PENGARUH KEDALAMAN PEMBENAMAN TOOL (PLUNGE DEPTH) TERHADAP HASIL PENGELASAN FRICTION STIR WELDING
PENGARUH KEDALAMAN PEMBENAMAN TOOL (PLUNGE DEPTH) TERHADAP HASIL PENGELASAN
commit to user
FRICTION STIR WELDING SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : PUPUT ANGGA DWI APRIYANTO NIM. I1408520 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014 commit to user
MOTTO & PERSEMBAHAN Motto v Kesempatan emas yang kamu cari ada dalam dirimu sendiriv Tidak ada hal yang tidak bisa dicapai jika kita mau berusaha dan berdo’a
v Aturlah waktu dalam hidupmu sebelum waktu mengatur hidupmuPersembahan
Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada :
v Ibu,Kakak dan adikku tersayangv Almarhum Bapak yang telah memberikan motivasi, kasih sayang,
nasehat dan do’a v Teman-teman UNS angkatan 2008 yang selalu kompak dan semangat v Teman-teman ATMI yang membantu dalam skripsi v Retno Prabaningsih yang selalu memberi motivasi v Almamaterku commit to user
ABSTRAK
PENGARUH KEDALAMAN PEMBENAMAN TOOL
( PLUNGE DEPTH ) TERHADAP HASIL PENGELASAN
FRICTION STIR WELDING
Puput Angga Dwi Apriyanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta Puput.angga@gmail.com
Dalam studi ini, Pengaruh kedalaman pembenaman tool terhadap kekuatan mekanik dan struktur mikro sambungan plat alumunium 5083 dengan pengelasan
Friction Stir Welding telah diteliti. Proses pengelasan menggunakan mesin milling
dengan variasi kedalaman pembenaman tool 3,85 mm, 3,90 mm, dan 3,95 mm, menggunakan kecepatan mesin 1125 rpm, kecepatan gerak meja 30 mm/menit, dan sudut 3 . Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan, pengamatan foto makro dan struktur mikro.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekutan tertinggi pada uji tarik dan
root bending terdapat pada hasil pengelasan dengan kedalaman pembenaman tool
3,95 mm. Pengujian struktur mikro menunjukkan semakin dalam pembenaman
tool menyebabkan ukuran butir semakin kecil pada bagian weld nugget. Pada
pengujian kekerasan menunjukkan hasil bahwa rata-rata daerah retreating side mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dibanding advancing side. Nilai kekerasan retreating side 84,9 HVN dan advancing side 84,6 HVN.
Kata kunci: Aluminium 5083, friction stir welding, kedalaman pembenaman tool, kekuatan mekanis
commit to user
Abstract
The effect of tool plunge depth on the friction stir welding result
Puput Angga Dwi Apriyanto Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University Puput.angga@gmail.com
In this study, The effect of tool plunge depth on the mechanical properties
and microstructure of 5083 alumunium joint on friction stir welding process was
investigated. Milling machine was used in welding process in various tool plunge
depth 3.85 mm, 3.90 mm and 3.95 mm, using speed machine in 1125 rpm,
30mm/minutes feed-rate and 3 degree. Conducted test was tensile, bending,
hardnes, micro, macro were observed on jointment.The result showed that the highest strength on the tensile test and root
bending test on the welding process in the 3.95 mm tool plunge depth. Base on
microstructure can be concluded tool plunge depth causes decreasing the grain
size nugget. The hardness test showed that retreating side area has harder than
advancing side. Retreating hardness 84.9 HVN and advancing hardness 84.6
HVN.
Keywords: Aluminium 5083, friction stir welding, tool plunge depth, mechanical
propertiescommit to user
KATA PENGANTAR
commit to user
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya 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.,M.T, selaku pembimbing I yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
2. Bapak Nurul Muhayat, S.T., M.T, selaku pembimbing II atas semua arahan dan masukannya.
3. Bapak Didik Djoko Susilo S.T.,M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
4. Bapak Bambang Kusharjanta, ST, MT dan Bapak Heru Sukanto, ST, MT selaku dosen penguji.
5. Bapak Tri istanto, ST., MT. selaku pembimbing akademik.
6. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS terkhusus kepada Laboran Lab Material Maruto Adhi ST.
7. Rekan – rekan UNS 2008 transfer yang banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Rekan - rekan satu tim FSW atas kerja sama, kekompakan, dan semangat selama penyelesaian tugas akhir ini.
9. Ibu, kakak dan adikku tercinta yang selalu menyemangati dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala bantuan dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Surakarta, April 2014 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman Halaman Judul..................................................................................................i Motto dan Persembahan................................................................................. iii Abstrak...........................................................................................................iv Abstract...........................................................................................................v Kata Pengantar...............................................................................................vi Daftar Isi........................................................................................................vii Daftar Tabel....................................................................................................ix Daftar Gambar.................................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2
1.4 Tujuan .................................................................................................. 2
1.5 Manfaat ................................................................................................ 3
1.6 Sistematika Penulisan.......................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 4
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................... 4
2.2 Dasar Teori ......................................................................................... 5
2.2.1 Prinsip Pengelasan Friction Stir Welding ............................ 5
2.2.2 Parameter Tool Friction Stir Welding .................................. 7
2.2.3 Parameter Proses Friction Stir Welding ............................... 8
2.2.4 Daerah terpengaruh pengelasan Friction Stir Welding ....... 9
2.2.5 Keuntungan Pengelasan Friction Stir Welding .................... 9
2.2.6 Kerugian Pengelasan Friction Stir Welding ......................... 9
2.2.7 Klasifikasi Alumunium dan Paduan Alumunium ................ 10
2.2.8 Sifat Umum dari beberapa jenis Paduan Alumunium ......... 10
2.2.9 Paduan Al-Mg 5083 ............................................................... 12
commit to user
2.2.10 Pengujian Spesimen .............................................................. 13
2.2.11 Pengujian Tarik...................................................................... 13
2.2.12 Pengujian Bending ................................................................ 14
2.2.13 Pengujian Kekerasan ............................................................. 15
2.2.14 Pengujian Struktur Mikro dan Makro .................................. 16
3.1 Tahapan Penelitian ............................................................................ 17
3.2 Tempat Penelitian ............................................................................. 18
3.3 Persiapan Bahan ................................................................................ 18
3.4 Peralatan Penelitian........................................................................... 20
3.5 Peralatan untuk pengujian spesimen ................................................ 22
3.6 Proses Pengelasan ............................................................................. 24
3.6.1 Persiapan Pengelasan .............................................................. 24
3.7 Pelaksanaan Pengelasan ................................................................... 26
3.7.1 Proses Pengelasan ................................................................... 25
3.8 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan ........................................... 28
3.9 Uji Kekerasan (Hardness Test) ....................................................... 28
3.10 Uji Bending ...................................................................................... 29
3.11 Uji Tarik ........................................................................................... 30
3.12 Uji Struktur Mikro dan Makro ........................................................ 31
BAB IV DATA DAN ANALISA ...................................................................... 33
4.1 Data Hasil Pengelasan Friction Stir Welding.................................. 33
4.2 Hasil Temperatur Pengelasan Friction Stir Welding ...................... 37
4.3 Analisa Data Hasil Pengujian Tarik ................................................ 39
4.4 Analisa Data Uji Bending................................................................. 42
4.5 Analisa Struktur Makro .................................................................... 46
4.6 Analisa Struktur Mikro ..................................................................... 49
4.7 Analisa Data Uji Kekerasan ............................................................. 52
BAB V PENUTUP............................................................................................... 55
5.1 Kesimpulan........................................................................................ 55
5.2 Saran .................................................................................................. 55 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 57
commit to user
LAMPIRAN.......................................................................................................... 59
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Komposisi Kimia Al-Mg 5083 ................................................................... 13
4.2 Data hasil pengujian tarik ........................................................................... 40
4.3 Data Regangan............................................................................................. 41
4.4 Data hasil uji tekuk face bending ............................................................... 44
4.5 Data hasil uji tekuk root bending ............................................................... 46
4.6 Data pengujian kekerasan pada plunge depth 3,85mm............................. 52
4.7 Data pengujian kekerasan pada plunge depth 3,90 mm............................ 53
4.8 Data pengujian kekerasan pada plunge depth 3,95 mm............................ 53
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Prinsip Kerja FSW ...................................................................................... 6
2.2 Pencekam benda kerja ................................................................................ 6
2.3 Variasi sambungan las FSW ....................................................................... 7
2.4 Beberapa fitur permukaan shoulder ........................................................... 7
2.5 Putaran Tool................................................................................................. 8
2.6 Struktur makro hasil pengelasan FSW....................................................... 9
2.7 Diagram Fasa Al-Mg .................................................................................. 12
2.8 Mekanisme pengujian three point bending ............................................... 14
2.9 Pengujian Vickers secara skematis ............................................................. 15
2.10 Skema pengamatan struktur mikro............................................................. 16
3.1 Diagram Alir Penelitian Pengelasan Friction Stir Welding...................... 17
3.2 Material 5083............................................................................................... 18
3.3 Ukuran Landasan......................................................................................... 19
3.4 Bentuk dan Ukuran Tool ............................................................................. 19
3.5 Mesin Milling .............................................................................................. 20
3.6 Mesin Cutting .............................................................................................. 21
3.7 Data aquisisi ................................................................................................ 21
3.8 Dial Indikator dan tool setter ..................................................................... 22
3.9 Alat Mikro Vickers ...................................................................................... 22
3.10 Alat Uji Tarik dan Uji Bending .................................................................. 23
3.11 Alat uji foto struktur mikro......................................................................... 23
3.12 Posisi pemasangan termokopel .................................................................. 25
3.13 Pemasangan landasan.................................................................................. 25
3.14 Proses dial .................................................................................................... 26
3.15 Posisi pencekaman benda kerja .................................................................. 26
3.16 Proses masuknya shoulder plunge depth pada alumunium ..................... 27
3.17 Proses pengelasan FSW .............................................................................. 27
3.18 Ukuran pemotongan spesimen ................................................................... 28 commit to user x
3.19 Spesimen Uji Keras ..................................................................................... 28
3.20 Posisi titik pengujian kekerasan ................................................................. 29
3.21 Spesimen Uji Bending ................................................................................ 30
3.22 Spesimen Uji Tarik ..................................................................................... 31
4.1 Hasil Pengelasan tool plunge depth 3,85 mm ........................................... 33
4.2 Exit hole pada tool plunge depth 3,85 mm ................................................ 34
4.3 Hasil Pengelasan tool plunge depth 3,90 mm ........................................... 34
4.4 Hasil pengelasan bagian bawah tool plunge depth 3,90 mm ................... 34
4.5 Exit hole pada tool plunge depth 3,90 mm ................................................ 35
4.6 Hasil Pengelasan tool plunge depth 3,95 mm ........................................... 35
4.7 Hasil pengelasan bagian bawah tool plunge depth 3,95 mm ................... 36
4.8 Exit hole pada tool plunge depth 3,95 mm ................................................ 36
4.9 Perbandingan hasil pengelasan tool plunge depht 3,85 mm, tool plunge
depth 3,90 mm, dan tool plunge depth 3,95 mm ....................................... 37
4.10 Hubungan antara plunge depth dan temperatur pengelasan ..................... 38
4.11 Spesimen uji tarik ........................................................................................ 39
4.12 Patahan pada parameter tool plunge depth 3,85 mm ............................... 39
4.13 Patahan pada parameter tool plunge depth 3,90 mm ................................ 39
4.14 Patahan pada parameter tool plunge depth 3,95 mm ................................ 40
4.15 Hubungan antara kedalaman pembenaman tool dan kekuatan tarik ........ 41
4.16 Skema pengujian face bending ................................................................... 42
4.17 Spesimen sebelum uji face bending ........................................................... 42
4.18 Hasil uji 2 spesimen face bending pada tool plunge depth 3,85 mm ...... 43
4.19 Hasil uji 2 spesimen face bending pada tool plunge depth 3,90 mm ....... 43
4.20 Hasil uji 2 spesimen face bending pada tool plunge depth 3,95 mm ....... 43
4.21 Hubungan antara kedalaman pembenaman tool dengan kekuatan tekuk dengan pengujian face bending .................................................................. 44
4.22 Skema pengujian root bending ................................................................... 45
4.23 Hasil uji 2 spesimen root bending pada tool plunge depth 3,85 mm ....... 45
4.24 Hasil uji 2 spesimen root bending pada tool plunge depth 3,90 mm ....... 46
commit to user
4.25 Hasil uji 2 spesimen root bending pada tool plunge depth 3,85 mm ....... 46 xi
4.26 Hubungan antara kedalaman pembenaman tool dengan kekuatan tekuk dengan pengujian root bending .................................................................. 47
4.27 Foto makro spesimen plunge depth 3,85 mm............................................ 47
4.28 Foto makro spesimen plunge depth 3,90 mm............................................ 48
4.30 Base metal alumunium paduan 5083 H116 ............................................... 49
4.31 HAZ pada plunge depth 3,85 mm .............................................................. 50
4.32 HAZ pada plunge depth 3,90 mm .............................................................. 50
4.33 HAZ pada plunge depth 3,95 mm .............................................................. 50
4.34 Weld Nugget pada plunge depth 3,85 mm ................................................. 51
4.35 Weld Nugget pada plunge depth 3,90 mm ................................................. 51
4.36 Weld Nugget pada plunge depth 3,95 mm ................................................. 51
4.37 Grafik hubungan nilai kekerasan dan posisi titik uji................................. 54
commit to user
xii
commit to user