Analisa Pengaruh Konduktivitas Termal Backing Plate Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Sambungan Friction Stir Spot Welding Aa 5052-H32 JURNAL
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 1
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
ANALYSIS EFFECT OF THERMAL CONDUCTIVITY BACKING PLATE DUE TO PHYSICAL AND
MECHANICAL PROPERTIES ON FRICTION STIR SPOT WELDING JOIN AA 5052 - H32
Yudha Eko Widyantono1, Nurul Muhayat2, Triyono2
1
Program Sarjana – Jurusan Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret
2
Staf Pengajar – Jurusan Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret
Keywords :
Abstract :
Friction stir spot welding (FSSW) is the development of FSW welding
FSSW, AA5052-H32,
methods that is implemented in industry with the aim to replace welding
Backing plate,
method using a resistance spot welding (RSW). FSSW in this study was
Mikrostruktur, Hardness
applied to join plate 5052-H32 aluminum alloy and standard JIS G 3136.
Vickers Number, Tensile
Variables used in this research is the granite backing plate, steel AISI 1010,
Shear Load.
and AL-Si with welding parameters rotational speed 1000 rpm, dwell time 5
seconds, and plunge depth is 0.2mm as a fixed variable.
Thermal conductivity of backing plate affects the hardness of welded joints
FSSW and tensile shear load of welded joints FSSW. Granite backing plate
generate welding temperature of 167.37̊ C, steel AISI 1010 113.18̊ C, and AlSi 100.88̊ C. The increase of thermal conductivity makes the weld joints
become harder. Granite backing plate generate vickers hardness is 36.5 HVN,
Steel AISI 101047 HVN, and Al-Si 49.5 HVN. Tensile shear load is influenced
by size of nugget. Granite backing plate generate average tensile shear load
3986.98 N, Steel AISI 1010 3769.00 N, and Al-Si. 3414.32 N.
Ditinjau dari prinsip kerjanya, FSSW memiliki
PENDAHULUAN
Pengelasan merupakan bagian yang penting
tiga tahap pengerjaan yaitu plunging, stiring, dan
dalam suatu proses industri, dan kebutuhan akan
retracting atau drawing out. Tahapan pengerjaan
pengelasan sangat tinggi oleh karena itu teknologi
dalam FSSW dapat dilihat dalam Gambar 1.
pengelasan semakin lama semakin berkembang.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk
Penggunaan teknologi las biasanya dipakai dalam
mencari alternatif yang tepat mengelas paduan
alumunium. Alumunium merupakan jenis material
bidang konstruksi, otomotif, perkapalan, pesawat
yang cukup sulit untuk disambung dengan metode
terbang, dan bidang lainnya yang dalam beberapa
pengelasan konvensional. Mazda Motor Corporation
tahun terakhir ini mengembangkan teknologi
and Kawasaki Heavy Industry menerapkan salah satu
material ringan seperti alumunium alloy. Dalam
teknologi pengelasan baru yaitu Friction Stir Spot
dunia industri, pengelasan dilakukan dengan sistem
Welding (FSSW) yang merupakan pengembangan
pengelasan consumable electrode, sedangkan untuk
dari Friction Stir Welding. Teknologi tersebut
pengelasan spot umumnya dengan metode
memiliki reduksi yang bagus dalam konsumsi bahan
pengelasan Resistance Spot Welding (RSW). Metode
bakar dan investasi peralatan jika dibandingkan
pengelasan spot metode ini memiliki beberapa
dengan Resistance Spot Welding.
kelemahan dalam bidang produksi, salah satunya
FSSW merupakan proses penyambungan
adalah investasi biaya yang tinggi karena dalam hal
material pada satu titik dengan kondisi solid. Metode
ini pengadaan peralatan RSW mahal.
ini digunakan agar karakteristik logam induk tidak
Friction stir spot welding (FSSW) telah
banyak berubah. Ditinjau dari prinsip kerjanya,
dikembangkan dan diimplementasikan dalam
FSSW memiliki tiga tahap pengerjaan yaitu
industri otomotif sebagai pengganti Resistance Spot
plunging, stiring, dan retracting atau drawing out.
Welding untuk aluminium. Pada FSW, tool bergerak
sepanjang bagian yang dilas, sedangkan FSSW
terfokus pada sambungan satu titik yang disebut
sebagai sambungan titik (spot). Selama proses
FSSW, pin mengalami kontak langsung dengan
benda kerja untuk waktu yang lebih lama.
Akibatnya, gaya gesekan antara pin dan benda kerja
menghasilkan sebagian besar energi panas.
Karakteristik ini membuat proses FSSW berbeda dari
Gambar 1. Tahapan Proses FSSW. Plunging,
proses FSW (Awang, 2007).
stirring, drawing out (Zhang, dkk 2011)
TINJAUAN PUSTAKA
FSSW merupakan proses penyambungan
material pada satu titik dengan kondisi solid atau
dengan kata lain material tidak meleleh selama
proses penyambungan. Proses ini banyak digunakan
dalam industri otomotif karena kecocokannya
Gambar 2. Zona Pengelasan FSSW (Zhang dkk,
diaplikasikan pada material-material ringan seperti
commit to user
2011)
alumunium paduan dsb.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 2
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Gambar 3. Desain Tooll
plate pada baja AISI 1010 memili
iliki kemampuan
sebagai konduktor yang lebih baik
aik dibandingkan
dengan granit, sehingga panas darii tool
to diserap oleh
backing plate dan disebarkan ke sisi
l dari backing
si lain
plate.
Al-Si memiliki konduktivitas
as termal paling
tinggi yaitu 237 W/m³.K (Inc
Incropera, 2011).
Pengelasan dengan backing plate
te Al-Si memiliki
temperatur permukaan paling renda
dah dibandingkan
dengan backing plate baja AISI 1010
1
dan Al-Si,
karena panas lebih cepat tersebar ke
k backing plate
sehingga pendinginan cenderung terja
rjadi lebih cepat.
Perbedaan temperatur didapatkan karena
ka
perbedaan
konduktivitas termal dari masing - masing
m
material.
Semakin rendah nilai konduktivita
itas termal maka
semakin buruk kemampuan material
m
untuk
menghantarkan panas, dan semak
akin tinggi nilai
konduktivitas termal maka semakin
b kemampuan
in baik
material untuk menghantarkan panas
pa
(Chengel,
2012). Hal ini sesuai dengan hasil
il penelitian yang
telah dilakukan Zubaydi, dkk (2014)
(
dimana
penggunaan backing plate dengan
gan konduktivitas
termal tinggi menyebabkan panas pengelasan
p
lebih
cepat hilang. Hal ini juga sesuai
uai dengan hasil
penelitian yang dilakukan oleh Zhang
ang (2011) dimana
backing plate mempengaruhi tem
mperatur puncak
pengelasan dan waktu pendinginan
y
n yang
lebih cepat
seiring dengan bertambahnya kondu
duktivitas termal.
200
2.79
Granit
150
Aisi 1010
63.9
100
Al-Si
237
50
0
Temperatur (ºC)
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laborato
atorium Proses
Produksi UNS untuk proses peng
engelasan dan
Laboratorium Material Teknik Mesin
sin UNS untuk
pelaksanaan pengujian hasil sambungan
an. Bahan yang
digunakan adalah Aluminium Alloy
lloy 5052-H32
dengan dimensi sesuai standar JIS G 31
3136 yaitu 125
x 40 x 2 mm dengan overlap 40 x 40 m
mm² serta baja
K100 sebagai bahan tool yang digunaka
akan. Mesin las
yang digunakan dalam pengelasan ini
ni adalah mesin
milling vertical dengan memvariasikann bbacking plate
dengan konduktivitas termal yang bberbeda yaitu
ISI 1010 67,9
granit yaitu 2,79 W/m³K, baja AIS
iabel tetap yaitu
W/m³K, Al-Si 237 W/m³K serta variab
pin 2 mm dan
kecepatan putar 1000 RPM, panjang pi
dwell time selama 5 detik.
alah observasi
Pengujian yang dilakukan adala
pik, kekerasan
makroskopik, observasi mikroskopik
Vickers, dan uji kekuatan tarik gese
eser. Observasi
makroskopik
dilakukan
dengann
mikroskop
OLYMPUS DF PLAPO dan observasi
asi mikroskopik
dilakukan dengan mikroskop EUROM
MEX Holland
dengan perbesaran 10x10. Pengujia
jian kekerasan
menggunakan
mesin
Vickers
H
HIGHWOOD
HWMMT X7 dengan ASTM E384 yaitu
pembebanan 0,3 kgf dan dwell timee 110s. Uji tarik
geser dilakukan dengan SANS Testi
Testing Machine
dengan
kecepatan
penarikan
5mm/min.
0
300
100
200
Konduktivitas Termal (W/m³K)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Temperatur Pengelasan
Gambar 4. Temperatur Puncak
P
k Pengelasan
Gambar 4. menunjukkan grafi
afik hubungan
Observasi Makroskopik
temperatur
permukaan
backing
plate
dan
konduktivitas termal backing plate da
dari masing –
masing variasi backing plate. Backing
ing plate granit
memiliki temperatur permukaan sebes
besar 167,37 ̊C,
Baja AISI 1010 113,18 ̊C, dan Al-Si
l-Si 100,88 ̊C.
Pengelasan dengan backing plate Gra
ranit memiliki
A
temperatur paling tinggi, hal ini dise
isebabkan oleh
material granit memiliki konduktiv
ktivitas termal
terendah yaitu 2,79 W/m³.K (Incro
cropera, 2011).
Material backing plate yang memiliki
ki kkonduktivitas
termal rendah akan sulit menghantark
tarkan panas ke
bagian yang lain atau sisi yang lain, se
sehingga panas
B
terpusat pada satu titik dan akan be
berakibat pada
peningkatan temperatur yang lebih ma
maksimal pada
titik tersebut.
Backing plate baja AISI 101
1010 memiliki
konduktivitas termal sedang yaitu 663,9 W/m³K
(Incropera, 2011). Pengelasan dengann bbacking plate
baja AISI 1010 memiliki temperatur
tur permukaan
Gambar 5. Perbedaan Hasil Pengela
gelasan Dengan
yang lebih rendah dibandingkan denga
gan pengelasan
commit to user
Variasi Backing plate
ate
aterial backing
dengan backing plate granit, karena mate
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 3
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Gambar 5.A (Granit) menunjukkan
kan luasan stir
zone yang paling luas serta nugget
et paling besar
karena temperatur las paling tinggi terpu
rpusat pada satu
titik dan tidak cepat tersebar serta waktu
ktu pendinginan
yang lebih lama. Gambar 5.B (baja
ja AISI 1010)
menunjukkan luasan stir zone dan nugg
gget yang lebih
kecil dibandingkan A, karena waktu
tu pendinginan
yang lebih cepat dari waktu pendingina
inan pengalasan
A. Gambar 5.C (Al-Si) menunjukkan lua
luasan stir zone
dan nugget paling kecil karena temper
eratur las yang
lebih rendah dan waktu pendinginan
an yang sangat
cepat.
zone
Tabel 1. Pengukuran Luasan Stir zon
Backing Plate
Ukuran Luasa
san (mm)
Granit
3.255
Baja AISI 1010
3.133
Al-Si
2.855
Observasi Mikroskopik
Karakteristik
yang
membedak
dakan
dalam
pengambilan foto mikro adalah zona ter
terang dan zona
gelap.
AZ pada masing –
Hasil observasi pada daerah HAZ
kkan pada Gambar
masing variasi pengelasan ditunjukka
7 dan Tabel 2.
an Terang Daerah
Gambar 7. Perbedaan Fasa Gelap dan
HAZ
Struktur mikro pada daerah HAZ memiliki
entuk dan ukuran
perbedaan yang signifikan pada ben
butir jika dibandingkan dengan butir pada daerah
tir dengan bentuk
BM. Daerah HAZ memiliki butir
kasar.
TMAZ
Tabel 3. Observasi Mikroskopik Daerah
D
Gambar 6. Struktur Mikro daera
erah BM
Gambar 6 menunjukkan bahwa bu
butiran struktur
mikro pada BM memiliki bentuk panja
njang dan pipih
pengaruh dari proses cold working rrolling ketika
proses hardening pada material AA5052
52 H-32.
Tabel 2. Observasi Mikroskopik Dae
aerah HAZ
ir dengan
orientasi
Daerah TMAZ memiliki butir
d
enandakan bahwa
miring atau diagonal yang mena
daerah tersebut dikenai beban akib
kibat kinerja tool.
Kriteria TMAZ dapat dilihat juga dari
da arah orientasi
butirnya
yang
seragam
kare
arena
terbentuk
menyesuaikan dengan arah adukan
m
n material.
Piccini,
dkk (2015) mengatakan bahwa TMA
MAZ adalah butir
yang terlihat sudah terdeformasi dan
an memiliki fraksi
yang berorientasi mengikuti aliran
a
n adukan
material.
Daerah pengelasan FSSW dengan
n masing–masing
variasi backing plate memiliki bentuk
ben
butir yang
berbeda dimana semakin tinggi kond
nduktivitas termal
bentuk butir semakin halus. Hal ini sesuai dengan
teori yang disebutkan bahwa wak
aktu pendinginan
menjadi
faktor
penentu
terp
rpenting
dalam
menentukan ukuran butir. Dimanaa semakain cepat
waktu pendinginan maka butir yang
ng terbentuk akan
semakin halus, dan semakin lama waktu
wa
pendinginan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 4
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
maka butir yang terbentuk semakin kasar (Avner,
1974).
Tabel 4. Observasi Mikroskopik Daerah SZ
menentukan ukuran butir dimana semakin cepat
waktu pendinginan maka butiran yang terbentuk
semakin halus.
Analisa Data Pengujian Kekerasan
Gambar 8. Pemetaan daerah uji Vickers
70
60
HVN
50
40
GRANIT
20
AlSi
MS
30
10
0
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
Gambar 9. Grafik Perbandingan Nilai
Daerah SZ pada Tabel 4. memiliki butir dengan
Kekerasan FSSW
ukuran yang lebih kecil dan halus bila dibandingkan
Gambar 9. menunjukkan nilai kekerasan dimana
dengan daerah lainnya dimana daerah ini merupakan
pengelasan dengan konduktivitas termal terendah
zona pencampuran material antara α dan Mg.
(granit) didapatkan nilai kekerasan terendah. Hal ini
Tabel 5. Ukuran Butir Daerah TMAZ.
disebabkan oleh temperatur pengelasan yang tinggi
Spesimen
G
Diameter Butir Rata – Rata
sehingga menyebabkan pertumbuhan butir yang bisa
(µm)
disebut coarse grain, dimana butiran tersebut
Granit
3.41
103,98
menjadikan nilai kekerasan yang lebih rendah yaitu
AISI 1010 3.91
87,74
36.5 HVN, seperti pada penelitian yang dilakukan
oleh (Zubaydi dkk, 2014). Pengelasan dengan
Al-Si
4.55
26,46
konduktivitas termal medium (baja AISI 1010)
Tabel 5. menunjukkan pengukuran butir pada
didapatkan nilai kekerasan lebih tinggi dari
daerah TMAZ. Pengelasan dengan backing plate
pengelasan backing plate granit. Hal ini disebabkan
granit menghasilkan diameter rata – rata butir
oleh
butiran pada pengelasan dengan backing plate
sebesar 103,98µm. Sedangkan pada pengelasan
baja
AISI 1010 dikategorikan sebagai fine grain
dengan backing plate baja AISI 1010 diameter rata –
dimana
butir dengan kategori ini menjadikan nilai
rata butir adalah 87,74 µm dan pada pengelasan
kekerasan semakin meningkat. Pengelasan dengan
dengan backing plate Al-Si diameter rata – rata
konduktivitas termal tertinggi (AL-Si) memiliki nilai
adalah 26,46 µm. Nampak bahwa perbedaan ukuran
kekerasan tertinggi dengan nilai sebesar 49.5 HVN.
butir dari masing – masing daerah atau zona akibat
Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan
perbedaan konduktivitas termal dari backing plate
oleh Haqqi (2012) dalam penelitian variasi backing
yang menyebabkan ukuran dan bentuk butir semakin
plate pada FSW dimana semakin tinggi
mengecil dari pengelasan backing plate granit, AISI
konduktivitas termal maka nilai kekerasan semakin
1010 dan Al-Si. Hal ini sesuai dengan penelitian
meningkat.
yang dilakukan Zhang, dkk (2013) dimana ukuran
Pengujian Tarik Geser
butir akan meningkat seiring dengan berkurangnya
Pengujian tarik geser dilakukan pembebaan statis
konduktivitas termal backing plate.
dengan beban sebesar 20 kN dan dengan kecepatan
Konduktivitas termal backing plate menyebabkan
penarikan 5 mm/min.
temperatur puncak pengelasan yang semakin tinggi
Gambar 11 menunjukkan hasil uji tarik geser
pada konduktivitas termal rendah dan proses
berdasarkan
dengan hasil pengelasan dari backing
pendinginan setelah pengelasan yang mengakibatkan
plate
yang
memiliki
konduktivitas termal berbeda.
waktu pendinginan semakin lama sehingga butiran
Pengelasan
dengan
backing
plate berkonduktivitas
semakin membesar. Seperti halnya penelitian yang
termal
rendah
memiliki
beban
tarik geser tertinggi.
dilakukan oleh Bagus (2015) dimana dalam
Sedangkan dengan backing plate berkonduktivitas
penelitiannya menyebutkan bahwa semakin tinggi
termal medium beban tarik geser yang semakin turun
temperatur pemanasan pada material mendekati titik
dan dengan backing plate berkonduktivitas termal
lebur maka kekerasan material semakin turun. Avner
committertinggi
to userbeban tarik geser menjadi paling rendah.
(1974), juga menyebutkan bahwa waktu pendinginan
Beban tarik geser dipengaruhi oleh ukuran nugget
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 5
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Fracture Load (N)
dimana temperatur pengelasan yang tinggi
menjadikan nugget semakin besar. Kecepatan
pendinginan pasca pengelasan dimana backing plate
dengan konduktivitas termal rendah memiliki
temperatur puncak las tertinggi dan proses
pendinginan paling lama, sehingga pembentukan
nugget menjadi lebih baik. Seiring dengan
meningkatnya konduktivitas termal backing plate,
temperatur puncak pengelasan semakin menurun dan
pendinginan pengelasan menjadi semakin cepat
sehingga pembentukan nugget sambungan las
semakin kecil namun dengan kerasan yang semakin
meningkat. Hal ini sesuai dengan penelitian yang
dilakukan Haqqi, dkk (2012) dimana dalam
penelitian FSW pada AA 5083 backing plate
mempengaruhi kekuatan tarik dari sambungan lasan.
4200.00
4000.00
3800.00
3600.00
3400.00
3200.00
3000.00
3986.98
3769.00
3414.32
Granit
AISI 1010
Al-Si
Granit AISI1010 Al-Si
Gambar 10. Grafik Beban Tarik Geser
Pengelasan FSSW
Gambar 11, hook pada hasil lasan dengan
backing plate yang memiliki konduktivitas termal
terendah (granit) terdeteksi pada daerah TMAZ dan
memiliki lebar lebih kecil dan rapat sehingga ketika
di beri perlakuan uji tarik geser nugget tidak
mengalami kerusakan karena ketika pengelasan
dengan backing plate granit memiliki temperatur
puncak tertinggi. Hook pada hasil lasan dengan
konduktivitas termal sedang (Aisi 1010) terdeteksi
secara mikro pada daerah SZ. Hal ini menyebabkan
sambungan patah pada daerah nugget ketika di uji
tarik geser.
konduktivitas termal tertinggi (Al-Si) terdeteksi
secara mikro pada daerah SZ dengan celah yang
lebih kecil dibandingkan dengan backing plate AISI
1010. Mode patahan tersebut terjadi di tunjukkan
pada Tabel 6.
Tabel 6. Mode Patahan Sambungan Las FSSW
Tabel 6menunjukkan mode patahan dari masing
– masing variasi pengelasan dengan konduktivitas
termal backing plate yang berbeda. Masing – masing
variasi pengelasan memiliki mode patahan yang
berbeda yang berkaitan dengan nilai fracture load
yang didapatkan. Pengelasan dengan backing plate
granit mengalamai patahan pullout dimana pada
daerah sambungan las mengalami pembengkokan
yang extreme tanpa patah pada bagian nugget
melainkan patah pada bagian TMAZ. Mode patahan
pullout ini memiliki nilai fracture load dengan
ukuran nugget terbesar sehingga mampu menahan
gaya yang lebih besar. Bila ditinjau dari hasil
observasi makro pada patahan didapatkan ukuran
nugget sebesar 11,5 mm namun dengan celah hook
yang lebih sempit bila dibandingkan dengan
pengelasan dengan backing plate baja AISI 1010 dan
Al-Si.
Backing plate mempengaruhi waktu pendinginan
setelah pengelasan dimana dari masing – masing
backing plate mempunyai konduktivitas termal yang
berbeda sehingga waktu pendinginan menjadi
berbeda. Waktu pendinginan menjadi faktor penting
yang mempengaruhi ukuran butir (Avner, 1974).
Ukuran butir sendiri akan menjadi penentu dalam
kenaikan nilai kekerasan serta nilai fracture load
dimana semakin kecil atau semakin halus butir maka
nilai kekerasan. Hal ini didukung dengan penelitian
yang dilakukan Haqqi, dkk (2012) dimana semakin
tinggi konduktivitas termal backing plate maka nilai
kekerasan semakin meningkat.
Gambar 11. Hook
Gambar 11 menunjukkan hook pada hasil lasan
dengan backing plate yang memiliki konduktivitas
termal terendah (granit) terdeteksi pada daerah
KESIMPULAN
TMAZ dan memiliki celah yang lebih kecil dan rapat
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini
sehingga ketika di beri perlakuan uji tarik geser
adalah sebagai berikut :
nugget tidak mengalami kerusakan karena ketika
1. Peningkatan konduktivitas termal backing plate
pengelasan dengan backing plate granit memiliki
mengakibatkan penurunan temperatur puncak
temperatur puncak tertinggi. Hook pada hasil lasan
pengelasan FSSW. Backing plate granit
dengan konduktivitas termal sedang (AISI 1010)
menghasilkan temperatur puncak sebesar 167,
terdeteksi secara mikro pada daerah SZ. Hal ini
37̊ C, Baja AISI 1010 113,18̊ C, dan Al-Si
menyebabkan sambungan patah pada daerah nugget
100,88̊ C.
ketika di uji tarik geser. Hook pada hasil lasan
2.to Pengelasan
dengan backing plate granit
commit
user
dengan backing plate yang memiliki nilai
menghasilkan beban tarik geser rata – rata
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 6
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
3961,34 N, Baja AISI 1010 3769,00 N, dan AlSi 3414,32 N.
3. Bertambahnya nilai konduktivitas termal
backing plate maka nilai kekerasan vicker pada
titik pusat nugget semakin tinggi. Pengelasan
dengan backing plate granit menghasilkan
kekerasan vickers sebesar 36,5 HVN, baja Baja
AISI 1010 47 HVN, dan Al-Si 49,5 HVN.
4. Pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate rendah yaitu granit menhasilkan diameter
ukuran butir rata - rata 103,98 µm, sedangkan
pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate medium menghasilkan butir 87,74 µm,
pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate tertinggi menghasilkan butir 26,46 µm.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad Zubaydi, Nurul Muhayat, Sulistijono, M.
Zaed Yuliadi, Budie Santosa, Dony Setyawan,
Syaiful Haqqi, 2014. Effect of Backplate
Thermal Diffusivity on Mechanical Properties of
Double Sided Friction Stir Welded Aluminum
for Ship Structure. Applied Mechanics and
Materials Vol. 597 (2014) pp 219-222
ASM Handbook Vol.9. 2004. Metalography and
Microstructures Vol. 9. ASM Handbook
International Committee
AZO Material. 23 Agusutus 2012. “AISI 1010
Carbon
Steel
(UNS
G10100)”.
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6
539.
Bozzi S., Helbert-Etter, Baudin T., Klosek V. 2010.
Influence of FSSW Parameters on Fracture
Mechanism of 5182 Alumunium Welds. Journal
of Materials Processing Technology 210 (2010)
1429-1435.
Cengel, Y. A. Heat Transfer: A Practical Approach,
2nd ed., McGraw-Hill, 2003. ISBN 0072458933
Frank .P. Incropera, Fudamental of Heat and Mass
Transfer, 7 ed., John Willey and Sons, 2011.
ISBN 13 978-0470-50197-9
Gene Mathers, (2002).The welding of aluminium and
its alloys. Cambridge England.Woodhead
Publishing Ltd and CRC Press LLC.
MakeitFrom.com.
(2009).
“Granite”.
http://www.makeitfrom.com/materialproperties/Granite.
Copyright
2009-16:
Disclaimer and Terms. Last updated on 201608-06.
Mišković, Z., I. Bobić, S. Tripković, A. Rac, A.
Vencl, (2006). The Structure and Mechanical
Properties of an Aluminium A356 Alloy Base
Composite With Al2O3 Particle Additions.
Tribology in industry, Volume 28, No. 3&4,
2006.
Mokhtar Awang, 2007. Simulation of Friction Stir
Spot Welding (FSSW) Process: Study of Friction
Phenomena. Disertasi Doctor pada West
Virginia University.
Mukuna P. Mubiayi, Esther T. Akinlabi, 2014.
Friction
Stir
Spot
Welding
of
DissimilarMaterials: An Overview.
Piccini Joaquín M., Hernán G., Svoboda. 2013.
Effect of the tool penetration depth in Friction
Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar
aluminum alloys. International Congress of
Science and Technology of Metallurgy and
Materials, SAM - CONAMET 2013
Sidney H. Avner. Second edition. 1974. Introduction
to phusical Metallurgy. New York City
Community. City University of New York.
McGraw-Hill Book Company.
Syaiful Haqqi, 2012. Analisis Pengaruh Backing
plate Material Pengelasan Dua Sisi Friction Stir
Welding Terhadap Sifat Mekanik Aluminium
5083 Pada Kapal Katamaran. Jurusan Teknik
Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS),
Jurnal Teknik Pomits Vol. 1, No. 2, (2012)
ISSN: 2301-9271
Tania Taufiq, Akhmad A. Korda, (2010) . Studi
Pengaruh Temperatur Aging Dan Orientasi
Butiran Terhadap Sifat Mekanik Paduan Al
2014. JTM Vol. XVII No. 3/2010
Terry Khaled, Ph.D. (2005). An Outsider Looks At
Friction Stir Weding. Chief Scientific /
Technical Advisor, Metallurgy Federal Aviation
Administration 3960 Paramount Boulevard. July
2005.ANM-112N-05-06
Upadhyay, P. (2012). Effects of forge axis force and
backing plate thermal diffusivity on FSW of
AA6056,Materials Science and Engineering:
Volume 558, 15 December 2012, Pages 394–
402
Venkanna, B.K. (2010). Fundamentals of Heat and
Mass Transfer. PHI Learning (2010-06) ISBN
10: 8120340310 / ISBN 13: 9788120340312
Zhaohua Zhang, (2011). Effect of welding
parameters on microstructure and mechanical
propertiesof friction stir spot welded 5052
aluminum alloy. Materials and Design 32 (2011)
4461–4470
Zhihan Zhang, Wenya Li, Jinglong Li, and Y.J.
Chao, (2011), Numerical Analysis of Effect of
Backplate Diffusivity on the Transient
Temperature in Friction Stir Welding, JMEPEG
(2013) 22:2446–2450
Zhihan Zhang, Wenya Li, Junjun Shen, Y.J. Chao,
Jinglong Li, Yu-E Ma, (2013),Effect of
backplate diffusivity on microstructure and
mechanical properties of friction stir welded
joints, Materials and Design 50 (2013), 551-557
commit to user
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 1
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
ANALYSIS EFFECT OF THERMAL CONDUCTIVITY BACKING PLATE DUE TO PHYSICAL AND
MECHANICAL PROPERTIES ON FRICTION STIR SPOT WELDING JOIN AA 5052 - H32
Yudha Eko Widyantono1, Nurul Muhayat2, Triyono2
1
Program Sarjana – Jurusan Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret
2
Staf Pengajar – Jurusan Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret
Keywords :
Abstract :
Friction stir spot welding (FSSW) is the development of FSW welding
FSSW, AA5052-H32,
methods that is implemented in industry with the aim to replace welding
Backing plate,
method using a resistance spot welding (RSW). FSSW in this study was
Mikrostruktur, Hardness
applied to join plate 5052-H32 aluminum alloy and standard JIS G 3136.
Vickers Number, Tensile
Variables used in this research is the granite backing plate, steel AISI 1010,
Shear Load.
and AL-Si with welding parameters rotational speed 1000 rpm, dwell time 5
seconds, and plunge depth is 0.2mm as a fixed variable.
Thermal conductivity of backing plate affects the hardness of welded joints
FSSW and tensile shear load of welded joints FSSW. Granite backing plate
generate welding temperature of 167.37̊ C, steel AISI 1010 113.18̊ C, and AlSi 100.88̊ C. The increase of thermal conductivity makes the weld joints
become harder. Granite backing plate generate vickers hardness is 36.5 HVN,
Steel AISI 101047 HVN, and Al-Si 49.5 HVN. Tensile shear load is influenced
by size of nugget. Granite backing plate generate average tensile shear load
3986.98 N, Steel AISI 1010 3769.00 N, and Al-Si. 3414.32 N.
Ditinjau dari prinsip kerjanya, FSSW memiliki
PENDAHULUAN
Pengelasan merupakan bagian yang penting
tiga tahap pengerjaan yaitu plunging, stiring, dan
dalam suatu proses industri, dan kebutuhan akan
retracting atau drawing out. Tahapan pengerjaan
pengelasan sangat tinggi oleh karena itu teknologi
dalam FSSW dapat dilihat dalam Gambar 1.
pengelasan semakin lama semakin berkembang.
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk
Penggunaan teknologi las biasanya dipakai dalam
mencari alternatif yang tepat mengelas paduan
alumunium. Alumunium merupakan jenis material
bidang konstruksi, otomotif, perkapalan, pesawat
yang cukup sulit untuk disambung dengan metode
terbang, dan bidang lainnya yang dalam beberapa
pengelasan konvensional. Mazda Motor Corporation
tahun terakhir ini mengembangkan teknologi
and Kawasaki Heavy Industry menerapkan salah satu
material ringan seperti alumunium alloy. Dalam
teknologi pengelasan baru yaitu Friction Stir Spot
dunia industri, pengelasan dilakukan dengan sistem
Welding (FSSW) yang merupakan pengembangan
pengelasan consumable electrode, sedangkan untuk
dari Friction Stir Welding. Teknologi tersebut
pengelasan spot umumnya dengan metode
memiliki reduksi yang bagus dalam konsumsi bahan
pengelasan Resistance Spot Welding (RSW). Metode
bakar dan investasi peralatan jika dibandingkan
pengelasan spot metode ini memiliki beberapa
dengan Resistance Spot Welding.
kelemahan dalam bidang produksi, salah satunya
FSSW merupakan proses penyambungan
adalah investasi biaya yang tinggi karena dalam hal
material pada satu titik dengan kondisi solid. Metode
ini pengadaan peralatan RSW mahal.
ini digunakan agar karakteristik logam induk tidak
Friction stir spot welding (FSSW) telah
banyak berubah. Ditinjau dari prinsip kerjanya,
dikembangkan dan diimplementasikan dalam
FSSW memiliki tiga tahap pengerjaan yaitu
industri otomotif sebagai pengganti Resistance Spot
plunging, stiring, dan retracting atau drawing out.
Welding untuk aluminium. Pada FSW, tool bergerak
sepanjang bagian yang dilas, sedangkan FSSW
terfokus pada sambungan satu titik yang disebut
sebagai sambungan titik (spot). Selama proses
FSSW, pin mengalami kontak langsung dengan
benda kerja untuk waktu yang lebih lama.
Akibatnya, gaya gesekan antara pin dan benda kerja
menghasilkan sebagian besar energi panas.
Karakteristik ini membuat proses FSSW berbeda dari
Gambar 1. Tahapan Proses FSSW. Plunging,
proses FSW (Awang, 2007).
stirring, drawing out (Zhang, dkk 2011)
TINJAUAN PUSTAKA
FSSW merupakan proses penyambungan
material pada satu titik dengan kondisi solid atau
dengan kata lain material tidak meleleh selama
proses penyambungan. Proses ini banyak digunakan
dalam industri otomotif karena kecocokannya
Gambar 2. Zona Pengelasan FSSW (Zhang dkk,
diaplikasikan pada material-material ringan seperti
commit to user
2011)
alumunium paduan dsb.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 2
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Gambar 3. Desain Tooll
plate pada baja AISI 1010 memili
iliki kemampuan
sebagai konduktor yang lebih baik
aik dibandingkan
dengan granit, sehingga panas darii tool
to diserap oleh
backing plate dan disebarkan ke sisi
l dari backing
si lain
plate.
Al-Si memiliki konduktivitas
as termal paling
tinggi yaitu 237 W/m³.K (Inc
Incropera, 2011).
Pengelasan dengan backing plate
te Al-Si memiliki
temperatur permukaan paling renda
dah dibandingkan
dengan backing plate baja AISI 1010
1
dan Al-Si,
karena panas lebih cepat tersebar ke
k backing plate
sehingga pendinginan cenderung terja
rjadi lebih cepat.
Perbedaan temperatur didapatkan karena
ka
perbedaan
konduktivitas termal dari masing - masing
m
material.
Semakin rendah nilai konduktivita
itas termal maka
semakin buruk kemampuan material
m
untuk
menghantarkan panas, dan semak
akin tinggi nilai
konduktivitas termal maka semakin
b kemampuan
in baik
material untuk menghantarkan panas
pa
(Chengel,
2012). Hal ini sesuai dengan hasil
il penelitian yang
telah dilakukan Zubaydi, dkk (2014)
(
dimana
penggunaan backing plate dengan
gan konduktivitas
termal tinggi menyebabkan panas pengelasan
p
lebih
cepat hilang. Hal ini juga sesuai
uai dengan hasil
penelitian yang dilakukan oleh Zhang
ang (2011) dimana
backing plate mempengaruhi tem
mperatur puncak
pengelasan dan waktu pendinginan
y
n yang
lebih cepat
seiring dengan bertambahnya kondu
duktivitas termal.
200
2.79
Granit
150
Aisi 1010
63.9
100
Al-Si
237
50
0
Temperatur (ºC)
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laborato
atorium Proses
Produksi UNS untuk proses peng
engelasan dan
Laboratorium Material Teknik Mesin
sin UNS untuk
pelaksanaan pengujian hasil sambungan
an. Bahan yang
digunakan adalah Aluminium Alloy
lloy 5052-H32
dengan dimensi sesuai standar JIS G 31
3136 yaitu 125
x 40 x 2 mm dengan overlap 40 x 40 m
mm² serta baja
K100 sebagai bahan tool yang digunaka
akan. Mesin las
yang digunakan dalam pengelasan ini
ni adalah mesin
milling vertical dengan memvariasikann bbacking plate
dengan konduktivitas termal yang bberbeda yaitu
ISI 1010 67,9
granit yaitu 2,79 W/m³K, baja AIS
iabel tetap yaitu
W/m³K, Al-Si 237 W/m³K serta variab
pin 2 mm dan
kecepatan putar 1000 RPM, panjang pi
dwell time selama 5 detik.
alah observasi
Pengujian yang dilakukan adala
pik, kekerasan
makroskopik, observasi mikroskopik
Vickers, dan uji kekuatan tarik gese
eser. Observasi
makroskopik
dilakukan
dengann
mikroskop
OLYMPUS DF PLAPO dan observasi
asi mikroskopik
dilakukan dengan mikroskop EUROM
MEX Holland
dengan perbesaran 10x10. Pengujia
jian kekerasan
menggunakan
mesin
Vickers
H
HIGHWOOD
HWMMT X7 dengan ASTM E384 yaitu
pembebanan 0,3 kgf dan dwell timee 110s. Uji tarik
geser dilakukan dengan SANS Testi
Testing Machine
dengan
kecepatan
penarikan
5mm/min.
0
300
100
200
Konduktivitas Termal (W/m³K)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Temperatur Pengelasan
Gambar 4. Temperatur Puncak
P
k Pengelasan
Gambar 4. menunjukkan grafi
afik hubungan
Observasi Makroskopik
temperatur
permukaan
backing
plate
dan
konduktivitas termal backing plate da
dari masing –
masing variasi backing plate. Backing
ing plate granit
memiliki temperatur permukaan sebes
besar 167,37 ̊C,
Baja AISI 1010 113,18 ̊C, dan Al-Si
l-Si 100,88 ̊C.
Pengelasan dengan backing plate Gra
ranit memiliki
A
temperatur paling tinggi, hal ini dise
isebabkan oleh
material granit memiliki konduktiv
ktivitas termal
terendah yaitu 2,79 W/m³.K (Incro
cropera, 2011).
Material backing plate yang memiliki
ki kkonduktivitas
termal rendah akan sulit menghantark
tarkan panas ke
bagian yang lain atau sisi yang lain, se
sehingga panas
B
terpusat pada satu titik dan akan be
berakibat pada
peningkatan temperatur yang lebih ma
maksimal pada
titik tersebut.
Backing plate baja AISI 101
1010 memiliki
konduktivitas termal sedang yaitu 663,9 W/m³K
(Incropera, 2011). Pengelasan dengann bbacking plate
baja AISI 1010 memiliki temperatur
tur permukaan
Gambar 5. Perbedaan Hasil Pengela
gelasan Dengan
yang lebih rendah dibandingkan denga
gan pengelasan
commit to user
Variasi Backing plate
ate
aterial backing
dengan backing plate granit, karena mate
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 3
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Gambar 5.A (Granit) menunjukkan
kan luasan stir
zone yang paling luas serta nugget
et paling besar
karena temperatur las paling tinggi terpu
rpusat pada satu
titik dan tidak cepat tersebar serta waktu
ktu pendinginan
yang lebih lama. Gambar 5.B (baja
ja AISI 1010)
menunjukkan luasan stir zone dan nugg
gget yang lebih
kecil dibandingkan A, karena waktu
tu pendinginan
yang lebih cepat dari waktu pendingina
inan pengalasan
A. Gambar 5.C (Al-Si) menunjukkan lua
luasan stir zone
dan nugget paling kecil karena temper
eratur las yang
lebih rendah dan waktu pendinginan
an yang sangat
cepat.
zone
Tabel 1. Pengukuran Luasan Stir zon
Backing Plate
Ukuran Luasa
san (mm)
Granit
3.255
Baja AISI 1010
3.133
Al-Si
2.855
Observasi Mikroskopik
Karakteristik
yang
membedak
dakan
dalam
pengambilan foto mikro adalah zona ter
terang dan zona
gelap.
AZ pada masing –
Hasil observasi pada daerah HAZ
kkan pada Gambar
masing variasi pengelasan ditunjukka
7 dan Tabel 2.
an Terang Daerah
Gambar 7. Perbedaan Fasa Gelap dan
HAZ
Struktur mikro pada daerah HAZ memiliki
entuk dan ukuran
perbedaan yang signifikan pada ben
butir jika dibandingkan dengan butir pada daerah
tir dengan bentuk
BM. Daerah HAZ memiliki butir
kasar.
TMAZ
Tabel 3. Observasi Mikroskopik Daerah
D
Gambar 6. Struktur Mikro daera
erah BM
Gambar 6 menunjukkan bahwa bu
butiran struktur
mikro pada BM memiliki bentuk panja
njang dan pipih
pengaruh dari proses cold working rrolling ketika
proses hardening pada material AA5052
52 H-32.
Tabel 2. Observasi Mikroskopik Dae
aerah HAZ
ir dengan
orientasi
Daerah TMAZ memiliki butir
d
enandakan bahwa
miring atau diagonal yang mena
daerah tersebut dikenai beban akib
kibat kinerja tool.
Kriteria TMAZ dapat dilihat juga dari
da arah orientasi
butirnya
yang
seragam
kare
arena
terbentuk
menyesuaikan dengan arah adukan
m
n material.
Piccini,
dkk (2015) mengatakan bahwa TMA
MAZ adalah butir
yang terlihat sudah terdeformasi dan
an memiliki fraksi
yang berorientasi mengikuti aliran
a
n adukan
material.
Daerah pengelasan FSSW dengan
n masing–masing
variasi backing plate memiliki bentuk
ben
butir yang
berbeda dimana semakin tinggi kond
nduktivitas termal
bentuk butir semakin halus. Hal ini sesuai dengan
teori yang disebutkan bahwa wak
aktu pendinginan
menjadi
faktor
penentu
terp
rpenting
dalam
menentukan ukuran butir. Dimanaa semakain cepat
waktu pendinginan maka butir yang
ng terbentuk akan
semakin halus, dan semakin lama waktu
wa
pendinginan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 4
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
maka butir yang terbentuk semakin kasar (Avner,
1974).
Tabel 4. Observasi Mikroskopik Daerah SZ
menentukan ukuran butir dimana semakin cepat
waktu pendinginan maka butiran yang terbentuk
semakin halus.
Analisa Data Pengujian Kekerasan
Gambar 8. Pemetaan daerah uji Vickers
70
60
HVN
50
40
GRANIT
20
AlSi
MS
30
10
0
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
Gambar 9. Grafik Perbandingan Nilai
Daerah SZ pada Tabel 4. memiliki butir dengan
Kekerasan FSSW
ukuran yang lebih kecil dan halus bila dibandingkan
Gambar 9. menunjukkan nilai kekerasan dimana
dengan daerah lainnya dimana daerah ini merupakan
pengelasan dengan konduktivitas termal terendah
zona pencampuran material antara α dan Mg.
(granit) didapatkan nilai kekerasan terendah. Hal ini
Tabel 5. Ukuran Butir Daerah TMAZ.
disebabkan oleh temperatur pengelasan yang tinggi
Spesimen
G
Diameter Butir Rata – Rata
sehingga menyebabkan pertumbuhan butir yang bisa
(µm)
disebut coarse grain, dimana butiran tersebut
Granit
3.41
103,98
menjadikan nilai kekerasan yang lebih rendah yaitu
AISI 1010 3.91
87,74
36.5 HVN, seperti pada penelitian yang dilakukan
oleh (Zubaydi dkk, 2014). Pengelasan dengan
Al-Si
4.55
26,46
konduktivitas termal medium (baja AISI 1010)
Tabel 5. menunjukkan pengukuran butir pada
didapatkan nilai kekerasan lebih tinggi dari
daerah TMAZ. Pengelasan dengan backing plate
pengelasan backing plate granit. Hal ini disebabkan
granit menghasilkan diameter rata – rata butir
oleh
butiran pada pengelasan dengan backing plate
sebesar 103,98µm. Sedangkan pada pengelasan
baja
AISI 1010 dikategorikan sebagai fine grain
dengan backing plate baja AISI 1010 diameter rata –
dimana
butir dengan kategori ini menjadikan nilai
rata butir adalah 87,74 µm dan pada pengelasan
kekerasan semakin meningkat. Pengelasan dengan
dengan backing plate Al-Si diameter rata – rata
konduktivitas termal tertinggi (AL-Si) memiliki nilai
adalah 26,46 µm. Nampak bahwa perbedaan ukuran
kekerasan tertinggi dengan nilai sebesar 49.5 HVN.
butir dari masing – masing daerah atau zona akibat
Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan
perbedaan konduktivitas termal dari backing plate
oleh Haqqi (2012) dalam penelitian variasi backing
yang menyebabkan ukuran dan bentuk butir semakin
plate pada FSW dimana semakin tinggi
mengecil dari pengelasan backing plate granit, AISI
konduktivitas termal maka nilai kekerasan semakin
1010 dan Al-Si. Hal ini sesuai dengan penelitian
meningkat.
yang dilakukan Zhang, dkk (2013) dimana ukuran
Pengujian Tarik Geser
butir akan meningkat seiring dengan berkurangnya
Pengujian tarik geser dilakukan pembebaan statis
konduktivitas termal backing plate.
dengan beban sebesar 20 kN dan dengan kecepatan
Konduktivitas termal backing plate menyebabkan
penarikan 5 mm/min.
temperatur puncak pengelasan yang semakin tinggi
Gambar 11 menunjukkan hasil uji tarik geser
pada konduktivitas termal rendah dan proses
berdasarkan
dengan hasil pengelasan dari backing
pendinginan setelah pengelasan yang mengakibatkan
plate
yang
memiliki
konduktivitas termal berbeda.
waktu pendinginan semakin lama sehingga butiran
Pengelasan
dengan
backing
plate berkonduktivitas
semakin membesar. Seperti halnya penelitian yang
termal
rendah
memiliki
beban
tarik geser tertinggi.
dilakukan oleh Bagus (2015) dimana dalam
Sedangkan dengan backing plate berkonduktivitas
penelitiannya menyebutkan bahwa semakin tinggi
termal medium beban tarik geser yang semakin turun
temperatur pemanasan pada material mendekati titik
dan dengan backing plate berkonduktivitas termal
lebur maka kekerasan material semakin turun. Avner
committertinggi
to userbeban tarik geser menjadi paling rendah.
(1974), juga menyebutkan bahwa waktu pendinginan
Beban tarik geser dipengaruhi oleh ukuran nugget
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 5
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
Fracture Load (N)
dimana temperatur pengelasan yang tinggi
menjadikan nugget semakin besar. Kecepatan
pendinginan pasca pengelasan dimana backing plate
dengan konduktivitas termal rendah memiliki
temperatur puncak las tertinggi dan proses
pendinginan paling lama, sehingga pembentukan
nugget menjadi lebih baik. Seiring dengan
meningkatnya konduktivitas termal backing plate,
temperatur puncak pengelasan semakin menurun dan
pendinginan pengelasan menjadi semakin cepat
sehingga pembentukan nugget sambungan las
semakin kecil namun dengan kerasan yang semakin
meningkat. Hal ini sesuai dengan penelitian yang
dilakukan Haqqi, dkk (2012) dimana dalam
penelitian FSW pada AA 5083 backing plate
mempengaruhi kekuatan tarik dari sambungan lasan.
4200.00
4000.00
3800.00
3600.00
3400.00
3200.00
3000.00
3986.98
3769.00
3414.32
Granit
AISI 1010
Al-Si
Granit AISI1010 Al-Si
Gambar 10. Grafik Beban Tarik Geser
Pengelasan FSSW
Gambar 11, hook pada hasil lasan dengan
backing plate yang memiliki konduktivitas termal
terendah (granit) terdeteksi pada daerah TMAZ dan
memiliki lebar lebih kecil dan rapat sehingga ketika
di beri perlakuan uji tarik geser nugget tidak
mengalami kerusakan karena ketika pengelasan
dengan backing plate granit memiliki temperatur
puncak tertinggi. Hook pada hasil lasan dengan
konduktivitas termal sedang (Aisi 1010) terdeteksi
secara mikro pada daerah SZ. Hal ini menyebabkan
sambungan patah pada daerah nugget ketika di uji
tarik geser.
konduktivitas termal tertinggi (Al-Si) terdeteksi
secara mikro pada daerah SZ dengan celah yang
lebih kecil dibandingkan dengan backing plate AISI
1010. Mode patahan tersebut terjadi di tunjukkan
pada Tabel 6.
Tabel 6. Mode Patahan Sambungan Las FSSW
Tabel 6menunjukkan mode patahan dari masing
– masing variasi pengelasan dengan konduktivitas
termal backing plate yang berbeda. Masing – masing
variasi pengelasan memiliki mode patahan yang
berbeda yang berkaitan dengan nilai fracture load
yang didapatkan. Pengelasan dengan backing plate
granit mengalamai patahan pullout dimana pada
daerah sambungan las mengalami pembengkokan
yang extreme tanpa patah pada bagian nugget
melainkan patah pada bagian TMAZ. Mode patahan
pullout ini memiliki nilai fracture load dengan
ukuran nugget terbesar sehingga mampu menahan
gaya yang lebih besar. Bila ditinjau dari hasil
observasi makro pada patahan didapatkan ukuran
nugget sebesar 11,5 mm namun dengan celah hook
yang lebih sempit bila dibandingkan dengan
pengelasan dengan backing plate baja AISI 1010 dan
Al-Si.
Backing plate mempengaruhi waktu pendinginan
setelah pengelasan dimana dari masing – masing
backing plate mempunyai konduktivitas termal yang
berbeda sehingga waktu pendinginan menjadi
berbeda. Waktu pendinginan menjadi faktor penting
yang mempengaruhi ukuran butir (Avner, 1974).
Ukuran butir sendiri akan menjadi penentu dalam
kenaikan nilai kekerasan serta nilai fracture load
dimana semakin kecil atau semakin halus butir maka
nilai kekerasan. Hal ini didukung dengan penelitian
yang dilakukan Haqqi, dkk (2012) dimana semakin
tinggi konduktivitas termal backing plate maka nilai
kekerasan semakin meningkat.
Gambar 11. Hook
Gambar 11 menunjukkan hook pada hasil lasan
dengan backing plate yang memiliki konduktivitas
termal terendah (granit) terdeteksi pada daerah
KESIMPULAN
TMAZ dan memiliki celah yang lebih kecil dan rapat
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini
sehingga ketika di beri perlakuan uji tarik geser
adalah sebagai berikut :
nugget tidak mengalami kerusakan karena ketika
1. Peningkatan konduktivitas termal backing plate
pengelasan dengan backing plate granit memiliki
mengakibatkan penurunan temperatur puncak
temperatur puncak tertinggi. Hook pada hasil lasan
pengelasan FSSW. Backing plate granit
dengan konduktivitas termal sedang (AISI 1010)
menghasilkan temperatur puncak sebesar 167,
terdeteksi secara mikro pada daerah SZ. Hal ini
37̊ C, Baja AISI 1010 113,18̊ C, dan Al-Si
menyebabkan sambungan patah pada daerah nugget
100,88̊ C.
ketika di uji tarik geser. Hook pada hasil lasan
2.to Pengelasan
dengan backing plate granit
commit
user
dengan backing plate yang memiliki nilai
menghasilkan beban tarik geser rata – rata
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MEKANIKA 6
Volume xx Nomor x, Bulan Tahun
3961,34 N, Baja AISI 1010 3769,00 N, dan AlSi 3414,32 N.
3. Bertambahnya nilai konduktivitas termal
backing plate maka nilai kekerasan vicker pada
titik pusat nugget semakin tinggi. Pengelasan
dengan backing plate granit menghasilkan
kekerasan vickers sebesar 36,5 HVN, baja Baja
AISI 1010 47 HVN, dan Al-Si 49,5 HVN.
4. Pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate rendah yaitu granit menhasilkan diameter
ukuran butir rata - rata 103,98 µm, sedangkan
pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate medium menghasilkan butir 87,74 µm,
pengelasan dengan konduktivitas termal backing
plate tertinggi menghasilkan butir 26,46 µm.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad Zubaydi, Nurul Muhayat, Sulistijono, M.
Zaed Yuliadi, Budie Santosa, Dony Setyawan,
Syaiful Haqqi, 2014. Effect of Backplate
Thermal Diffusivity on Mechanical Properties of
Double Sided Friction Stir Welded Aluminum
for Ship Structure. Applied Mechanics and
Materials Vol. 597 (2014) pp 219-222
ASM Handbook Vol.9. 2004. Metalography and
Microstructures Vol. 9. ASM Handbook
International Committee
AZO Material. 23 Agusutus 2012. “AISI 1010
Carbon
Steel
(UNS
G10100)”.
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6
539.
Bozzi S., Helbert-Etter, Baudin T., Klosek V. 2010.
Influence of FSSW Parameters on Fracture
Mechanism of 5182 Alumunium Welds. Journal
of Materials Processing Technology 210 (2010)
1429-1435.
Cengel, Y. A. Heat Transfer: A Practical Approach,
2nd ed., McGraw-Hill, 2003. ISBN 0072458933
Frank .P. Incropera, Fudamental of Heat and Mass
Transfer, 7 ed., John Willey and Sons, 2011.
ISBN 13 978-0470-50197-9
Gene Mathers, (2002).The welding of aluminium and
its alloys. Cambridge England.Woodhead
Publishing Ltd and CRC Press LLC.
MakeitFrom.com.
(2009).
“Granite”.
http://www.makeitfrom.com/materialproperties/Granite.
Copyright
2009-16:
Disclaimer and Terms. Last updated on 201608-06.
Mišković, Z., I. Bobić, S. Tripković, A. Rac, A.
Vencl, (2006). The Structure and Mechanical
Properties of an Aluminium A356 Alloy Base
Composite With Al2O3 Particle Additions.
Tribology in industry, Volume 28, No. 3&4,
2006.
Mokhtar Awang, 2007. Simulation of Friction Stir
Spot Welding (FSSW) Process: Study of Friction
Phenomena. Disertasi Doctor pada West
Virginia University.
Mukuna P. Mubiayi, Esther T. Akinlabi, 2014.
Friction
Stir
Spot
Welding
of
DissimilarMaterials: An Overview.
Piccini Joaquín M., Hernán G., Svoboda. 2013.
Effect of the tool penetration depth in Friction
Stir Spot Welding (FSSW) of dissimilar
aluminum alloys. International Congress of
Science and Technology of Metallurgy and
Materials, SAM - CONAMET 2013
Sidney H. Avner. Second edition. 1974. Introduction
to phusical Metallurgy. New York City
Community. City University of New York.
McGraw-Hill Book Company.
Syaiful Haqqi, 2012. Analisis Pengaruh Backing
plate Material Pengelasan Dua Sisi Friction Stir
Welding Terhadap Sifat Mekanik Aluminium
5083 Pada Kapal Katamaran. Jurusan Teknik
Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS),
Jurnal Teknik Pomits Vol. 1, No. 2, (2012)
ISSN: 2301-9271
Tania Taufiq, Akhmad A. Korda, (2010) . Studi
Pengaruh Temperatur Aging Dan Orientasi
Butiran Terhadap Sifat Mekanik Paduan Al
2014. JTM Vol. XVII No. 3/2010
Terry Khaled, Ph.D. (2005). An Outsider Looks At
Friction Stir Weding. Chief Scientific /
Technical Advisor, Metallurgy Federal Aviation
Administration 3960 Paramount Boulevard. July
2005.ANM-112N-05-06
Upadhyay, P. (2012). Effects of forge axis force and
backing plate thermal diffusivity on FSW of
AA6056,Materials Science and Engineering:
Volume 558, 15 December 2012, Pages 394–
402
Venkanna, B.K. (2010). Fundamentals of Heat and
Mass Transfer. PHI Learning (2010-06) ISBN
10: 8120340310 / ISBN 13: 9788120340312
Zhaohua Zhang, (2011). Effect of welding
parameters on microstructure and mechanical
propertiesof friction stir spot welded 5052
aluminum alloy. Materials and Design 32 (2011)
4461–4470
Zhihan Zhang, Wenya Li, Jinglong Li, and Y.J.
Chao, (2011), Numerical Analysis of Effect of
Backplate Diffusivity on the Transient
Temperature in Friction Stir Welding, JMEPEG
(2013) 22:2446–2450
Zhihan Zhang, Wenya Li, Junjun Shen, Y.J. Chao,
Jinglong Li, Yu-E Ma, (2013),Effect of
backplate diffusivity on microstructure and
mechanical properties of friction stir welded
joints, Materials and Design 50 (2013), 551-557
commit to user