Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line Pada Proses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre Fabrication

Transkripsi

1 Pengaruh Diameter Pin Terhadap Kekuatan dan Kualitas Joint Line Pada Proses Friction Wtir Welding Aluminium Seri 5083 Untuk Pre Fabrication Panel Bangunan Atas Kapal Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Surabaya

2 Gambaran Umum Proses penyambungan aluminium dengan GMAW dan GTAW meghasilkan suhu pengelasan yang sangat tinggi sehingga merusak lapisan tahan korosi pada aluminium sehingga dilakukan pengelasan yang menghasilkan suhu pengelasan yang rendah yaitu Friction Stir Welding. Dalam Tugas Akhir ini, dilakukan pengelasan dengan mesin frais sebagai pengganti mesin FSW pada aluminium seri 5083 dengan tebal 4 mm dengan ukuran 30 mm x 15 mm menggunakan tiga variasi diameter pin (5, 6, dan 7 mm). Dilakukan lima pengujian yaitu uji penetrant, makro etsa, radiografi, uji tarik dan uji bending.

3 Friction Stir Welding Friction Stir Welding merupakan pengelasan tanpa menggunkan filler metal serta menghasilkan suhu pengelasan yang lebih rendah dari pengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007]. Pada pengelasan FSW kualitas sambungan akan tetap tahan korosi dan tidak terjadi porositas karena tidak ada udara yang terperangkap seperti pada pengelasan GMAW dan GTAW [Zhan et al. 2007].

4 Latar Belakang Aluminium adalah logam yang mempunyai sifat pengelasan yang kurang baik karena adanya lapisan oksida yang melindungidari proses korosi. Lapisan oksida ini melekat kuat dan rapat pada permukaan, serta stabil. Lapisan oksida tersebut akan terbuka jika terkena panas >600 0 C maka lapisan oksida tersebut terbuka sehingga menyebabkan logam Aluminium terkorosi [Rai, 2006]. FSW pada bidang perkapalan banyak digunakan untuk panel-panel ruang akomodasi bangunan atas [Chen. 2006] Untuk meminimalisir biaya digunakan modifikasi tools dengan bahan baja K-100 dan pin dengan HSS yang digunakan pada mesin frais sebagai sumber tenaga penggerak.

5 Permasalahan Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium? Bagaimana pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap sifat mekanis dan kekuatan pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium?

6 Tujuan Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap kualitas visual hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium. Mengetahui pengaruh pengelasan Friction stir welding (FSW) dengan variasi diameter pin pada Aluminium seri 5083 terhadap sifat mekanis dan kekuatan hasil pengelasanya pada Pre Fabrication Panel bangunan atas kapal Aluminium.

7 Hipotesis Diagonal pin berpengaruh terhadap kualitas pengelasan dan mechanical properties aluminium. Semakin besar diagonal menghasilkan mechanical properties semakin baik.

8 Metodologi Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan Dimensi Tools yang Digunakan Proses Pengelasan Jenis jenis Pengujian

9 Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan No Welding Procedure 1 Joint design Square groove (I) 2 Backing Yes 3 Backing material Carbon steel Base Metal 4 Specification Aluminium Alloy Thickness 4mm 6 Grade Al 5083 H Plate thickness range 3 ~ 12 (mm) 8 Pre-heat temperature None 9 Interpass temperature 10 PWHT None Welding Position 11 Position 1 G / Flat Welding Equipment (Probe) 12 Shoulder Specification Spesial K Pin Spescification HSS

10 Penentuan Parameter Tetap yang Digunakan Probe Geometry 14 Model pin Straight square 15 Pin length (mm) 3.7 (mm) Tool shoulder diameter, D 16 (mm) 18 (mm) 17 Pin diagonal (mm) 5;6;7(mm) 18 Tool inclined angle ( ) 2 o Welding Conditions 19 Technique Friction Stir 20 Single/Multipass Single 21 Rotational speed 1050 (rpm) 22 Welding speed (mm/sec) 0.36 (mm/s) 23 Axial forces None Joint Details 24 Joint detail 25 Welding sequence

11 Dimensi Tools yang Digunakan Pengelasan Friction stir welding dilakukan dengan 2 tipe probe yaitu probe dengan Fixed Pin dan Portable Pin.

12 Hasil Pengelasan Incomplete penetration

13 Hasil pengelasan (lanjutan)

14 Jenis jenis Pengujian Pengujian penetrant Pengujian radiografi Pengujian makro etsa Pengujian tarik Pengujian tekuk/bending

15 Pengujian penetrant Tujuan dari pengujian penetrant ialah untuk mengetahui kondisi permukaan dari hasil pengelasan (joint line). Pada penelitian kali ini hanya bagian root saja yang diuji. Hal ini dikarenakan pada bagian ini paling rentan terhadap cacat permukaan akibat kerja tool yang tidak benar benar sampai root surface, sehingga sering timbul cacat berupa Incomplete Penetration. Diameter pin (mm) Indikasi linear relevant Indikasi rounded relevant Hasil 5 Tidak ada Tidak ada Accepted 6 Tidak ada Tidak ada Accepted 7 Tidak ada Tidak ada Accepted

16 Pengujian Radiografi Pengujian radiografi digunakan untuk mendeteksi cacat internal menggunakan sinar x atau gamma Pin 5 mm Pin 6 mm Pin 7 mm

17 Foto Makro Pengujian foto makro adalah pemeriksaan potongan melintang weld metal yang difoto dengan kamera biasa dengan perbesaran 10 kali untuk mengetahui weld zone dan cacat cacat yang terdeteksi pada potongan melintang spesimen.

18 Pengujian Tarik Diameter pin Kode Spesifikasi specimen (weld metal) F Ultimate (mm) spesimen tebal lebar (mm) luasan (KN) (mm) (mm2) 5 I II I II I II

19 Pengujian Tarik (lanjutan) Diameter Tegangan Tegangan pin Kode ultimate rata-rata (mm) spesimen (MPa) (MPa) I Daerah putus Weld metal II Weld metal I Weld metal II Weld metal I Weld metal II Weld metal

20 Pengujian Tarik (lanjutan) Hasil foto makro setelah pengujian tarik

21 Pengujian Tarik (lanjutan) Kekuatan tarik minimum hasil pengelasan Aluminium 5083 adalah 270 MPa. Pada patahan segaris hasil pengujian tariknya lebih baik, hal ini dikarenakan tidak terdapat cacat pada bagian weld metal. Dari hasil foto makro diketahui juga bahwa pengelasan dengan diameter pin 6 mm adalah yang paling baik, dengan kedua spesimen mengalami patahan segaris lurus dan kuat tariknya memenuhi yaitu dengan ratarata MPa.

22 Pengujian Tekuk/Bending Diameter pin Spesimen Jenis Sudut Keterangan (mm) bending ( ) 1 root 32 Open defect 5 2 root 34 Open defect 3 face 180 No defect 4 face 180 No defect 1 root 11 Open defect 6 2 root 10 Open defect 3 face 180 No defect 4 face 180 No defect 1 root 24 Open defect 7 2 root 180 Open defect 3 face 180 No defect 4 face 180 No defect

23 Pengujian Tekuk/Bending (lanjutan) Tabel menunjukkan bahwa indikasi crack selalu muncul pada daerah root. Hal ini menunjukkan bahwa pada pengelasan friction stir welding, daerah root merupakan daerah yang paling lemah. Penyebab utama kegagalan pada daerah rootadalah cacat kissing bonds. Hasil terbaik diperoleh pada variasi diameter pin 7 mm, dengan sudut tekuk bagian root mencapai 180.

24 Kesimpulan Pengelasan dengan menggunakan portable pin hasilnya lebih bagus dibanding dengan fixed pin. Tool dengan portable pin bisa diatur depth nya, sehingga bisa digunakan untuk pelat dengan ketebalan yang berbeda beda. Hasil foto makro menujukan bahwa pada pengelasan dengan diameter pin 5 mm dan 7 mm terdapat cacat. Cacat pada diameter 5 mm adalah oxide array sepanjang 4 mm di weld metal, sedang pada diameter 7 mm terdapat cacat berupa Incomplete Penetration. Hasil foto makro terbaik adalah pengelasan menggunakan pin 6 mm. Berdasarkan pengujian tarik, semua spesimen patah di weld metal. Nilai rata rata untukpengelasandenganpin5mmdan7mmmasing masing adalah MPa dan MPa. Hasil yang paling memenuhi syarat ialah pengelasan denganpin 6 mm, yaitu rata rata kuat tariknya adalah MPa. Hasil pengujian tekuk menunjukkan bahwa semua spesimen pada bagian face diperoleh sudut tekuk 180. Daerah root seluruhnya mengalami open defect dengan sudut tekuk terbaik adalah 180 pada diameter pin 7 mm.

25 Kesimpulan Secara umum hasil pengelasan dengan pin berdiameter 5, 6 atau 7 mm adalah baik.tapi hanya pengelasan dengan pin berdiameter 6 mm yang kuat tariknya memenuhi. Sehingga pengelasan friction stir welding pada aluminium 5083 dengan tebal 4 mm untuk pre fabrication panel bangunan atas kapal sebaiknya menggunakan pin dengan diameter 6 mm.

26