan FSW, tool memiliki fungsi
utama yaitu memanaskan logam induk
yang disambung dan menggerakkan
material untuk menghasilkan sambungan.
Setelah proses pengelasan selesai,
maka dilanjutkan dengan pengujian
spesimen untuk mengamati struktur makro
dan mikro, kekerasan dan kekuatan lentur.
Benda kerja selanjutnya dibentuk spesimen
sesuai dengan standar ASTM E190.
Gambar 2.2. Spesimen standar ASTM
E190.
Spesimen yang sudah dibentuk dengan
standar ASTM E190 selanjutnya diuji
bending. Proses pengujian bending
menggunakan metode three point bending,
yaitu dua titik sebagai tumpuan dan satu
titik sebagai beban penekanan. Uji bending
dilakukan pada raw material, sisi
permukaan lasan (face) dan pada sisi akar
lasan (root).
2
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Hasil Pengelasan
Pada Tabel 3.1. terlihat bahwa hasil
pengelasan FSW dengan feed rate 2
cm/menit dan 6 cm/menit permukaan lasnya
(face) sudah halus tanpa adanya ripples,
namun pada permukaan hasil pengelasan
feed rate 12 cm/menit dan 18 cm/menit
terlihat adanya ripples karena penekanan
tool yang terlalu dalam disertai deng
kecepatan feed rate yang tinggi. Pada sisi
akar lasan (root) di semua variasi feed rate
terlihat kondisinya sudah cukup baik.
Tabel 3.1. Gambar hasil pengelasan
F
Face
Root
R
Arah Pengelasan
Arah Pengelasan
2
cm/
min
Tabel 3.2. Gambar foto makro
FR
Foto Makro
Putaran Tool
Arah Pengelasan
3.2. Hasil Foto Makro
Pengambilan foto makro dilakukan
dengan pembesaran 9x pada semua variasi.
Pada hasil foto makro terlihat adanya cacat
las wormhole (ditunjukkan dengan tanda
lingkaran putih). Cacat las wormhole terjadi
karena terkontaminasinya logam las dalam
bentuk gas yang terperangkap sehingga di
dalam logam terdapat rongga yang
memanjang. Cacat wormhole terkecil
terdapat pada hasil pengelasan pada feed
rate 2 cm/menit. Cacat wormhole terbesar
terdapat pada hasil pengelasan pada feed
rate 18 cm/menit. Semakin tinggi kecepatan
feed rate, maka akan menghasilkan cacat
wormhole yang lebih besar. Cacat wormhole
yang
terlalu
besar
akan
sangat
mempengaruhi sifat mekanik material ketika
dilakukan pengujian.
Arah Pengelasan
TMAZ
2 cm/min
6
cm/
min
BM
TMAZ
HAZ
HAZ
WN
Putaran Tool
TMAZ
Arah Pengelasan
12
cm/
min
Arah Pengelasan
BM
HAZ
HAZ
Ripples
Putaran Tool
Arah Pengelasan
18
cm/
min
TMAZ
WN
6 cm/min
12 cm/min
Arah Pengelasan
TMAZ
TMAZ
WN
HAZ
HAZ
BM
Ripples
TMAZ
18 cm/min
Putaran Tool
Jurnal Tugas Akhir
TMAZ WN
BM
HAZ
HAZ
3
3.3.
Pengujian Struktur Mikro
Pengujian struktur mikro dilakukan
untuk mengetahui bentuk struktur mikro
pasca terjadinya pengelasan friction stir
welding di tiga titik daerah pengelasan
yaitu daerah logam induk (base metal),
HAZ dan daerah lasan (stir zone) pada
semua variasi pengelasan.
Tabel 3.3. Struktur mikro hasil pengelasan
dengan perbesaran 200x.
Base Metal
F
R
HAZ
dibanding logam induk dan bentuknya
yang memanjang dengan arah melingkar.
Pada daerah lasan terlihat adanya butiran
kristal yang ukurannya membesar dan
jarak antar kristal yang lebih renggang.
3.4.
Pengujian Kekerasan
Pada hasil pengujian kekerasan daerah
pusat las didapatkan bahwa nilai kekerasan
tertinggi terdapat pada feed rate 12
cm/menit sebesar 65,9 VHN. Nilai ini
sudah cukup medekati nilai kekerasan raw
material (77,5 VHN). Sedangkan nilai
kekerasan terendah terdapat pada feed rate
2 cm/menit sebesar 61 VHN. Profil
kekerasan semua variasi feed rate
ditunjukkan pada gambar 3.1. berikut ini.
Stir Zone
70
2
cm/
min
65
60
55
12
cm/
min
Kekerasan (VHN)
6
cm/
min
50
45
40
-18-16-14-12-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Jarak (mm)
18
cm/
min
Hasil yang diperoleh dari pengujian
struktur mikro pada logam induk terlihat
adanya butiran kristal kecil yang tersebar
merata. Pada daerah HAZ terlihat butiran
kristal
lebih
mengecil
ukurannya
Jurnal Tugas Akhir
2 cm/menit
6 cm/menit
12 cm/menit
18 cm/menit
Gambar 3.1. Grafik pengaruh feed rate
terhadap profil kekerasan
pada sambungan las.
Pengujian Bending
Pengujian bending dilakukan pada
hasil pengelasan aluminium 5052 dan juga
pada logam aluminium 5052 tanpa
3.5.
4
pengelasan (raw material) sesuai dengan
standar ASTM E190. Sisi material yang
menjadi objek pengujian adalah pada sisi
permukaan lasan (face) dan akar lasan
(root). Pada pengujian ini akan didapatkan
nilai beban maksimal yang nantinya akan
dilakukan perhitungan lebih lanjut untuk
mengetahui besarnya nilai kekuatan lentur.
Pada gambar 3.2. dari kurva beban
pengujian bending pada sisi permukaan
lasan (face) menunjukkan variasi feed rate
6 cm/menit mempunyai nilai elastisitas
yang paling besar. Namun nilai variasi ini
masih sangat jauh di bawah jika
dibandingkan dengan raw material. Nilai
elastisitas terkecil adalah pada variasi feed
rate 2 cm/menit.
Gambar 3.2. Grafik beban – defleksi pada
pengujian bending permukaan lasan (face).
Feed rate 2 cm/menit (A), 6 cm/menit (B),
12 cm/menit (C), 18 cm/menit (D), raw
material (E).
Pada gambar 3.3. dari kurva beban
pengujian bending pada sisi akar lasan
(root) menunjukkan variasi feed rate 2
cm/menit mempunyai nilai elastisitas yang
paling besar. Nilai variasi ini bahkan
berada di atas nilai elastisitas raw
material. Namun pada variasi feed rate 6
cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit
Jurnal Tugas Akhir
nilai elastisitasnya masih cukup jauh di
bawah raw material.
Gambar 3.3. Grafik beban – defleksi pada
pengujian bending akar lasan (root). Feed
rate 2 cm/menit (A), 6 cm/menit (B), 12
cm/menit (C), 18 cm/menit (D), raw
material (E).
Pada gambar 3.4. menunjukkan grafik
pengaruh variasi feed rate terhadap nilai
kekuatan lentur pada sambungan las FSW.
Nilai kekuatan lentur permukaan lasan
(face) yang paling tinggi terdapat variasi
feed rate 6 cm/menit sebesar 224,51 MPa.
Nilai kekuatan lentur permukaan lasan
(face) yang paling rendah terdapat pada
variasi feed rate 18 cm/menit sebesar
158,86 MPa. Nilai ini sangat jauh di
bawah nilai kekuatan lentur raw material
dengan nilai 629,77 MPa. Nilai kekuatan
lentur akar lasan (root) tertinggi terdapat
pada variasi feed rate 2 cm/menit sebesar
729,06 MPa. Nilai variasi feed rate ini
melebihi nilai kekuatan lentur raw
material yaitu sebesar 629,77 MPa. Nilai
kekuatan lentur akar lasan (root ) terendah
terdapat pada variasi feed rate 18 cm/menit
sebesar 135,35 MPa.
5
Kekuatan Lentur (MPa)
Tabel 3.6. Spesimen hasil uji bending
FR
Pengamatan Visual (Root)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2
cm/min
6
cm/min
2
6
12
18
Feed rate (cm/menit)
Root
Raw
Material
Face
Gambar 3.4. Grafik pengaruh feed rate
terhadap kekuatan lentur
sambungan las FSW.
Setelah spesimen mengalami
pengujian bending, maka akan terlihat
adanya
deformasi
pada
spesimen
pengujian bending daerah permukaan lasan
(face) dapat dilihat pada gambar 3.5.
bahwa pada semua spesimen mengalami
kerusakan atau retak. Semua spesimen
tidak mampu menahan beban yang terlalu
besar pada sisi permukaan las (face).
Selain itu, mampu lengkung pada semua
spesimen juga tidak cukup baik. Hal ini
terjadi karena terdapat cacat wormhole di
posisi 1 mm di atas sisi akar pengelasan,
sehingga ketika mendapat beban tarik dari
atas maka sambungan pada bagian akar
akan terputus atau retak.
Tabel 3.5. Spesimen hasil uji bending
FR
Pengamatan Visual (Face)
2
cm/min
6
cm/min
12
cm/min
18
cm/min
Pengamatan visual yang diperoleh
setelah pengujian bending pada daerah
akar lasan (root) juga dapat dilihat pada
gambar 3.6. bahwa spesimen yang
kondisinya paling baik adalah pada variasi
feed rate 2 cm/menit. Spesimen ini tidak
mengalami kerusakan atau retak pada saat
mendapat tekanan dari sisi akar las. Pada
spesimen dengan variasi feed rate 6
cm/menit mengalami retak di separuh
daerah
lasan
walaupun
mampu
lengkungnya sudah cukup baik. Pada
spesimen dengan variasi feed rate 12
cm/menit dan 18 cm/menit mengalami
retak pada sambungan las karena adanya
cacat las wormhole yang cukup besar di
sepanjang daerah pengelasan pada kedua
variasi tersebut. Feed rate yang rendah
dengan kecepatan spindel yang tinggi akan
menghasilkan penyebaran panas yang
semakin luas, sehingga akan membantu
proses pelunakan aluminium sebelum
terjadi pengadukan oleh pin tool terhadap
material yang akan disambung.
12
cm/min
18
cm/min
Jurnal Tugas Akhir
6
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian mengenai
FSW dengan variasi feed rate maka
dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
1. Struktur mikro pada daerah HAZ
mengalami perubahan yaitu terlihat
dengan adanya butiran kristal yang
ukurannya menjadi lebih kecil dan
agak memanjang jika dibandingkan
dengan kristal pada logam induk.
Selain itu, arah butiran kristal pada
daerah HAZ juga terlihat melingkar
karena adanya penekanan serta
puntiran yang terjadi ketika putaran
pin tool mengaduk aluminium saat
proses pengelasan friction stir
welding. Pada struktur mikro
daerah lasan terlihat adanya kristal
yang ukurannya lebih besar serta
jarak antar butiran kristal yang
lebih
renggang
dibandingkan
daerah HAZ.
2. Hasil uji kekerasan daerah lasan
tertinggi terdapat pada variasi feed
rate 12 cm/menit dengan 65,9
VHN. Nilai kekerasan ini sudah
hampir mendekati nilai kekerasan
raw
material
(77,5
VHN).
Sedangkan nilai kekerasan daerah
lasan terkecil adalah pada variasi
feed rate 2 cm/menit yaitu sebesar
61 VHN.
3. Variasi feed rate pada pengelasan
friction stir welding terbukti
mempengaruhi nilai kekuatan
lentur dari material aluminium
5052. Nilai kekuatan lentur
tertinggi terdapat pada variasi feed
rate 2 cm/menit dengan sisi
bending
pada
akar
(root)
sambungan las yaitu sebesar
729,06 MPa. Nilai ini cukup jauh
di atas nilai kekuatan lentur raw
Jurnal Tugas Akhir
material (629,77 MPa). Nilai
kekuatan lentur paling rendah
terdapat pada variasi feed rate 18
cm/menit dengan sisi bending pada
akar (root) sambungan las yaitu
sebesar 135,35 MPa.
4. Hasil penampang spesimen bekas
pengujian bending menunjukkan
bahwa kekuatan lentur daerah akar
lasan (root) lebih tinggi daripada
daerah permukaan lasan (face). Hal
ini menunjukkan bahwa hasil
pengelasan mempunyai sifat ulet.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM, 1997. ASTM E 190 – 92 Standard
Test Method for Guided Bend
Test for Ductility of Welds.
American Society for Testing and
Materials, Philadelphia.
Okumura T. & Wiryosumarto H, 1996.
Teknologi Pengelasan Logam.
Jakarta: Pradnya Paramita.
Wijayanto,
2010. Analisa Kekuatan
Bending
Pada
Pengelasan
Friction Stir Welding Aluminium
6110.
Teknik
Mesin
IST
AKPRIND, Yogyakarta.
7