TUGAS AKHIR Analisa Pengaruh Filler Metal Zinc Terhadap Sifat Mekanik Sambungan Beda Material Pada Las Titik Antara Baja Tahan Karat Dan Aluminium.
TUGAS AKHIR
ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
SESA JATI MASTIKA
NIM : D 200 120 099
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatrakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan
judul"ANALIgA PEiIGARUIf FILLER METAL ANC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA II,IATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN Alumffiluttt' ,yang dibuat sebagai salah
satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana pada Juruian Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan atau duplikasi dari penelitian atau skripsi yang sudah
dipublikasikan dan atau digunakan untuk mendapatkan gelar sarjana di
lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atiau instransi manapun,
kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 26 September 2416
Yang menyatakan,
HALATI'IAN PE RS ETUJ UAN
Tugas Akhir yang berjudul"ANALlsA PENGARUH FILLER METAL
ZINC TERHADAP SIFAT i,IEKANIK SAMBUNGAN BEDA TATERIAL
PADA LAS TITIK ANTARA BAJA TAHAN KARAT DAN ALUi'IINIUilI"
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
i
Dipersiapkan
Hari
oleh
'
:
Se0i0
Tangsat
:26
Nama
: SESA JATI MASTIKA
NIM
: D 200 {20 099
S/onber
Telah disetujuidan disahkan pada
2C16
:
Mengetahui,
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping,
\M
,
Supriyono. S.T.. M.T.. Ph.D.
lll
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir yang berjudul "ANALISA PENGARUH FILLER
METAL ZINC TERHADAP SIFAT iiEKANIK SAilIBUNGAN BEDA
MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA BAJA TAHAN KARAT DAN
ALUltllNlUM' Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program
Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
M
uhammadiyah Surakarta.
Disusun
oleh
'
,
: SESA JATI IUASTIKA
: D 200 .l20 099
Nim
Disahkan pada
Hari
' )wnat
Tanggal
:
2B obtdtr 20\6
Tim Penguji
Ketua
Anggota
1
Anggota 2
: Suprivono. S.T.. M.T.. Ph.D.
: lr. Masvrukan. M.T.
Ketua Jurusan,
w
I
TriWidodo B.R. S.T.. M.Sc.. Ph.D.
tv
I
LEMBAR SOAL TUGAS
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
َ َح َتى َي ْرح َِع
ِ س ِب ْي ِل ه
َ مَنْ َخ َر َج فِى َط َ ِ ا ْل ِع ْ ِ َك نَ فِى
“Barang siapa yang keluar dalam menuntut ilmu maka ia adalah seperti
berperang di jalan Allah hingga pulang”. (H.R. Tirmidzi)
‘’Barang
siapa
َمن َجد َو َج ًد
bersungguh-sungguh
maka
dia
akan
berhasil‘’
“It ain’t how hard you hit...It’s about how hard you can get hit and keep
moving forward. How much you can take and keep moving forward. That’s
how winning is done!”. (Rocky Balboa, Sylvester Stallone)
“Pemenang bukanlah orang yang tanpa kegagalan, tapi orang yang selalu
berusaha”. (Penulis)
KUPERSEMBAHKAN TUGAS AKHIR INI KEPADA:
Allah SWT
Karena hanya atas izin dan karunia-Nyalah skripsi ini dapat dibuat dan
selesai pada waktunya. Puji syukur yang tak terhingga pada Allah SWT
meridhoi dan mengabulkan segala do’a.
Ayah, Ibu, Kakak
Terimakasih Ayah, Ibu, kakak dan adik yang telah menjadi motivasi dan
inspirasi dan tiada henti memberikan dukungan do'anya.
Dosen Teknik Mesin UMS
Terimakasih untuk dosen-dosen Teknik Mesin UMS, terutama
pembimbingku yang tak pernah lelah dan sabar memberikan bimbingan
dan arahan kepada ku.
Teman-teman seangkatan dan seperjuangan
Terima kasih teman-teman angkatan 2012 Teknik Mesin UMS yang selalu
membantu, berbagi keceriaan dan melewati setiap suka dan duka selama
kuliah, terimakasih banyak.
Dan Almamater yang kubanggakan TEKNIK MESIN UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi
ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM
Sesa Jati Mastika, Muh. Alfatih Hendrawan, Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A Yani Tromol Pos I Pabelan Kartasura
e-mail: sesamastika@gmail.com
ABSTRAKSI
Ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis menuntut manusia
untuk berinovasi dalam penghematan energi. Sebuah kendaraan dengan
efisiensi bahan bakar yang tinggi merupakan salah satu solusi untuk
penghematan energi yang salah satunya dapat diperoleh dengan
mengurangi berat kendaraan. Jenis material yang digunakan akan
mempengaruhi berat dari kendaraan. Baja tahan karat dan aluminium
adalah material yang tidak bisa lepas dalam industri otomotif. Namun
dalam proses manufaktur, pengelasan antara baja tahan karat dan
aluminium sulit dilakukan karena titik leburnya yang jauh berbeda.
Penelitian ini mencoba untuk mengetahui kekuatan sambungan las titik
beda material dengan menggunakan filler maupun tanpa filler. Material
menggunakan baja tahan karat tipe ferit seri 430 tebal 1 mm dan
aluminium seri 6019 tebal 1,2 mm dengan zinc (Zn) sebagai filler tebal 0,2
mm. Proses pengelasan menggunakan mesin las titik merk Dayok model
0K-25. Spesimen dibagi menjadi 2 kelompok yaitu menggunakan filler dan
tanpa filler dengan variasi arus 6000 A, 7000 A, dan 8000 A. Sedangkan
variasi waktu yaitu 0,2 dt; 0,3 dt; dan 0,4 dt. Pengujian dilakukan untuk
menentukan sifat mekanik sambungan las titik yaitu pengujian beban tarikgeser (Tensile Shear Load) dan pengujian kekerasan Vickers
microhardness. Pengujian beban tarik-geser menggunakan standar
pengujian ASME IX. Sedangkan pengujian kekerasan Vickers
microhardness menggunakan standar pengujian AWS D8.9-97. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa penambahan filler metal zinc dengan
variasi arus dan waktu berpengaruh signifikan terhadap kekuatan
sambungan las. Begitu pula pada hasil uji kekerasan spesimen dimana
terjadi peningkatan kekerasan yang signifikan pada daerah sambungan
las dibandingkan dengan logam induk. Untuk hasil pengujian beban tarikgeser yang optimal terjadi pada spesimen menggunakan filler metal zinc
pada variasi arus 8000 A dan waktu 0,4 detik dengan nilai sebesar
1235,165 N. Sedangkan nilai kekerasan tertinggi juga terdapat pada
daerah logam las (nugget) spesimen menggunakan filler dengan arus
8000 A dan waktu 0,4 detik.
Kata Kunci: las titik, logam tak sejenis, sifat mekanik
vii
Abstracts
Availability of fossil fuels dwindling human demands for innovation in
energy savings. A vehicle with high fuel efficiency is one solution to the
energy savings that can be obtained by reducing vehicle weight. The type
of material used will affect the weight of the vehicle. Stainless steel and
aluminum is a material that can not be separated in the automotive
industry. However, in the manufacturing process, the welding between
stainless steel and aluminium is difficult because its melting point are
much different. This study investigates the strength of welded joints
different points using a filler material with or without filler. Material uses
ferrite type stainless steel 1 mm thick 430 series and 6019 series
aluminum 1.2 mm thick zinc with 0.2 mm thick as filler. Welding process
using spot welding machine brands Dayok 0K-25 models. Specimens
were divided into 2 groups: using filler and non filler with current variations
are 6000 A, 7000 A and 8000 A. The time variations are 0.2 s; 0.3 s; and
0.4 s. Tests were conducted to determine the mechanical properties of
welded joints that tensile shear load testing and microhardness Vickers
hardness testing. Tensile shear load testing using standard testing ASME
IX. While the Vickers hardness testing using standard testing
microhardness AWS D8.9-97. Result showed that the addition of zinc filler
metal with a variety of current and time weld significantly influence the
strength of the weld joint. Similarly, the results of hardness test specimen
where there is a significant increase in hardness at weld joint areas
compared with the base metal. For optimum tensile shear load test
occurred on the specimen using a zinc filler metal at 8000 A current
variation and a time of 0.4 seconds with a value of 1235.165 N. The
highest hardness values are also present in the area of the weld metal
(nugget) specimens using a filler with a current of 8000 A and a time of 0.4
seconds.
Keywords: spot welding, dissimilar metal, mechanical properties
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan dan menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM” dengan baik dan tepat pada
waktunya. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1.
Allah SWT, atas segala limpahan rahmatnya sehingga penulis dapat
menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Tri Widodo Besar R, ST.,M.Sc.,Ph.D. selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3.
Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.
4.
Bapak Muh. Alfatih Hendrawan, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing
utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan
bimbingan kepada penulis.
5.
Bapak Supriyono, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing
pendamping Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan
bimbingan kepada penulis.
6.
Bapak Amin Sulistyanto, S.T. selaku dosen Pembimbing Akademik
ix
yang memberikan arahan dan semangat kepada penulis.
7.
Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang telah memberikan pengalaman yang bermanfaat.
8.
Kedua'orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan,
mendo'akan memotivasi serta membiayai semua kebutuhan penulis
sampaisekarang.
9.
Sahabat dalam penelitian maupun penulisan Rika lsnanto, Makhruf
B.D, M. Kholik F.N, Dessy
10.
A.K.
i
Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2012 dan semua
pihak yang telah membantu dalam penelitian penulisan Laporan
Tugas Akhir ini baik moril maupun materiil.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak dan juga bisa
menjadi referensi untuk laporanJaporan yang akan dilakukan di kemudian
hari.
Akhirnya apabila ada kritik dan saran yang sifatnya membangun
akan penulis terima dengan senang hati demi sempurnanya laporan ini.
Wassalamu'alaikum Wr.\A/b
Surakarta, 2t Oktober 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL.................................................................................... v
MOTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................. vi
ABSTRAK ............................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ............................................................................ ix
DAFTAR ISI ......................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xiv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xvi
DAFTAR SIMBOL ................................................................................ xvii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ............................................................... 1
1.2
Tujuan Penulisan ............................................................ 3
1.3
Manfaat Penelitian .......................................................... 4
1.4
Batasan Masalah ............................................................ 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian pustaka .................................................................... 6
2.2 Dasar teori .......................................................................... 13
2.2.1 Las titik (Resistance Spot Welding) ....................... 13
xi
2.2.2 Baja tahan karat (Stainless Steel) .......................... 18
2.2.3 Aluminium ............................................................. 23
2.2.4 Seng (Zinc) ........................................................... 28
2.2.5 Pengujian Tegangan Geser .................................. 29
2.2.5 Pengujian Kekerasan ............................................ 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan penelitian ..................................................... 36
3.2 Bahan Penelitian ............................................................. 38
3.3 Alat Penelitian ................................................................. 39
3.4 Sampel............................................................................ 48
3.5 Lokasi Penelitian ............................................................. 49
3.6 Prosedur Penelitian ........................................................ 49
3.7 Rancangan Analisis Data................................................ 55
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Beban Tarik-Geser......................................... 56
4.2 Pengujian Kekerasan ...................................................... 67
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................... 80
5.2 Saran ................................................................................ 81
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 82
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hubungan antara arus pengelasan terhadap kekuatan
tarik dan geser (Arghavani, M. dkk, 2016) ........................... 6
Gambar 2.2 Hubungan antara ketebalan 4047 AlSi12 sebagai filler
terhadap kekuatan tarik dan geser (Zhang, W. dkk, 2013) .. 8
Gambar 2.3 Pengaruh energi pengelasan pada beban maksimal
pengujian tarik-geser dan tipe kegagalan sambungan
las USW material (a) aluminium 6061-T6 dengan
baja tahan karat AISI 304 dan (b) Al 6061-T6 dengan
baja ASTM A36. Jenis kegagalan sambungan dan
lokasi kegagalan ditunjukkan dengan panah kuning
(Mirza, F. dkk, 2016) ............................................................ 9
Gambar 2.4 Perbandingan nilai distribusi kekerasan antara (a) dengan
interlayer dan (b) tanpa interlayer (Sun, M. 2016)................ 11
Gambar 2.5 Nilai kekerasan sambungan beda material
(Charde, N. 2013 .................................................................. 12
Gambar 2.6 Skema hambatan listrik pada proses las titik antara material
baja dan aluminium (EAA - European Aluminium
Association, 1994)................................................................ 16
Gambar 2.7 Welding process and welding time (ISF, Welding and joining
institute, 2005) ..................................................................... 17
Gambar 2.8 Diagram Scaeffler (Wiryosumarto, H. dkk, 2000) ................. 20
Gambar 2.9 Jenis-jenis tegangan ............................................................ 29
xiii
Gambar 2.10 Contoh gaya geser ............................................................. 30
Gambar 2.11 Ukuran spesimen (Annual book of ASME IX standart )...... 31
Gambar 2.12 Macam indentor uji kekerasan (Kalkapkjian,S. dkk, 2009) . 32
Gambar 2.13 (a) Indentasi Vickers (b) pengukuran diagonal cetakan.
(The Welding Institute, 2016) ............................................ 34
Gambar 2.14 Standar pengujian kekerasan (AWS D8.9-97) ................... 36
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................... 37
Gambar 3.2 Pelat baja tahan karat tipe ferit seri 430 ............................... 38
Gambar 3.3 Pelat aluminium dengan tebal 1,2 mm ................................. 39
Gambar 3.4 Lembaran seng (Zn)............................................................. 39
Gambar 3.4 Mesin las titik (Lab. Teknik Mesin UMS, 2016) .................... 41
Gambar 3.5 Mesin Pengujian Geser
(Laboratorium BLKI Surakarta, 2016) ................................... 42
Gambar 3.6 Alat uji kekerasan Vickers microhardness
(Lab. Material Teknik Mesin UNS, 2016) .............................. 43
Gambar 3.7 Mistar dan spidol permanen ................................................. 43
Gambar 3.8 Mesin potong (Lab. Teknik Mesin UMS, 2016) .................... 44
Gambar 3.9 Amplas ................................................................................. 44
Gambar 3.10 Sarung tangan ................................................................... 45
Gambar 3.11 Tang dan gergaji besi ......................................................... 45
Gambar 3.12 Stopwatch .......................................................................... 45
Gambar 3.13 Jangka sorong ................................................................... 46
Gambar 3.14 Kikir .................................................................................... 46
xiv
Gambar 3.15 Ragum ............................................................................... 46
Gambar 3.16 Cetakan kaca ..................................................................... 47
Gambar 3.17 Resin dan katalis ................................................................ 47
Gambar 3.18 Autosol dan kain bludru...................................................... 48
Gambar 3.19 Spesimen pengujian beban tarik-geser .............................. 48
Gambar 3.20 Hasil mounting untuk pengujian kekerasan ........................ 49
Gambar 3.21 Ukuran Spesimen Standar ASME IX.................................. 51
Gambar 3.22 Skema Pengelasan ............................................................ 52
Gambar 4.1 Pengaruh arus listrik terhadap beban tarik-geser sambungan
las ....................................................................................... 57
Gambar 4.2 Pengaruh waktu pengelasan terhadap beban tarik-geser
sambungan las ................................................................... 59
Gambar 4.3 Pengaruh penambahan filler metal terhadap lebar logam las
(nugget)................................................................................ 62
Gambar 4.4 Foto makro spesimen dengan parameter 8000 A dan
waktu 0,4 detik. (A) Tanpa Filler (B) Menggunakan Filler .... 63
Gambar 4.5 Interfacial failure (a) dan pull out failure (b)
(Pouranvari, M. 2010) ........................................................... 65
Gambar 4.6 Pola kegagalan uji geser sambungan tanpa filler (A),
menggunakan filler dan filler menempel pada baja tahan
karat (B), menggunakan filler dan filler menempel
pada aluminium (C) .............................................................. 65
Gambar 4.7 Arah pembebanan dan mekanisme kegagalan
xv
(Sreenivasulu, R. 2014) ....................................................... 65
Gambar 4.8 Distribusi profil kekerasan pada arus 6000 A
tanpa filler Zn ....................................................................... 68
Gambar 4.9 Distribusi profil kekerasan pada arus 6000 A
dengan filler Zn .................................................................... 68
Gambar 4.10 Distribusi profil kekerasan pada arus 7000 A
tanpa filler Zn ...................................................................... 69
Gambar 4.11 Distribusi profil kekerasan pada arus 7000 A
dengan filler Zn .................................................................. 69
Gambar 4.12 Distribusi profil kekerasan pada arus 8000 A
tanpa filler Zn ..................................................................... 70
Gambar 4.13 Distribusi profil kekerasan pada arus 8000 A
dengan filler Zn .................................................................. 70
Gambar 4.14 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,2 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 71
Gambar 4.15 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,2 detik dengan
filler Zn ............................................................................... 71
Gambar 4.16 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,3 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 72
Gambar 4.17 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,3 detik dengan
filler Zn .............................................................................. 72
Gambar 4.18 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,4 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 73
xvi
Gambar 4.19 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,4 detik dengan
filler Zn ............................................................................... 73
Gambar 4.20 Perbandingan foto mikro pada daerah logam las. (A) tanpa
filler, (B) dengan filler ......................................................... 76
Gambar 4.21 Diagram Schaffler .............................................................. 77
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Pengujian Beban Tarik-Geser ......................................... 51
Tabel 3.2 Data Pengujian Kekerasan Vickers Microhardness ................. 52
Tabel 4.1 Output SPSS hasil pengujian statik Beban Tarik-Geser .......... 60
Tabel 4.2 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 6000 A ................ 74
Tabel 4.3 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 7000 A ................ 74
Tabel 4.4 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 8000 A ................ 75
xviii
DAFTAR SIMBOL
H atau Q
= Heat input (masukan panas)
(Joule)
I
= Arus
(Ampere)
R
= Tahanan material
(Ω/ ohm)
t
= Waktu
(detik)
P
= Daya
(watt)
V
= Tegangan listrik
(volt)
Ss
= tegangan geser
(Pa,Mpa)
P
= gaya geser eksternal
(N)
A
= luasan yang dikenai gaya geser
(mm², m²)
HV
= Nilai kekerasan Vickers
(HV)
P
= Gaya penekanan
(gf)
d
= Panjang lekukan rata-rata
(µm)
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Hasil Uji Komposisi Kimia
Lampiran 2. Standar ASME IX
Lampiran 3. Standar AWS D8.9-97
Lampiran 4. Hasil uji beban tarik-geser
Lampiran 5. Output Pengujian Statistik
Lampiran 6. Hasil uji kekerasan
xx
ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi
Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
SESA JATI MASTIKA
NIM : D 200 120 099
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatrakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan
judul"ANALIgA PEiIGARUIf FILLER METAL ANC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA II,IATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN Alumffiluttt' ,yang dibuat sebagai salah
satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana pada Juruian Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan atau duplikasi dari penelitian atau skripsi yang sudah
dipublikasikan dan atau digunakan untuk mendapatkan gelar sarjana di
lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atiau instransi manapun,
kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, 26 September 2416
Yang menyatakan,
HALATI'IAN PE RS ETUJ UAN
Tugas Akhir yang berjudul"ANALlsA PENGARUH FILLER METAL
ZINC TERHADAP SIFAT i,IEKANIK SAMBUNGAN BEDA TATERIAL
PADA LAS TITIK ANTARA BAJA TAHAN KARAT DAN ALUi'IINIUilI"
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
i
Dipersiapkan
Hari
oleh
'
:
Se0i0
Tangsat
:26
Nama
: SESA JATI MASTIKA
NIM
: D 200 {20 099
S/onber
Telah disetujuidan disahkan pada
2C16
:
Mengetahui,
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping,
\M
,
Supriyono. S.T.. M.T.. Ph.D.
lll
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir yang berjudul "ANALISA PENGARUH FILLER
METAL ZINC TERHADAP SIFAT iiEKANIK SAilIBUNGAN BEDA
MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA BAJA TAHAN KARAT DAN
ALUltllNlUM' Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program
Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
M
uhammadiyah Surakarta.
Disusun
oleh
'
,
: SESA JATI IUASTIKA
: D 200 .l20 099
Nim
Disahkan pada
Hari
' )wnat
Tanggal
:
2B obtdtr 20\6
Tim Penguji
Ketua
Anggota
1
Anggota 2
: Suprivono. S.T.. M.T.. Ph.D.
: lr. Masvrukan. M.T.
Ketua Jurusan,
w
I
TriWidodo B.R. S.T.. M.Sc.. Ph.D.
tv
I
LEMBAR SOAL TUGAS
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
َ َح َتى َي ْرح َِع
ِ س ِب ْي ِل ه
َ مَنْ َخ َر َج فِى َط َ ِ ا ْل ِع ْ ِ َك نَ فِى
“Barang siapa yang keluar dalam menuntut ilmu maka ia adalah seperti
berperang di jalan Allah hingga pulang”. (H.R. Tirmidzi)
‘’Barang
siapa
َمن َجد َو َج ًد
bersungguh-sungguh
maka
dia
akan
berhasil‘’
“It ain’t how hard you hit...It’s about how hard you can get hit and keep
moving forward. How much you can take and keep moving forward. That’s
how winning is done!”. (Rocky Balboa, Sylvester Stallone)
“Pemenang bukanlah orang yang tanpa kegagalan, tapi orang yang selalu
berusaha”. (Penulis)
KUPERSEMBAHKAN TUGAS AKHIR INI KEPADA:
Allah SWT
Karena hanya atas izin dan karunia-Nyalah skripsi ini dapat dibuat dan
selesai pada waktunya. Puji syukur yang tak terhingga pada Allah SWT
meridhoi dan mengabulkan segala do’a.
Ayah, Ibu, Kakak
Terimakasih Ayah, Ibu, kakak dan adik yang telah menjadi motivasi dan
inspirasi dan tiada henti memberikan dukungan do'anya.
Dosen Teknik Mesin UMS
Terimakasih untuk dosen-dosen Teknik Mesin UMS, terutama
pembimbingku yang tak pernah lelah dan sabar memberikan bimbingan
dan arahan kepada ku.
Teman-teman seangkatan dan seperjuangan
Terima kasih teman-teman angkatan 2012 Teknik Mesin UMS yang selalu
membantu, berbagi keceriaan dan melewati setiap suka dan duka selama
kuliah, terimakasih banyak.
Dan Almamater yang kubanggakan TEKNIK MESIN UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi
ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM
Sesa Jati Mastika, Muh. Alfatih Hendrawan, Supriyono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A Yani Tromol Pos I Pabelan Kartasura
e-mail: sesamastika@gmail.com
ABSTRAKSI
Ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis menuntut manusia
untuk berinovasi dalam penghematan energi. Sebuah kendaraan dengan
efisiensi bahan bakar yang tinggi merupakan salah satu solusi untuk
penghematan energi yang salah satunya dapat diperoleh dengan
mengurangi berat kendaraan. Jenis material yang digunakan akan
mempengaruhi berat dari kendaraan. Baja tahan karat dan aluminium
adalah material yang tidak bisa lepas dalam industri otomotif. Namun
dalam proses manufaktur, pengelasan antara baja tahan karat dan
aluminium sulit dilakukan karena titik leburnya yang jauh berbeda.
Penelitian ini mencoba untuk mengetahui kekuatan sambungan las titik
beda material dengan menggunakan filler maupun tanpa filler. Material
menggunakan baja tahan karat tipe ferit seri 430 tebal 1 mm dan
aluminium seri 6019 tebal 1,2 mm dengan zinc (Zn) sebagai filler tebal 0,2
mm. Proses pengelasan menggunakan mesin las titik merk Dayok model
0K-25. Spesimen dibagi menjadi 2 kelompok yaitu menggunakan filler dan
tanpa filler dengan variasi arus 6000 A, 7000 A, dan 8000 A. Sedangkan
variasi waktu yaitu 0,2 dt; 0,3 dt; dan 0,4 dt. Pengujian dilakukan untuk
menentukan sifat mekanik sambungan las titik yaitu pengujian beban tarikgeser (Tensile Shear Load) dan pengujian kekerasan Vickers
microhardness. Pengujian beban tarik-geser menggunakan standar
pengujian ASME IX. Sedangkan pengujian kekerasan Vickers
microhardness menggunakan standar pengujian AWS D8.9-97. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa penambahan filler metal zinc dengan
variasi arus dan waktu berpengaruh signifikan terhadap kekuatan
sambungan las. Begitu pula pada hasil uji kekerasan spesimen dimana
terjadi peningkatan kekerasan yang signifikan pada daerah sambungan
las dibandingkan dengan logam induk. Untuk hasil pengujian beban tarikgeser yang optimal terjadi pada spesimen menggunakan filler metal zinc
pada variasi arus 8000 A dan waktu 0,4 detik dengan nilai sebesar
1235,165 N. Sedangkan nilai kekerasan tertinggi juga terdapat pada
daerah logam las (nugget) spesimen menggunakan filler dengan arus
8000 A dan waktu 0,4 detik.
Kata Kunci: las titik, logam tak sejenis, sifat mekanik
vii
Abstracts
Availability of fossil fuels dwindling human demands for innovation in
energy savings. A vehicle with high fuel efficiency is one solution to the
energy savings that can be obtained by reducing vehicle weight. The type
of material used will affect the weight of the vehicle. Stainless steel and
aluminum is a material that can not be separated in the automotive
industry. However, in the manufacturing process, the welding between
stainless steel and aluminium is difficult because its melting point are
much different. This study investigates the strength of welded joints
different points using a filler material with or without filler. Material uses
ferrite type stainless steel 1 mm thick 430 series and 6019 series
aluminum 1.2 mm thick zinc with 0.2 mm thick as filler. Welding process
using spot welding machine brands Dayok 0K-25 models. Specimens
were divided into 2 groups: using filler and non filler with current variations
are 6000 A, 7000 A and 8000 A. The time variations are 0.2 s; 0.3 s; and
0.4 s. Tests were conducted to determine the mechanical properties of
welded joints that tensile shear load testing and microhardness Vickers
hardness testing. Tensile shear load testing using standard testing ASME
IX. While the Vickers hardness testing using standard testing
microhardness AWS D8.9-97. Result showed that the addition of zinc filler
metal with a variety of current and time weld significantly influence the
strength of the weld joint. Similarly, the results of hardness test specimen
where there is a significant increase in hardness at weld joint areas
compared with the base metal. For optimum tensile shear load test
occurred on the specimen using a zinc filler metal at 8000 A current
variation and a time of 0.4 seconds with a value of 1235.165 N. The
highest hardness values are also present in the area of the weld metal
(nugget) specimens using a filler with a current of 8000 A and a time of 0.4
seconds.
Keywords: spot welding, dissimilar metal, mechanical properties
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang
telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan dan menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“ANALISA PENGARUH FILLER METAL ZINC TERHADAP SIFAT
MEKANIK SAMBUNGAN BEDA MATERIAL PADA LAS TITIK ANTARA
BAJA TAHAN KARAT DAN ALUMINIUM” dengan baik dan tepat pada
waktunya. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1.
Allah SWT, atas segala limpahan rahmatnya sehingga penulis dapat
menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Tri Widodo Besar R, ST.,M.Sc.,Ph.D. selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3.
Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.
4.
Bapak Muh. Alfatih Hendrawan, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing
utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan
bimbingan kepada penulis.
5.
Bapak Supriyono, S.T., M.T., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing
pendamping Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan
bimbingan kepada penulis.
6.
Bapak Amin Sulistyanto, S.T. selaku dosen Pembimbing Akademik
ix
yang memberikan arahan dan semangat kepada penulis.
7.
Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang telah memberikan pengalaman yang bermanfaat.
8.
Kedua'orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan,
mendo'akan memotivasi serta membiayai semua kebutuhan penulis
sampaisekarang.
9.
Sahabat dalam penelitian maupun penulisan Rika lsnanto, Makhruf
B.D, M. Kholik F.N, Dessy
10.
A.K.
i
Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2012 dan semua
pihak yang telah membantu dalam penelitian penulisan Laporan
Tugas Akhir ini baik moril maupun materiil.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak dan juga bisa
menjadi referensi untuk laporanJaporan yang akan dilakukan di kemudian
hari.
Akhirnya apabila ada kritik dan saran yang sifatnya membangun
akan penulis terima dengan senang hati demi sempurnanya laporan ini.
Wassalamu'alaikum Wr.\A/b
Surakarta, 2t Oktober 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL.................................................................................... v
MOTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................. vi
ABSTRAK ............................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ............................................................................ ix
DAFTAR ISI ......................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xiv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xvi
DAFTAR SIMBOL ................................................................................ xvii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ............................................................... 1
1.2
Tujuan Penulisan ............................................................ 3
1.3
Manfaat Penelitian .......................................................... 4
1.4
Batasan Masalah ............................................................ 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian pustaka .................................................................... 6
2.2 Dasar teori .......................................................................... 13
2.2.1 Las titik (Resistance Spot Welding) ....................... 13
xi
2.2.2 Baja tahan karat (Stainless Steel) .......................... 18
2.2.3 Aluminium ............................................................. 23
2.2.4 Seng (Zinc) ........................................................... 28
2.2.5 Pengujian Tegangan Geser .................................. 29
2.2.5 Pengujian Kekerasan ............................................ 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan penelitian ..................................................... 36
3.2 Bahan Penelitian ............................................................. 38
3.3 Alat Penelitian ................................................................. 39
3.4 Sampel............................................................................ 48
3.5 Lokasi Penelitian ............................................................. 49
3.6 Prosedur Penelitian ........................................................ 49
3.7 Rancangan Analisis Data................................................ 55
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Beban Tarik-Geser......................................... 56
4.2 Pengujian Kekerasan ...................................................... 67
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................... 80
5.2 Saran ................................................................................ 81
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 82
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hubungan antara arus pengelasan terhadap kekuatan
tarik dan geser (Arghavani, M. dkk, 2016) ........................... 6
Gambar 2.2 Hubungan antara ketebalan 4047 AlSi12 sebagai filler
terhadap kekuatan tarik dan geser (Zhang, W. dkk, 2013) .. 8
Gambar 2.3 Pengaruh energi pengelasan pada beban maksimal
pengujian tarik-geser dan tipe kegagalan sambungan
las USW material (a) aluminium 6061-T6 dengan
baja tahan karat AISI 304 dan (b) Al 6061-T6 dengan
baja ASTM A36. Jenis kegagalan sambungan dan
lokasi kegagalan ditunjukkan dengan panah kuning
(Mirza, F. dkk, 2016) ............................................................ 9
Gambar 2.4 Perbandingan nilai distribusi kekerasan antara (a) dengan
interlayer dan (b) tanpa interlayer (Sun, M. 2016)................ 11
Gambar 2.5 Nilai kekerasan sambungan beda material
(Charde, N. 2013 .................................................................. 12
Gambar 2.6 Skema hambatan listrik pada proses las titik antara material
baja dan aluminium (EAA - European Aluminium
Association, 1994)................................................................ 16
Gambar 2.7 Welding process and welding time (ISF, Welding and joining
institute, 2005) ..................................................................... 17
Gambar 2.8 Diagram Scaeffler (Wiryosumarto, H. dkk, 2000) ................. 20
Gambar 2.9 Jenis-jenis tegangan ............................................................ 29
xiii
Gambar 2.10 Contoh gaya geser ............................................................. 30
Gambar 2.11 Ukuran spesimen (Annual book of ASME IX standart )...... 31
Gambar 2.12 Macam indentor uji kekerasan (Kalkapkjian,S. dkk, 2009) . 32
Gambar 2.13 (a) Indentasi Vickers (b) pengukuran diagonal cetakan.
(The Welding Institute, 2016) ............................................ 34
Gambar 2.14 Standar pengujian kekerasan (AWS D8.9-97) ................... 36
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................... 37
Gambar 3.2 Pelat baja tahan karat tipe ferit seri 430 ............................... 38
Gambar 3.3 Pelat aluminium dengan tebal 1,2 mm ................................. 39
Gambar 3.4 Lembaran seng (Zn)............................................................. 39
Gambar 3.4 Mesin las titik (Lab. Teknik Mesin UMS, 2016) .................... 41
Gambar 3.5 Mesin Pengujian Geser
(Laboratorium BLKI Surakarta, 2016) ................................... 42
Gambar 3.6 Alat uji kekerasan Vickers microhardness
(Lab. Material Teknik Mesin UNS, 2016) .............................. 43
Gambar 3.7 Mistar dan spidol permanen ................................................. 43
Gambar 3.8 Mesin potong (Lab. Teknik Mesin UMS, 2016) .................... 44
Gambar 3.9 Amplas ................................................................................. 44
Gambar 3.10 Sarung tangan ................................................................... 45
Gambar 3.11 Tang dan gergaji besi ......................................................... 45
Gambar 3.12 Stopwatch .......................................................................... 45
Gambar 3.13 Jangka sorong ................................................................... 46
Gambar 3.14 Kikir .................................................................................... 46
xiv
Gambar 3.15 Ragum ............................................................................... 46
Gambar 3.16 Cetakan kaca ..................................................................... 47
Gambar 3.17 Resin dan katalis ................................................................ 47
Gambar 3.18 Autosol dan kain bludru...................................................... 48
Gambar 3.19 Spesimen pengujian beban tarik-geser .............................. 48
Gambar 3.20 Hasil mounting untuk pengujian kekerasan ........................ 49
Gambar 3.21 Ukuran Spesimen Standar ASME IX.................................. 51
Gambar 3.22 Skema Pengelasan ............................................................ 52
Gambar 4.1 Pengaruh arus listrik terhadap beban tarik-geser sambungan
las ....................................................................................... 57
Gambar 4.2 Pengaruh waktu pengelasan terhadap beban tarik-geser
sambungan las ................................................................... 59
Gambar 4.3 Pengaruh penambahan filler metal terhadap lebar logam las
(nugget)................................................................................ 62
Gambar 4.4 Foto makro spesimen dengan parameter 8000 A dan
waktu 0,4 detik. (A) Tanpa Filler (B) Menggunakan Filler .... 63
Gambar 4.5 Interfacial failure (a) dan pull out failure (b)
(Pouranvari, M. 2010) ........................................................... 65
Gambar 4.6 Pola kegagalan uji geser sambungan tanpa filler (A),
menggunakan filler dan filler menempel pada baja tahan
karat (B), menggunakan filler dan filler menempel
pada aluminium (C) .............................................................. 65
Gambar 4.7 Arah pembebanan dan mekanisme kegagalan
xv
(Sreenivasulu, R. 2014) ....................................................... 65
Gambar 4.8 Distribusi profil kekerasan pada arus 6000 A
tanpa filler Zn ....................................................................... 68
Gambar 4.9 Distribusi profil kekerasan pada arus 6000 A
dengan filler Zn .................................................................... 68
Gambar 4.10 Distribusi profil kekerasan pada arus 7000 A
tanpa filler Zn ...................................................................... 69
Gambar 4.11 Distribusi profil kekerasan pada arus 7000 A
dengan filler Zn .................................................................. 69
Gambar 4.12 Distribusi profil kekerasan pada arus 8000 A
tanpa filler Zn ..................................................................... 70
Gambar 4.13 Distribusi profil kekerasan pada arus 8000 A
dengan filler Zn .................................................................. 70
Gambar 4.14 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,2 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 71
Gambar 4.15 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,2 detik dengan
filler Zn ............................................................................... 71
Gambar 4.16 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,3 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 72
Gambar 4.17 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,3 detik dengan
filler Zn .............................................................................. 72
Gambar 4.18 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,4 detik tanpa
filler Zn ............................................................................... 73
xvi
Gambar 4.19 Distribusi profil kekerasan pada weld time 0,4 detik dengan
filler Zn ............................................................................... 73
Gambar 4.20 Perbandingan foto mikro pada daerah logam las. (A) tanpa
filler, (B) dengan filler ......................................................... 76
Gambar 4.21 Diagram Schaffler .............................................................. 77
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Pengujian Beban Tarik-Geser ......................................... 51
Tabel 3.2 Data Pengujian Kekerasan Vickers Microhardness ................. 52
Tabel 4.1 Output SPSS hasil pengujian statik Beban Tarik-Geser .......... 60
Tabel 4.2 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 6000 A ................ 74
Tabel 4.3 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 7000 A ................ 74
Tabel 4.4 Nilai kekerasan daerah las pada parameter 8000 A ................ 75
xviii
DAFTAR SIMBOL
H atau Q
= Heat input (masukan panas)
(Joule)
I
= Arus
(Ampere)
R
= Tahanan material
(Ω/ ohm)
t
= Waktu
(detik)
P
= Daya
(watt)
V
= Tegangan listrik
(volt)
Ss
= tegangan geser
(Pa,Mpa)
P
= gaya geser eksternal
(N)
A
= luasan yang dikenai gaya geser
(mm², m²)
HV
= Nilai kekerasan Vickers
(HV)
P
= Gaya penekanan
(gf)
d
= Panjang lekukan rata-rata
(µm)
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Hasil Uji Komposisi Kimia
Lampiran 2. Standar ASME IX
Lampiran 3. Standar AWS D8.9-97
Lampiran 4. Hasil uji beban tarik-geser
Lampiran 5. Output Pengujian Statistik
Lampiran 6. Hasil uji kekerasan
xx