Pengaruh Profil Pin dan Jarak Preheating Terhadap Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Sambungan Material AA5052-H32 FSW.
PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE ATING T E R HA DA P
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
J UDUL
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
untuk Memperoleh Gelar
Sarjana T eknik
Oleh :
HA NDI DW I C A HY ONO
NIM. I1410015
J UR USA N T E K NIK ME SIN F A K UL T A S T E K NIK
UNIV E R SIT A S SE BE L A S MA R E T
SUR A K A R T A
2016
L E MBA R PE NGE SA HA N
PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE ATING T E R HA DA P
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
Disusun oleh
Handi Dwi C ahyono
NIM. I 1410015
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Triyono, ST ., MT.
NIP.197101031997021001
Dr. Nurul Muhayata, S.T ., M.T.
NIP. 197406251999031002
Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada tanggal 19-04-2016,
pukul 14.00, bertempat di M.101, Gd.1 F T -UNS.
1. Heru Sukanto, ST., MT.
NIP. 197207311997021001
__________________
2. Indri Y aningsih, S.T ., M.T .
NIP. 198607042012122004
__________________
3. Prof. Dr. K uncoro Diharjo, S.T., M.T.
NIP. 197101031997021001
__________________
K epala Program Studi T eknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta
K oordinator Tugas A khir
Dr. E ng. Syamsul Hadi, ST ., MT .
NIP. 197106151998021002
Dr. Nurul Muhayata, S.T ., M.T
NIP. 197406251999031002
MOT T O & PE R SE MBA HA N
Motto
Berani mengambil resiko merupakan awal dari kesuksesan
Setiap manusia mempunyai jati diri tetapi tidak setiap manusia bisa
menjadi dirinya sendiri
Hidup akan lebih bermakna ketika kita bisa mengasihi sesama kita
Persembahan
Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada :
Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan kasih sayang, nasehat serta
dorongan di dalam kehidupanku
Saudara -saudaraku yang aku sayangi
T eman-teman A T MI yang telah memberikan bantuan dan dukungannya,
kebersamaan kita selama kita menuntut ilmu di UNS akan menjadi
kenangan yang tidak akan terlupakan
A lmamaterku
PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE ATING T E R HA DA P
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
A BST R A K
Handi Dwi C ahyono
J urusan T eknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
J l. Ir. Sutami 36 A Solo 57126
Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655
Email: handidc@gmail.com
A bstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh profil pin dan jarak
preheat pada proses friction stir welding (FSW) terhadap sifat mekanik dan
struktur mikro sambungan las pelat aluminium sheet 5052. Pengelasan dilakukan
pada mesin milling dan material welding tool dari jenis Bohler K 100 dengan
kekerasan 59HRc. Parameter yang digunakan yaitu: kecepatan putar tool 1125
rpm, kecepatan pengelasan 60 mm/menit, kedalaman pembenaman tool 3,90 mm
dengan variasi profil pin silindris, dua sisi datar dan tiga sisi datar, serta variasi
jarak preheat 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm.. Pengujian yang dilakukan
adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan dan pengamatan secara makro dan mikro.
Hasil penelitian menunjukan kekuatan tarik tertinggi pada profil pin tiga sisi datar
dan jarak preheat 60 mm yaitu 213,360 Mpa, kekuatan tekuk tertinggi untuk uji
face bending pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 425,309
Mpa, sedangkan kekuatan tekuk tertinggi untuk uji root bending pada profil pin
tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 426,191 Mpa.
K ata kunci: FSW, profil pin, preheating.
T HE E F F E CT OF PIN PROF IL E AND PRE HE ATING DISTANCE ON THE
ME CHANICAL PROPE RT IE S AND MICROSTUCTURE OF 5052-H32
AL UMINIUM AL L OY J OIN ON F RICT ION ST IR WE L DING
Handi Dwi C ahyono
Mechanical Engineering Department
F aculty of Engineering, Sebelas Maret University
J l. Ir. Sutami 36 A Solo 57126
Hp: 081327903449
Email: handidc@gmail.com
A bstract
The aim of this research is to study the effect of welding pin profile and
preheating distance in friction stir welding (F SW) process on the mechanical
properties and micro structural of aluminium sheet 5052 welded joint using depth
of plunge 3,90 mm. F SW process uses milling machine and the welding tool
material is Bohler K100 with hardness 59HRc. Parameter machine are used
rotation of welding tool 1125 rpm, welding rate 60mm/minute with welding pin
profile variation cylindrical, two flat side and three flat side and also preheating
distance from 60 mm, 70 mm, 80 mm adn 90 mm. The testing done are tensile test,
bending test, hardness test, macro and micro structural examination. The results
showed that the highest tensile strength is 213,360 MPa on pin profil three flat
side and preheating distance 60 mm. The highest buckling strength for face
bending methode is 425,309 Mpa on pin profil three flat side and preheating
distance 60 mm , while the highest buckling strength for root bending is 426,191
Mpa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm.
Keywords: F SW, profil pin, preheating
K A T A PE NGA NT A R
Puji syukur kepada Tuhan Y ang Maha Esa, karena atas rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul,
“PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE AT ING T E R HA DA P
SIF A T
ME K A NIK
DA N
ST R UK T UR
MIK R O
SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICT ION STIR WE L DING”.
Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat guna
memperoleh gelar sarjana teknik di J urusan T eknik Mesin Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah membantu hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini,
antara lain kepada :
1. T uhan Y ang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T . dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT.
selaku pembimbing skripsi, atas bimbingan dan arahannya dalam
pembuatan skripsi ini.
3. Bapak-bapak dosen yang telah berkenan menyampaikan ilmunya selama
penulis menempuh perkuliahan.
4. K eluarga tercinta yang telah memberikan perhatian dan sumbangan besar
baik moril maupun materil.
5. T eman-teman tim FSW atas kerjasamanya selama penelitian.
6.
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala
bantuannya dalam penulisan skripsi ini.
Surakarta, A pril 2016
Penulis
DA F T A R ISI
DA F T A R ISI
J UDUL ..................................................................................................................... i
L EMBA R PENGESA HA N .................................................................................... ii
MOTTO & PERSEMBA HA N............................................................................... iii
A BSTRA K ............................................................................................................. iv
K A TA PENGA NTA R ........................................................................................... vi
DA FT A R ISI ......................................................................................................... vii
DA FT A R GA MBA R .............................................................................................. x
DA FT A R TA BEL ................................................................................................ xiii
DA FT A R L A MPIRA N ......................................................................................... xv
BA B I ...................................................................................................................... 1
1.1
L atar Belakang Masalah........................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah.................................................................................. 3
1.3
Batasan Masalah....................................................................................... 3
1.4
T ujuan....................................................................................................... 3
1.5
Manfaat..................................................................................................... 4
1.6
Sistematika Penulisan............................................................................... 4
BA B II ..................................................................................................................... 5
L A NDA SA N T EORI .............................................................................................. 5
2.1
T injauan Pustaka ...................................................................................... 5
2.2
Prinsip K erja F riction Stir Welding (FSW) .............................................. 7
2.3
Parameter F riction Stir Welding............................................................... 9
2.3.1
Tool ................................................................................................... 9
2.3.2
K ecepatan Putar Tool ...................................................................... 11
2.3.3
K ecepatan Pengelasan..................................................................... 11
2.3.4
Depth Plunge................................................................................... 12
2.3.5
Preheating ....................................................................................... 12
2.4
Baja Bohler K 100 ................................................................................... 13
2.5
A luminium Paduan................................................................................. 13
2.5.1
K lasifikasi A luminium Paduan ....................................................... 13
2.5.2
A luminium Paduan 5052 ................................................................ 15
2.6
Pengujian Spesimen ............................................................................... 16
2.6.1
Pengujian Tarik ............................................................................... 16
2.6.2
Pengujian Tekuk.............................................................................. 18
2.6.3
Pengujian K ekerasan....................................................................... 18
2.6.4
Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro..................................... 19
BA B III ................................................................................................................. 21
METODOLOGI PE NEL IT IA N ............................................................................ 21
3.1
Diagram A lir Penelitian.......................................................................... 21
3.2
Bahan Penelitian..................................................................................... 22
3.3
Peralatan Penelitian ................................................................................ 24
3.3.1
Peralatan untuk pembuatan spesimen dan proses pengelasan......... 24
3.3.2
Peralatan untuk pengujian spesimen ............................................... 29
3.4
Pelaksanaan Pengelasan ......................................................................... 31
3.4.1
Parameter Pengelasan...................................................................... 31
3.4.2
Proses pengelasan............................................................................ 32
3.5
Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan ................................................... 37
3.5.1
Uji K ekerasan (Hardness test) ........................................................ 38
3.5.2
Uji Tekuk ........................................................................................ 39
3.5.3
Uji Tarik .......................................................................................... 40
3.5.4
Pengamatan Struktur Mikro dan Makro.......................................... 40
BA B IV ................................................................................................................. 42
DA TA DA N A NA L ISA ....................................................................................... 42
4.1
Data Pengelasan ..................................................................................... 42
4.1.1
Data Base Material ......................................................................... 42
4.1.2 Data Percobaan pengelasan dengan V ariasi profil pin tanpa
pemanasan awal ............................................................................................ 43
4.1.3
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin silindris
47
4.1.4
datar
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 2 sisi
50
4.1.5
datar
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 3 sisi
53
4.2
A nalisa.................................................................................................... 56
4.2.1
A nalisa Foto Makro ........................................................................ 56
4.2.2
A nalisa Struktur Mikro ................................................................... 58
4.2.3
A nalisa K ekuatan Tarik................................................................... 63
4.2.4
A nalisa K ekuatan Tekuk ................................................................. 66
4.2.5
A nalisa K ekerasan........................................................................... 71
BA B V ................................................................................................................... 74
PENUTUP............................................................................................................. 74
5.1
K esimpulan............................................................................................. 74
5.2
Saran....................................................................................................... 74
DA FT A R PUSTA K A ........................................................................................... 75
L A MPIRA N .......................................................................................................... 77
DA F T A R GA MBA R
Gambar 2. 1 Foto makro hasil pengelasan FSW (Mishra dan Ma, 2005) ............... 7
Gambar 2. 2 Prinsip kerja FSW (TWI) ................................................................... 8
Gambar 2. 3 Pencekaman benda kerja .................................................................... 8
Gambar 2. 4 V ariasi sambungan las FSW (Mishra dan Ma, 2005) ........................ 9
Gambar 2. 5 Beberapa profil permukaan shoulder (Mishra dan Ma, 2005) ......... 10
Gambar 2. 6 Beberapa penampang profil pin (Fujii dkk, 2006) ........................... 11
Gambar 2. 7 Gerakan putaran tool ........................................................................ 11
Gambar 2. 8 Posisi tool terhadap benda kerja....................................................... 12
Gambar 2. 9 Diagram Fasa A l-Mg (T otten dan MacK enzie, 2003) ..................... 16
Gambar 2. 10 Pengujian Tarik (Groover, 2007) ................................................... 17
Gambar 2. 11 Mekanisme pengujian three point bending (Groover, 2007) ......... 18
Gambar 2. 12 Pengujian V ickers secara skematis (Fundamentals of Modern
Manufacturing, 2007) .................................................................... 19
Gambar 2. 13 Skema pengamatan struktur mikro................................................. 20
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian..................................................................... 21
Gambar 3. 2 Base metal ........................................................................................ 22
Gambar 3. 3 Penampang profil pin ....................................................................... 22
Gambar 3. 4 Geometri tool ................................................................................... 23
Gambar 3. 5 Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel ....................... 23
Gambar 3. 6 Mesin Cutting ................................................................................... 24
Gambar 3. 7 Mesin Milling ................................................................................... 25
Gambar 3. 8 Peralatan pengukur temperatur......................................................... 26
Gambar 3.9 Tool setter.......................................................................................... 26
Gambar 3.10 Dial caliper ..................................................................................... 27
Gambar 3.11 Heat Gun ......................................................................................... 27
Gambar 3.12 Infrared Pyrometer.......................................................................... 28
Gambar 3.13 Gerinda Tangan ............................................................................... 28
Gambar 3.14 K ikir ................................................................................................ 29
Gambar 3.15 Universal Testing Machine (UTM) ................................................. 30
Gambar 3.16 Mikro Vickers Machine................................................................... 30
Gambar 3.17 A lat uji foto struktur mikro ............................................................. 31
Gambar 3. 18 Pemasangan termokopel ................................................................. 32
Gambar 3. 19 Pemasangan backing plate ............................................................. 32
Gambar 3.20 Pemasangan base metal dan proses dial ......................................... 33
Gambar 3. 21 Posisi pencekaman secara keseluruhan.......................................... 33
Gambar 3. 22 Setting attachment heat gun........................................................... 34
Gambar 3. 23 Parameter proses pengelasan.......................................................... 35
Gambar 3. 24 Proses masuknya tool dan heat gun ke dalam aluminium ............. 36
Gambar 4. 1 Base metal aluminium A A 5052 H-32 ............................................. 42
Gambar 4. 2 Foto mikro base metal ...................................................................... 42
Gambar 4. 3 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 43
Gambar 4. 4 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 5 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 6 Grove defect pada pengelasan dengan profil pin silindris tanpa
pemanasan awal .................................................................................................... 44
Gambar 4. 7 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 8 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 9 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 10 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 11 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 12 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 13 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 15 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 16 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 17 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 18 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 19 Cacat kissing bond.......................................................................... 57
Gambar 4. 20 Gambar Spesimen Uji T arik (standar A WS D1.2) ......................... 63
Gambar 4. 21 Grafik Perbandingan K ekuatan Tarik ............................................ 64
Gambar 4. 22 Penampang patahan uji tarik profil pin 3 sisi datar........................ 64
Gambar 4. 23 Penampang uji tarik profil pin silindris.......................................... 65
Gambar 4. 24 Spesimen Uji Tekuk ....................................................................... 66
Gambar 4. 25 Grafik Perbandingan K ekuatan Tekuk uji face bending ................ 67
Gambar 4. 26 Hasil uji face bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 67
Gambar 4. 27 Hasil uji face bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanasan
60 mm ................................................................................................................... 68
Gambar 4. 28 Grafik Perbandingan K ekuatan Tekuk uji root bending ................ 69
Gambar 4. 29 Hasil uji root bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 70
Gambar 4. 30 Hasil uji root bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanas
60 mm ................................................................................................................... 70
Gambar 4.31 Hasil jejak identor micro vicker ...................................................... 71
DA F T A R T A BE L
Tabel 4. 1Tabel data pengujian Base metal A A 5052 – H32................................ 43
Tabel 4. 2 Tabel data foto makro F SW tanpa pemanasan awal ............................ 45
Tabel 4. 3 Tabel data foto mikro F SW tanpa preheat ........................................... 46
Tabel 4. 4 Tabel data pengujian F SW tanpa preheat ............................................ 47
Tabel 4. 5 Tabel data foto makro F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm........................................... 48
Tabel 4. 6 Tabel data foto mikro F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm........................................... 49
Tabel 4. 7 Tabel data pengujian F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 50
Tabel 4. 8 Tabel data foto makro F SW profil pin 2 sisi datar jarak pemanasan awal
60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ....................................................... 51
Tabel 4. 9 Tabel data foto mikro F SW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 52
Tabel 4. 10 Tabel data pengujian F SW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 53
Tabel 4. 11 Tabel data foto makro F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 54
Tabel 4. 12 Tabel data foto mikro F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 55
Tabel 4. 13 Tabel data pengujian F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 55
Tabel 4. 14 Tabel Perbandingan foto makro antar spesimen................................ 56
Tabel 4. 15 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HA Z
Retreating Side ................................................................................... 59
Tabel 4.16 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HA Z
Advancing Side................................................................................... 59
Tabel 4.17 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah T MA Z
Retreating Side ................................................................................... 60
Tabel 4.18 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMA Z
Advancing Side................................................................................... 61
Tabel 4.19 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah weld
nugget ................................................................................................. 62
DA F T A R L A MPIR A N
Lampiran 1: Contoh Hasil print out uji tarik, dalam hal ini pengujian F SW tanpa
preheat I ........................................................................................... 77
Lampiran 2: Contoh Hasil print out uji face bending, dalam hal ini pengujian
F SW tanpa preheat I ........................................................................ 78
Lampiran 3: Contoh Hasil print out uji root bending, dalam hal ini pengujian
F SW tanpa preheat I ........................................................................ 79
Lampiran 4 : Contoh perhitungan tegangan tarik ................................................. 80
Lampiran 5: Contoh perhitungan tegangan tarik .................................................. 81
Lampiran 6 : Data hasil pengujian ........................................................................ 82
Lampiran 7 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 60 mm........ 83
Lampiran 8 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 70 mm........ 84
Lampiran 9 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 80 mm........ 85
Lampiran 10 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 90 mm...... 86
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
J UDUL
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
untuk Memperoleh Gelar
Sarjana T eknik
Oleh :
HA NDI DW I C A HY ONO
NIM. I1410015
J UR USA N T E K NIK ME SIN F A K UL T A S T E K NIK
UNIV E R SIT A S SE BE L A S MA R E T
SUR A K A R T A
2016
L E MBA R PE NGE SA HA N
PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE ATING T E R HA DA P
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
Disusun oleh
Handi Dwi C ahyono
NIM. I 1410015
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Triyono, ST ., MT.
NIP.197101031997021001
Dr. Nurul Muhayata, S.T ., M.T.
NIP. 197406251999031002
Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada tanggal 19-04-2016,
pukul 14.00, bertempat di M.101, Gd.1 F T -UNS.
1. Heru Sukanto, ST., MT.
NIP. 197207311997021001
__________________
2. Indri Y aningsih, S.T ., M.T .
NIP. 198607042012122004
__________________
3. Prof. Dr. K uncoro Diharjo, S.T., M.T.
NIP. 197101031997021001
__________________
K epala Program Studi T eknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta
K oordinator Tugas A khir
Dr. E ng. Syamsul Hadi, ST ., MT .
NIP. 197106151998021002
Dr. Nurul Muhayata, S.T ., M.T
NIP. 197406251999031002
MOT T O & PE R SE MBA HA N
Motto
Berani mengambil resiko merupakan awal dari kesuksesan
Setiap manusia mempunyai jati diri tetapi tidak setiap manusia bisa
menjadi dirinya sendiri
Hidup akan lebih bermakna ketika kita bisa mengasihi sesama kita
Persembahan
Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada :
Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan kasih sayang, nasehat serta
dorongan di dalam kehidupanku
Saudara -saudaraku yang aku sayangi
T eman-teman A T MI yang telah memberikan bantuan dan dukungannya,
kebersamaan kita selama kita menuntut ilmu di UNS akan menjadi
kenangan yang tidak akan terlupakan
A lmamaterku
PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE ATING T E R HA DA P
SIF A T ME K A NIK DA N ST R UK T UR MIK R O SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICTION STIR WE L DING
A BST R A K
Handi Dwi C ahyono
J urusan T eknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
J l. Ir. Sutami 36 A Solo 57126
Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655
Email: handidc@gmail.com
A bstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh profil pin dan jarak
preheat pada proses friction stir welding (FSW) terhadap sifat mekanik dan
struktur mikro sambungan las pelat aluminium sheet 5052. Pengelasan dilakukan
pada mesin milling dan material welding tool dari jenis Bohler K 100 dengan
kekerasan 59HRc. Parameter yang digunakan yaitu: kecepatan putar tool 1125
rpm, kecepatan pengelasan 60 mm/menit, kedalaman pembenaman tool 3,90 mm
dengan variasi profil pin silindris, dua sisi datar dan tiga sisi datar, serta variasi
jarak preheat 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm.. Pengujian yang dilakukan
adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan dan pengamatan secara makro dan mikro.
Hasil penelitian menunjukan kekuatan tarik tertinggi pada profil pin tiga sisi datar
dan jarak preheat 60 mm yaitu 213,360 Mpa, kekuatan tekuk tertinggi untuk uji
face bending pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 425,309
Mpa, sedangkan kekuatan tekuk tertinggi untuk uji root bending pada profil pin
tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 426,191 Mpa.
K ata kunci: FSW, profil pin, preheating.
T HE E F F E CT OF PIN PROF IL E AND PRE HE ATING DISTANCE ON THE
ME CHANICAL PROPE RT IE S AND MICROSTUCTURE OF 5052-H32
AL UMINIUM AL L OY J OIN ON F RICT ION ST IR WE L DING
Handi Dwi C ahyono
Mechanical Engineering Department
F aculty of Engineering, Sebelas Maret University
J l. Ir. Sutami 36 A Solo 57126
Hp: 081327903449
Email: handidc@gmail.com
A bstract
The aim of this research is to study the effect of welding pin profile and
preheating distance in friction stir welding (F SW) process on the mechanical
properties and micro structural of aluminium sheet 5052 welded joint using depth
of plunge 3,90 mm. F SW process uses milling machine and the welding tool
material is Bohler K100 with hardness 59HRc. Parameter machine are used
rotation of welding tool 1125 rpm, welding rate 60mm/minute with welding pin
profile variation cylindrical, two flat side and three flat side and also preheating
distance from 60 mm, 70 mm, 80 mm adn 90 mm. The testing done are tensile test,
bending test, hardness test, macro and micro structural examination. The results
showed that the highest tensile strength is 213,360 MPa on pin profil three flat
side and preheating distance 60 mm. The highest buckling strength for face
bending methode is 425,309 Mpa on pin profil three flat side and preheating
distance 60 mm , while the highest buckling strength for root bending is 426,191
Mpa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm.
Keywords: F SW, profil pin, preheating
K A T A PE NGA NT A R
Puji syukur kepada Tuhan Y ang Maha Esa, karena atas rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul,
“PE NGA R UH PR OF IL PIN DA N J A R A K PRE HE AT ING T E R HA DA P
SIF A T
ME K A NIK
DA N
ST R UK T UR
MIK R O
SA MBUNGA N
MA T E R IA L A A 5052-H32 F RICT ION STIR WE L DING”.
Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat guna
memperoleh gelar sarjana teknik di J urusan T eknik Mesin Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah membantu hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini,
antara lain kepada :
1. T uhan Y ang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T . dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT.
selaku pembimbing skripsi, atas bimbingan dan arahannya dalam
pembuatan skripsi ini.
3. Bapak-bapak dosen yang telah berkenan menyampaikan ilmunya selama
penulis menempuh perkuliahan.
4. K eluarga tercinta yang telah memberikan perhatian dan sumbangan besar
baik moril maupun materil.
5. T eman-teman tim FSW atas kerjasamanya selama penelitian.
6.
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala
bantuannya dalam penulisan skripsi ini.
Surakarta, A pril 2016
Penulis
DA F T A R ISI
DA F T A R ISI
J UDUL ..................................................................................................................... i
L EMBA R PENGESA HA N .................................................................................... ii
MOTTO & PERSEMBA HA N............................................................................... iii
A BSTRA K ............................................................................................................. iv
K A TA PENGA NTA R ........................................................................................... vi
DA FT A R ISI ......................................................................................................... vii
DA FT A R GA MBA R .............................................................................................. x
DA FT A R TA BEL ................................................................................................ xiii
DA FT A R L A MPIRA N ......................................................................................... xv
BA B I ...................................................................................................................... 1
1.1
L atar Belakang Masalah........................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah.................................................................................. 3
1.3
Batasan Masalah....................................................................................... 3
1.4
T ujuan....................................................................................................... 3
1.5
Manfaat..................................................................................................... 4
1.6
Sistematika Penulisan............................................................................... 4
BA B II ..................................................................................................................... 5
L A NDA SA N T EORI .............................................................................................. 5
2.1
T injauan Pustaka ...................................................................................... 5
2.2
Prinsip K erja F riction Stir Welding (FSW) .............................................. 7
2.3
Parameter F riction Stir Welding............................................................... 9
2.3.1
Tool ................................................................................................... 9
2.3.2
K ecepatan Putar Tool ...................................................................... 11
2.3.3
K ecepatan Pengelasan..................................................................... 11
2.3.4
Depth Plunge................................................................................... 12
2.3.5
Preheating ....................................................................................... 12
2.4
Baja Bohler K 100 ................................................................................... 13
2.5
A luminium Paduan................................................................................. 13
2.5.1
K lasifikasi A luminium Paduan ....................................................... 13
2.5.2
A luminium Paduan 5052 ................................................................ 15
2.6
Pengujian Spesimen ............................................................................... 16
2.6.1
Pengujian Tarik ............................................................................... 16
2.6.2
Pengujian Tekuk.............................................................................. 18
2.6.3
Pengujian K ekerasan....................................................................... 18
2.6.4
Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro..................................... 19
BA B III ................................................................................................................. 21
METODOLOGI PE NEL IT IA N ............................................................................ 21
3.1
Diagram A lir Penelitian.......................................................................... 21
3.2
Bahan Penelitian..................................................................................... 22
3.3
Peralatan Penelitian ................................................................................ 24
3.3.1
Peralatan untuk pembuatan spesimen dan proses pengelasan......... 24
3.3.2
Peralatan untuk pengujian spesimen ............................................... 29
3.4
Pelaksanaan Pengelasan ......................................................................... 31
3.4.1
Parameter Pengelasan...................................................................... 31
3.4.2
Proses pengelasan............................................................................ 32
3.5
Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan ................................................... 37
3.5.1
Uji K ekerasan (Hardness test) ........................................................ 38
3.5.2
Uji Tekuk ........................................................................................ 39
3.5.3
Uji Tarik .......................................................................................... 40
3.5.4
Pengamatan Struktur Mikro dan Makro.......................................... 40
BA B IV ................................................................................................................. 42
DA TA DA N A NA L ISA ....................................................................................... 42
4.1
Data Pengelasan ..................................................................................... 42
4.1.1
Data Base Material ......................................................................... 42
4.1.2 Data Percobaan pengelasan dengan V ariasi profil pin tanpa
pemanasan awal ............................................................................................ 43
4.1.3
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin silindris
47
4.1.4
datar
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 2 sisi
50
4.1.5
datar
Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 3 sisi
53
4.2
A nalisa.................................................................................................... 56
4.2.1
A nalisa Foto Makro ........................................................................ 56
4.2.2
A nalisa Struktur Mikro ................................................................... 58
4.2.3
A nalisa K ekuatan Tarik................................................................... 63
4.2.4
A nalisa K ekuatan Tekuk ................................................................. 66
4.2.5
A nalisa K ekerasan........................................................................... 71
BA B V ................................................................................................................... 74
PENUTUP............................................................................................................. 74
5.1
K esimpulan............................................................................................. 74
5.2
Saran....................................................................................................... 74
DA FT A R PUSTA K A ........................................................................................... 75
L A MPIRA N .......................................................................................................... 77
DA F T A R GA MBA R
Gambar 2. 1 Foto makro hasil pengelasan FSW (Mishra dan Ma, 2005) ............... 7
Gambar 2. 2 Prinsip kerja FSW (TWI) ................................................................... 8
Gambar 2. 3 Pencekaman benda kerja .................................................................... 8
Gambar 2. 4 V ariasi sambungan las FSW (Mishra dan Ma, 2005) ........................ 9
Gambar 2. 5 Beberapa profil permukaan shoulder (Mishra dan Ma, 2005) ......... 10
Gambar 2. 6 Beberapa penampang profil pin (Fujii dkk, 2006) ........................... 11
Gambar 2. 7 Gerakan putaran tool ........................................................................ 11
Gambar 2. 8 Posisi tool terhadap benda kerja....................................................... 12
Gambar 2. 9 Diagram Fasa A l-Mg (T otten dan MacK enzie, 2003) ..................... 16
Gambar 2. 10 Pengujian Tarik (Groover, 2007) ................................................... 17
Gambar 2. 11 Mekanisme pengujian three point bending (Groover, 2007) ......... 18
Gambar 2. 12 Pengujian V ickers secara skematis (Fundamentals of Modern
Manufacturing, 2007) .................................................................... 19
Gambar 2. 13 Skema pengamatan struktur mikro................................................. 20
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian..................................................................... 21
Gambar 3. 2 Base metal ........................................................................................ 22
Gambar 3. 3 Penampang profil pin ....................................................................... 22
Gambar 3. 4 Geometri tool ................................................................................... 23
Gambar 3. 5 Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel ....................... 23
Gambar 3. 6 Mesin Cutting ................................................................................... 24
Gambar 3. 7 Mesin Milling ................................................................................... 25
Gambar 3. 8 Peralatan pengukur temperatur......................................................... 26
Gambar 3.9 Tool setter.......................................................................................... 26
Gambar 3.10 Dial caliper ..................................................................................... 27
Gambar 3.11 Heat Gun ......................................................................................... 27
Gambar 3.12 Infrared Pyrometer.......................................................................... 28
Gambar 3.13 Gerinda Tangan ............................................................................... 28
Gambar 3.14 K ikir ................................................................................................ 29
Gambar 3.15 Universal Testing Machine (UTM) ................................................. 30
Gambar 3.16 Mikro Vickers Machine................................................................... 30
Gambar 3.17 A lat uji foto struktur mikro ............................................................. 31
Gambar 3. 18 Pemasangan termokopel ................................................................. 32
Gambar 3. 19 Pemasangan backing plate ............................................................. 32
Gambar 3.20 Pemasangan base metal dan proses dial ......................................... 33
Gambar 3. 21 Posisi pencekaman secara keseluruhan.......................................... 33
Gambar 3. 22 Setting attachment heat gun........................................................... 34
Gambar 3. 23 Parameter proses pengelasan.......................................................... 35
Gambar 3. 24 Proses masuknya tool dan heat gun ke dalam aluminium ............. 36
Gambar 4. 1 Base metal aluminium A A 5052 H-32 ............................................. 42
Gambar 4. 2 Foto mikro base metal ...................................................................... 42
Gambar 4. 3 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 43
Gambar 4. 4 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 5 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan tanpa pemanasan
awal. ...................................................................................................................... 44
Gambar 4. 6 Grove defect pada pengelasan dengan profil pin silindris tanpa
pemanasan awal .................................................................................................... 44
Gambar 4. 7 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 8 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 9 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 10 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 11 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 12 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 13 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 15 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 16 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 70 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 17 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 80 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 18 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 90 mm............................................................ E rror! Bookmark not defined.
Gambar 4. 19 Cacat kissing bond.......................................................................... 57
Gambar 4. 20 Gambar Spesimen Uji T arik (standar A WS D1.2) ......................... 63
Gambar 4. 21 Grafik Perbandingan K ekuatan Tarik ............................................ 64
Gambar 4. 22 Penampang patahan uji tarik profil pin 3 sisi datar........................ 64
Gambar 4. 23 Penampang uji tarik profil pin silindris.......................................... 65
Gambar 4. 24 Spesimen Uji Tekuk ....................................................................... 66
Gambar 4. 25 Grafik Perbandingan K ekuatan Tekuk uji face bending ................ 67
Gambar 4. 26 Hasil uji face bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 67
Gambar 4. 27 Hasil uji face bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanasan
60 mm ................................................................................................................... 68
Gambar 4. 28 Grafik Perbandingan K ekuatan Tekuk uji root bending ................ 69
Gambar 4. 29 Hasil uji root bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90
mm ........................................................................................................................ 70
Gambar 4. 30 Hasil uji root bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanas
60 mm ................................................................................................................... 70
Gambar 4.31 Hasil jejak identor micro vicker ...................................................... 71
DA F T A R T A BE L
Tabel 4. 1Tabel data pengujian Base metal A A 5052 – H32................................ 43
Tabel 4. 2 Tabel data foto makro F SW tanpa pemanasan awal ............................ 45
Tabel 4. 3 Tabel data foto mikro F SW tanpa preheat ........................................... 46
Tabel 4. 4 Tabel data pengujian F SW tanpa preheat ............................................ 47
Tabel 4. 5 Tabel data foto makro F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm........................................... 48
Tabel 4. 6 Tabel data foto mikro F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm........................................... 49
Tabel 4. 7 Tabel data pengujian F SW profil pin silindris dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 50
Tabel 4. 8 Tabel data foto makro F SW profil pin 2 sisi datar jarak pemanasan awal
60mm, 70mm, 80mm dan 90mm ....................................................... 51
Tabel 4. 9 Tabel data foto mikro F SW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 52
Tabel 4. 10 Tabel data pengujian F SW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 53
Tabel 4. 11 Tabel data foto makro F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 54
Tabel 4. 12 Tabel data foto mikro F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 55
Tabel 4. 13 Tabel data pengujian F SW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan
awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm............................................... 55
Tabel 4. 14 Tabel Perbandingan foto makro antar spesimen................................ 56
Tabel 4. 15 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HA Z
Retreating Side ................................................................................... 59
Tabel 4.16 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HA Z
Advancing Side................................................................................... 59
Tabel 4.17 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah T MA Z
Retreating Side ................................................................................... 60
Tabel 4.18 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMA Z
Advancing Side................................................................................... 61
Tabel 4.19 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah weld
nugget ................................................................................................. 62
DA F T A R L A MPIR A N
Lampiran 1: Contoh Hasil print out uji tarik, dalam hal ini pengujian F SW tanpa
preheat I ........................................................................................... 77
Lampiran 2: Contoh Hasil print out uji face bending, dalam hal ini pengujian
F SW tanpa preheat I ........................................................................ 78
Lampiran 3: Contoh Hasil print out uji root bending, dalam hal ini pengujian
F SW tanpa preheat I ........................................................................ 79
Lampiran 4 : Contoh perhitungan tegangan tarik ................................................. 80
Lampiran 5: Contoh perhitungan tegangan tarik .................................................. 81
Lampiran 6 : Data hasil pengujian ........................................................................ 82
Lampiran 7 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 60 mm........ 83
Lampiran 8 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 70 mm........ 84
Lampiran 9 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 80 mm........ 85
Lampiran 10 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 90 mm...... 86