PENGARUH TRANSVERSE SPEED TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL LASAN FRICTION STIR WELDING PADA MATERIAL POLYPROPHYLENE SHEET DENGAN PEMANAS TAMBAHAN.

commit to user

PENGARUH

TRANSVERSE SPEED

_TERHADAP

SIFAT MEKANIK HASIL LASAN

FRICTION STIR WELDING

PADA MATERIAL

POLYPROPYLENE SHEET

_DENGAN

PEMANAS TAMBAHAN

SKRIPSI

Diajukansebagaisalahsatusyarat

untukmemperolehgelar

SarjanaTeknik

Oleh : BAYU SEPTIAJI

NIM. I 0408082

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

commit to user

commit to user

MOTTO

“ Tidaksem uadar ikit adapat m elakukanhal- halbesar .Tet api, kit adapat m elakukanhal- halkecildengancint a yang besar .”

“ Sayadat ang, sayabim bingan, sayauj ian, sayar evisidansayam enang”

“ Wisudaset elah 13 sem est er adalah kesuksesan yangt er t unda”

commit to user

OF FRICTION STIR WELDING IN POLYPROPYLENE SHEET WITH ADDITIONAL HEATER

BayuSeptiaji

Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering SebelasMaret University

Surakarta, Indonesia

E-mail: bayuseptiaji89@gmail.com Abstract

Friction stir welding (FSW) is a solid-state joining process without use additional material. FSW initially applied to joint two piece of metal, and then began to be applied to non-metallic materials such as polymers. Polypropylene (PP) is one kind of thermoplastic polymer used in a wide variety industry. PP has low thermal conductivity, so additional heaterapplied to help welding process.

Two pieces of polypropylene with dimention 200x40x6 mm was usedas based material. Welding parameters in process used are 1140 of rotational speed, 2oof tilt angel, and 0,2 mm shoulder depth of plunge. Variation transverse speed of FSW process are 7,3; 13; 24,5; and 33,5 mm/min with and without additional heater. UTM was used for tensile and bending testing, and Stereozoom was used for macrostructure fracture investigation.

The result showed that welds with additional heater have the higher mechanical strength than without additional heater. Mechanical strength increase along with decreasing of transverse speed. It led specimen with variation of transverse speed 7,3 mm/min with additional heater has the highest mechanical strength,10,73 Mpa for tensile; 39,33 Mpa for face bending and 21,99 Mpa for root bending.

Keywords :friction stir welding, polypropylene, transverse speed, and additional

commit to user ii

PENGARUHTRANSVERSE SPEED_{TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL}

LASANFRICTION STIR WELDING_{PADA MATERIAL}POLYPROPYLENE

SHEET_{DENGAN PEMANAS TAMBAHAN}

BayuSeptiaji

JurusanTeknikMesinFakultasTeknik UniversitasSebelasMaret Surakarta

bayuseptiaji89@gmail.com Abstrak

Friction stir welding (FSW)adalahpenyambungan material

dalamkeadaanpadatdantidakmenggunakanbahantambahan. FSW

awalnyadiaplikasikanuntukpenyambungan material logam,

dansekarangdiaplikasikanuntuk material non logamsepertipolimer.Polypropylene (PP) merupakanpolimer yang banyakdigunakandalamduniaindustri. PP memilikikonduktivitaspanasrendah,

sehinggaperluditambahkanpemanastambahanuntukmembantu proses pengelasannya. Material yang digunakanadalah 2 buah plat PP dengandimensi 200x40x6 mm. Parameter pengelasan yang digunakanyaiturotational speed 1140 rpm,sudut kemiringan tool 20danshoulder depth of plunge0,2 mm. Variasitransverse speed 7,3; 13; 24,5; dan 33,5 mm/min denganpemanasdantanpapemanas.Hasillasdiujitarikdan

bending denganmenggunakanmesin UTM

dandiujifotomakrountukmenganalisapatahan.

Hasillasdenganpemanastambahanmemilikinilaikekuatanmekanik yang lebihtinggidaripadatanpapemanas.Kekuatanmekaniksemakinmeningkatseiringdengan penurunantransverse speed.Kekuatanmekaniktertinggidiperolehpadavariasitransverse speed 7,3 mm/min denganpemanastambahan, yaitu 10,73 MPauntukujitarik; 39,33 MPauntukujiface bending; dan21,99 MPauntukujiroot bending.

Kata kunci :friction stir welding, polypropylene,transverse

commit to user

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap syukur alhamdulillah penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufiq, hidayah serta inayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh Transverse Speed Terhadap Sifat Mekanik Hasil Lasan Friction Stir Welding Pada Material Polypropylene Sheet DenganPemanas Tambahan”. SkripsiinidisusungunamemenuhisalahsatusyaratuntukmenyelesaikanPendidikan Program Sarjana (S1) JurusanTeknikMesinUniversitassebelasMaret Surakarta.

Penulismenyadariketerbatasanpengetahuandanpengalaman yang

dimilikipenulis.Tanpaadanyabantuandariberbagaipihak,

penyusunanskripsiinitidakakanterselesaikan. Olehkarenaitu,

padakesempataninidengansegalakerendahanhati, penulisinginmenyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnyakepada :

1. Bapak Dr. Triyono, ST., MT. selakudosenpembimbing I yang

senantiasamemberikanarahan, bimbingan, nasehat,

danmeluangkanwaktudalammenyelesaikanskripsi.

2. BapakBambangKusharjanta, ST., MT. selakudosenpembimbing II yang

senantiasamemberikanarahan, bimbingan, nasehat,

danmeluangkanwaktudalammenyelesaikanskripsi.

3. BapakWibowo, ST., MT. danibu Indri Yaningsih, ST., MT.

selakudosenpengujitugasakhirpenulis yang telahmemberikanbanyak saran yang membangundalampenyelesaianskripsi.

4. BapakDidikDjokoSusilo, ST., MT.

selakuKetuaJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret. 5. BapakPurwadi, ST., M.Kom. selakupembimbingakademis.

6. Bapak Dr. Eng. SyamsulHadi, ST., MT. selakukoordinatorTugasAkhir Program Studi S1 Reguler.

7. Staflaboratorium Proses Produksidanlaboratorium Material Teknik yang telahmemberikanarahandalampembuatandanpengujianspesimen.

commit to user v

8. SeluruhdosendanstafJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret.

9. Kedua orang tua, saudara-saudara, danseluruhkeluarga yang

telahmemberikansegalanya.

10. Seluruhrekan-rekanTeknikMesin yang tidakdapat kami sebutkansatupersatu, atasdukungandanbantuannya.

11. Serta semuapihak yang belumdisebutkan yang

telahmembantudalammenyelesaikanskripsi.

Penulismenyadaribahwadalampenulisanskripsiiniterdapatbanyakkesalahandan jugakekuranganbaikdarisegimaterimaupunteknis,

olehsebabitupenulismohonmaafdanmembukadiribagikritikdan saran yang membangundaripembaca demi kesempurnaanpenulisanskripsiini.

Akhir kata

penulishanyadapatberharapsemogaskripsiinidapatbermanfaatbukanhanyabagiPenulist etapijugabagisemuapihak yang membutuhkannya.TerimaKasih.

Surakarta, Februari 2015

commit to user

DAFTAR ISI

Halaman

HalamanJudul... i

Abstrak ………... _ii

Kata Pengantar ... iv

Daftar Isi ... vi

DaftarGambar... viii

DaftarTabel ... ix

DaftarLampiran ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang ... 1

1.2. PerumusanMasalah ... 3

1.3. BatasanMasalah... 3

1.4. TujuandanManfaat ... 3

1.5. SistematikaPenulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. TinjauanPustaka ... 5

2.2. DasarTeori... 6

2.3. Hipotesis... 10

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat Penelitian ... 11

3.2.AlatdanBahan ……….._{.. 11}

3.3. ProsedurPenelitian... 14

3.3.1 Variabel Penelitian ... 14

3.3.2 Proses Pengelasan FSW ... 15

3.3.3 Tahap Pengujian... 16

3.4. Jumlah Spesimen Pengujian... 19

3.5. Tahap Analisa... 19

commit to user vii BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1.Pemerikasaan foto makro (Macrostructure Observe)... 22 4.2.Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ... 25 4.3.Kekuatan Bending (Bending Strength) ... 28 BAB V PENUTUP

5.1.Kesimpulan ... 34 5.2.Saran... 34 DAFTAR PUSTAKA

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar2.1 Skema lasFSW... 7

Gambar 2.1 Skemalas FSW... 7

Gambar 2.2 Proses pengelasan FSW... 9

Gambar 3.1 Mesin milling…………... 11

Gambar3.2 Dimensitool... 11

Gambar 3.3 Heaterbatangdanchasing…….._{... 12}

Gambar 3.4 Thermoreader………._{... 12}

Gambar 3.5 Pencekam... 12

Gambar 3.6 Mesin UTM…….._{... 13}

Gambar 3.7 Polypropylene……_{... 13}

Gambar 3.8 Rancanganspesimenlas FSW ... 14

Gambar 3.9 Pemasangan spesimen,tool,danheater... 16

Gambar 3.10 Dimensi spesimen uji tarik ... 17

Gambar 3.11 Dimesi spesimen ujibending... 17

Gambar 3.12 Skema pengujianface bending... 18

Gambar 3.13 Skema pengujianroot bending... 18

Gambar 3.14 Diagram alir... 20

Gambar4.1 Fotomakrotampak atasspesimenhasillas FSW... 21Gambar4.2 Exit hole ……….._{... 22}

Gambar 4.3 Fotomakrotampaksampingspesimenhasillas FSW... 23

Gambar 4.4 Grafikhasilkekuatantarik………..._{... 24}

Gambar 4.5 Penampangpatahantarik………_.……… ₂₆

Gambar 4.6 Grafikhasilkekuatanface bending... 27

Gambar 4.7 Grafikhasilkekuatanroot bending………_{.. 29}

commit to user ix

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel3.1 Variabel Penelitian ... 13 Tabel3.2 Jumlah Spesimen Pengujian ... 17

commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1.Hasilujitarik ... 37 Lampiran 2.Hasilujiface bending... 38 Lampiran 3.Hasilujiroot bending... 39

commit to user 11

commit to user a

b d

commit to user

Penelitian ini menggunakan 3 (tiga) variabel, yaitu variabel bebas, variabel terikat, dan variabel terkontrol. Variabel bebas (independent) adalah transverse speedyaitu 7,3 mm/min, 13 mm/min, 24,5 mm/min, dan 33,5 mm/min dan kecepatan putaran pin yaitu 1140 rpm.Variabel terikat (dependent)adalah kekuatan sambungan yang dihasilkan dari proses pengelasan FSW plat polypropylene.Variabel terkontrol adalah gaya pencekaman ragum pada benda kerja dan sudut kemiringan tool.Variabel penelitian ditunjukkan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Variabel penelitian

No Variasi Transverse speed Kecepatan putaran pin Pemanas

1 A 7,3 mm/min 1140 rpm Tidak

2 B 13 mm/min 1140 rpm Tidak

3 C 24,5 mm/min 1140 rpm Tidak

4 D 33,5 mm/min 1140 rpm Tidak

5 E 7,3 mm/min 1140 rpm Ya

6 F 13 mm/min 1140 rpm Ya

7 G 24,5 mm/min 1140 rpm Ya

8 H 33,5 mm/min 1140 rpm Ya

3.3.2. Proses pengelasan FSW

Proses pengelasan dimulai dengan memotong plat polypropylene sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan baik untuk uji tarik maupun uji bending. Sisi-sisi spesimen yang telah dipotong diratakan dengan mesin milling agar pada sambungan yang dihasilkan antara kedua sisi spesimen yang dilas menjadi rata. Tool dipasang ke holding tool mesin milling dan tool inclined angel diatur sebesar 2°. Benda kerja yang telah diratakan sisi-sisinya diletakkan diatas landasan dan dijepit dengan jig yang telah dipasang pada meja kerja mesin miling. Kerataan kedua benda kerja dicek dengan menggunakan dial gauge. Heater dipasang diatas bagian yang

commit to user Keterangan :

a :tool arahgerakanspesimen

b :heater c :bendakerja

commit to user Gam

3.3.3. Tahap pengujian 3.3.3.1. Pengujian Tari

Pengujian tarik ha Machineberdasarkan sta kekuatan tarik lasan. Di 3.10.

Gamba 3.3.3.2. Pengujian Bend

Pengujian bending dengan menggunakan Uni Pengujian ini dilakukan menunjukkan dimensi spe

Ga Pengujianbending metodeface bendingdan menggunakan rumus :

Gambar 3.9. Pemasangan spesimen,tool, danheater pengelasan FSW.

jian arik

k hasil las dilakukan dengan menggunakan Univ tandar ASTMD 638.Pengujian ini dilakukan untuk Dimensi spesimen pengujian tarik ditunjukkan pa

mbar 3.10. Dimensi spesimen uji tarik (mm). nding

ndinghasil lasdilakukan dengan metode threepoi Universal Testing Machineberdasarkan stand kukan untuk mengetahui kekuatan bending lasan. G

spesimen pengujianbending.

Gambar 3.11. Dimensispesimenujibending(mm ndingdilakukan dengan 2 (dua) metode yang berbeda

anroot bending. Kekuatan bending dapat dihitung aterpada

Universal Testing untuk mengetahui n pada Gambar

epoint bending ndar ASTM D. n. Gambar 3.11.

m). beda, yaitu ung dengan

commit to user

= 3

commit to user

Gambar 3.13. Skema pengujianroot bending

3.3.3.3. Pengujian Foto Makro

Pengujian foto makro hasil las dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik dengan standar ASTM E407-07. Pemerikaan struktur makro bertujuan untuk mengetahui karakteristik struktural pada sambungan dan patahan lasan.

3.4. Jumlah Spesimen Pengujian

Dalam penelitian ini jumlah spesimen yang akan diuji dapat dilihat pada tabel 3.2.

Tabel 3.2. Jumlah spesimen pengujian

No. Pengujian Variasi Jumlah

A B C D E F G H I

1 Uji Tarik 5 5 5 5 5 5 5 5 1 41

2 Uji Bending 5 5 5 5 5 5 5 5 1 41

3 Foto Makro 3 3 3 3 3 3 3 3 0 24

106

Keterangan :

A :transverse speed7,3 mm/min tanpa pemanas B :transverse speed13 mm/min tanpa pemanas C :transverse speed24,5 mm/min tanpa pemanas D :transverse speed33,5 mm/min tanpa pemanas E :transverse speed7,3 mm/min dengan pemanas F :transverse speed13 mm/min dengan pemanas G :transverse speed24,5 mm/min dengan pemanas H :transverse speed33,5 mm/min dengan pemanas

I :base material(tanpa sambungan) 3.5. Tahap Analisa

commit to user

Tahap analisa merupakan tahap yang dilakukan setelah melakukan pengujian spesimen, baik itu untuk pengujian tarik dan pengujian bending. Analisa pada uji tarik dilakukan dengan menghitung kekuatan tarik yang dihasilkan dari pengujian, kemudian menganalisa hubungan antara kenaikantransverse speedterhadap kekuatan tarik hasil las. Tahap analisa pada uji bending pada dasarnya sama dengan analisa uji tarik, yaitu dengan menghitung kekuatan bending yang dihasilkan dari pengujian, kemudian menganalisa hubungan antara kenaikantransverse speedterhadap kekuatan bending hasil las. Tahap terakhir analisa adalah menarik kesimpulan dari hasil penelitian berdasarkan analisa yang dibuat.

3.6. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.14. MULAI

VARIABEL PENELITIAN

Variabel pengelasantransverse speed: 7,3; 13; 24,5;33,5 mm/min dan base material (tanpa

pengelasan)

UJI TARIK FOTO MAKRO

PEMOTONGAN PLAT

UJI BENDING PENGELASAN

DENGAN PEMANAS

PEMOTONGAN SPESIMEN UJI PENGELASAN TANPA PEMANAS

commit to user

Gambar 3.14. Diagram alir penelitian.

KESIMPULAN KESIMPULAN

16

Keterangan :

a :tool arahgerakanspesimen

b :heater

commit to user Gam

3.3.3. Tahap pengujian 3.3.3.1. Pengujian Tari

Pengujian tarik ha

Machineberdasarkan sta

kekuatan tarik lasan. Di 3.10.

Gamba

3.3.3.2. Pengujian Bend

Pengujian bending

dengan menggunakan Uni

Pengujian ini dilakukan menunjukkan dimensi spe

Ga

Pengujianbending

metodeface bendingdan

menggunakan rumus :

Gambar 3.9. Pemasangan spesimen,tool, danheater

pengelasan FSW.

jian arik

k hasil las dilakukan dengan menggunakan Univ

tandar ASTMD 638.Pengujian ini dilakukan untuk Dimensi spesimen pengujian tarik ditunjukkan pa

mbar 3.10. Dimensi spesimen uji tarik (mm).

nding

ndinghasil lasdilakukan dengan metode threepoi

Universal Testing Machineberdasarkan stand

kukan untuk mengetahui kekuatan bending lasan. G spesimen pengujianbending.

Gambar 3.11. Dimensispesimenujibending(mm

ndingdilakukan dengan 2 (dua) metode yang berbeda

anroot bending. Kekuatan bending dapat dihitung

aterpada

Universal Testing

untuk mengetahui n pada Gambar

epoint bending

ndar ASTM D. n. Gambar 3.11.

m). beda, yaitu ung dengan

18

= 3

commit to user

Gambar 3.13. Skema pengujianroot bending

3.3.3.3. Pengujian Foto Makro

Pengujian foto makro hasil las dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik dengan standar ASTM E407-07. Pemerikaan struktur makro bertujuan untuk mengetahui karakteristik struktural pada sambungan dan patahan lasan.

3.4. Jumlah Spesimen Pengujian

Dalam penelitian ini jumlah spesimen yang akan diuji dapat dilihat pada tabel 3.2.

Tabel 3.2. Jumlah spesimen pengujian

No. Pengujian Variasi Jumlah

A B C D E F G H I

1 Uji Tarik 5 5 5 5 5 5 5 5 1 41

2 Uji Bending 5 5 5 5 5 5 5 5 1 41

3 Foto Makro 3 3 3 3 3 3 3 3 0 24

106

Keterangan :

A :transverse speed7,3 mm/min tanpa pemanas

B :transverse speed13 mm/min tanpa pemanas

C :transverse speed24,5 mm/min tanpa pemanas

D :transverse speed33,5 mm/min tanpa pemanas

E :transverse speed7,3 mm/min dengan pemanas

F :transverse speed13 mm/min dengan pemanas

G :transverse speed24,5 mm/min dengan pemanas

H :transverse speed33,5 mm/min dengan pemanas

I :base material(tanpa sambungan)

commit to user

20

Tahap analisa merupakan tahap yang dilakukan setelah melakukan pengujian spesimen, baik itu untuk pengujian tarik dan pengujian bending. Analisa pada uji tarik dilakukan dengan menghitung kekuatan tarik yang dihasilkan dari pengujian,

kemudian menganalisa hubungan antara kenaikantransverse speedterhadap kekuatan

tarik hasil las. Tahap analisa pada uji bending pada dasarnya sama dengan analisa uji tarik, yaitu dengan menghitung kekuatan bending yang dihasilkan dari pengujian,

kemudian menganalisa hubungan antara kenaikantransverse speedterhadap kekuatan

bending hasil las. Tahap terakhir analisa adalah menarik kesimpulan dari hasil penelitian berdasarkan analisa yang dibuat.

3.6. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.14. MULAI

VARIABEL PENELITIAN

Variabel pengelasantransverse speed: 7,3; 13; 24,5;33,5 mm/min dan base material (tanpa

pengelasan)

UJI TARIK FOTO MAKRO

ANALISA DATA PEMOTONGAN

PLAT

UJI BENDING PENGELASAN

DENGAN PEMANAS

PEMOTONGAN SPESIMEN UJI PENGELASAN TANPA PEMANAS

commit to user

Gambar 3.14. Diagram alir penelitian.

KESIMPULAN KESIMPULAN