BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Pada penelitian ini ada beberapa langkah yang dilakukan. Langkah langkah dalam proses pengerjaan las friction stir welding dapat dilihat pada Gambar 3.1 di bawah ini : Mulai Studi Literatur Persiapan Alat dan Bahan Proses Pengelasan Friction Stir Welding : 1. Putaran tool : 3600 rpm 2. Variasi feed rate Tidak Tersambung Ya Pembuatan Spesimen Proses Pengujian : Uji Struktur Makro dan Mikro, Uji Kekerasan, Uji Bending. Analisis Data Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 3.1. Diagram Alir Percobaan Friction Sir Welding 19

2 Pengadaan Alat dan Bahan Alat Penelitian a) Mesin Milling Mesin yang digunakan pada proses pengelasan friction stir welding adalah mesin milling vertikal. Mesin ini mempunyai fitur penggerak meja otomatis sehingga gerakan meja pada saat proses pengelasan friction stir welding dapat lebih stabil. Fungsi dari mesin milling adalah sebagai pemutar tool saat pengelasan. Prinsip kerjanya mengubah energi listrik menjadi energi gerak yang dilakukan oleh motor listrik. Selanjutnya energi gerak yang dihasilkan akan ditransmisikan menjadi gerakan memutar pada spindel mesin milling. Spesifikasi mesin milling ditunjukkan pada Tabel 3.1. berikut ini. Tabel 3.1. Spesifikasi Mesin Milling Spesifikasi Arus Listrik 3.64 Ampere 6,3 Ampere Tegangan 220 Volt 380 Volt Putaran Spindel 980 rpm 3600 rpm Berat Motor 26 Kg Gambar 3.2. Mesin Milling

3 21 b) Alat Uji Kekerasan Vickers Alat uji kekerasan vickers adalah alat yang digunakan pada pengujian kekerasan sambungan las FSW dengan material aluminium Gambar 3.3. Alat Uji Kekerasan Vickers c) Alat Uji Struktur Mikro Alat uji struktur mikro yang digunakan pada pengujian struktur mikro berupa mikroskop optis yang dihubungkan dengan komputer sebagai penangkap foto. Gambar 3.4. Alat Uji Struktur Mikro

4 22 d) Alat Uji Bending Alat yang digunakan pada pengujian bending hasil lasan adalah Universal Testing Machine. Hasil dari pengujian akan terlihat di layar komputer yang sudah terhubung dengan alat ini. Gambar 3.5. Universal Testing Machine e) Tool Tool adalah salah satu bagian terpenting dalam proses pengelasan friction stir weelding. Pada penelitian ini material yang digunakan untuk membuat tool adalah baja ST 90. Tool ini dibuat melalui proses bubut. Bentuk pin tool adalah silinder, dengan panjang dan diameter pin tool 5 mm. Sedangkan diameter shoulder 20 mm, dan panjang keseluruhan tool 100 mm.

5 23 Gambar 3.6. Desain Tool FSW f) Gerinda Mesin gerinda tangan digunakan untuk memotong hasil lasan menjadi spesimen uji. Prinsip kerja mesin gerinda adalah dengan mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Gerak memutar ini akan dimanfaatkan sebagai pemotongan atau pengikisan. Gambar 3.7. Gerinda Tangan

6 24 g) Tachometer Pada penelitian ini, tachometer digunakan untuk mengukur kecepatan putaran tool pada mesin milling. Gambar 3.8. Tachometer h) Ampelas Ampelas digunakan untuk menghaluskan permukaan spesimen sebelum dilakukan pengujian struktur mikro. Gambar 3.9. Ampelas i) Tang Tang digunakan untuk menjepit aluminium hasil lasan setelah tejadi pengelasan. Selain itu, tang juga berfungsi untuk menghilangkan rivet. Gambar Tang Jepit

7 25 j) Jangka Sorong Jangka sorong digunakan untuk mengukur spesimen yang akan dilas friction stir welding agar sesuai dengan standar ASTM E190. Gambar Jangka Sorong Bahan Penelitian Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah plat aluminium seri 5052 dengan ketebalan 5 mm. Adapun kandungan unsur dan kekuatan mekanik aluminium 5052 dapat dilihat pada tabel 3.1 dan tabel 3.2 berikut ini. Gambar Plat Aluminium 5052 Tabel 3.2. Kandungan Unsur Aluminium 5052 (ASM Aluminium H34) Unsur Al Cr Cu Fe Mg Mn Si Zn Jumlah (%) 95,7 97,7 0,15 0,35 Max 0,1 Max 0,4 2,2 2,8 Max 0,1 Max 0,25 Max 0,1

8 26 Tabel 3.3. Sifat Mekanik Aluminium 5052 (ASM Aluminium 5052-H34) Uji Satuan Metrik British Kekerasan Brinell Kekerasan Knoop Kekerasan Vickers Ultimate Tensile Strength 228 MPa psi Tensile Yield Strength 193 MPa psi Elongation at Break 12 % 12 % Modulus Elastisitas 70,3 MPa psi Poisson Ratio 0,33 0,33 Fatigue Strength 117 MPa psi Shear Modulus 25,9 GPa 3760 ksi Shear Strength 138 MPa psi 3.3. Waktu dan Tempat Penelitian Percobaan kali ini meliputi dua kegiatan utama, yaitu pembuatan dan pengujian spesimen. Waktu penelitian dimulai pada 15 Desember 2015 sampai 31 Agustus Beberapa tempat yang digunakan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut : a) Proses pengelasan friction stir welding dilakukan di Laboratorium Fabrikasi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. b) Pembuatan spesimen uji dilakukan di Laboratorium Fabrikasi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. c) Pengujian bending dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. d) Pengujian kekerasan dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin D3 Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.

9 27 e) Pengujian struktur makro dan mikro dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin D3 Universitas Gadjah Mada Yogyakarta Proses Penelitian Proses Pembuatan Tool Tool yang digunakan pada pengelasan friction stir welding ini berbahan dasar baja ST90. Pembuatan tool dilakukan di Laboratorium Proses Produksi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dengan menggunakan mesin bubut. Proses pembuatan tool dimulai dengan pengurangan diameter tool. Pada bagian pin tool berbentuk silinder dengan panjang 5 mm dan diameter 5 mm. Sedangkan pada bagian shoulder mempunyai panjang 95 mm dengan diameter 20 mm. Gambar Tool FSW Proses Pengelasan Pada penelitian kali ini, proses pengelasan friction stir welding menggunakan kecepatan putar spindel 3600 rpm. Sedangkan kecepatan feed rate bervariasi 2 cm/menit, 6 cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit.

10 28 Gambar Proses Pengelasan FSW Berikut ini adalah langkah-langkah dalam proses pengelasan friction stir welding, yaitu: 1. Menyetel putaran spindel di posisi 3600 rpm dengan cara memindahkan belt ke puli paling bawah pada mesin milling. 2. Menyalakan arus listrik pada MCB dengan objek mesin milling. 3. Memasang tool sesuai dengan ukuran collet pada mesin milling. Pastikan tool terpasang dengan posisi center serta rapat dan tidak longgar. 4. Memasang cekam pada meja kerja. Pasang cekam dengan menyetel benda kerja terlebih dahulu agar pin tool tetap kontak secara lurus terhadap dua sisi plat yang akan dilas. Setelah mendapati sudah lurus, maka kencangkan baut dengan kunci pas. 5. Menyetel laju pemakanan atau feed rate dengan kecepatan 2 cm/menit. 6. Menyalakan mesin miling dan menekan tool dengan perlahan ke plat aluminium dengan tujuan agar menimbulkan panas lokal. Setelah panas tidak bertambah (steady) kemudian jalankan meja kerja pada mesin milling. 7. Setelah pengelasan hampir selesai (1 cm dari ujung), matikan laju meja kerja. 8. Mengangkat tool dalam keadaan masih berputar lalu matikan mesin milling.

11 29 9. Tunggu panas dari almuminium sampai berkurang, lalu lepas plat aluminium dari cekam. 10. Mengulangi langkah-langkah diatas dengan menyetel laju feed rate 6 cm/menit, 12 cm/menit dan 16 cm/menit. Hasil dari proses di atas selanjutnya akan menjadi bahan penelitian pengaruh variasi feed rate terhadap hasil dari pengelasan dan sifat mekanik yang dihasilkan Persiapan dan Pengujian Spesimen Setelah plat aluminium sudah melalui proses pengelasan friction stir welding, maka selanjutnya adalah tahap persiapan proses pengujian. Persiapan ini dilakukan agar mendapatkan data yang valid Pengujian Bending Pengujian bending merupakan salah satu pengujian mekanik yang dilakukan terhadap spesimen dari bahan yang akan digunakan sebagai konstruksi atau komponen yang akan menerima pembebanan lengkung. Bending merupakan proses pembebanan terhadap suatu bahan pada suatu titik, tepat ditengah dari bahan yang ditahan di atas dua tumpuan. Dengan pembebanan ini, material akan mengalami deformasi dengan dua buah gaya yang bekerja berlawanan pada saat yang bersamaan. Proses pengujian bending memiliki dua macam pengujian, yaitu three point bending dan four point bending. Perbedaan dari kedua cara ini hanya terletak pada bentuk dan jumlah point yang digunakan, three point bending menggunakan dua point pada bagian bawah sebagai tumpuan dan satu point pada bagian atas sebagai penekan. Penelitian kali ini menggunakan three point bending sebagai metode pengujian bending.

12 30 Gambar Proses Pengujian Three Point Bending Untuk menghitung nilai kekuatan bending maka digunakan persamaan sebagai berikut:...(3.1) Keterangan rumus : σ P L b d = Tegangan lentur (MPa) = Beban/gaya yang terjadi (N) = Jarak point/span (mm) = Lebar spesimen (mm) = Ketebalan spesimen (mm)

13 31 Sebelum melakukan tes ini, hal yang harus dilakukan adalah membuat benda kerja yang ada menjadi spesimen uji bending. Dimensi spesimen harus dibentuk sesuai standard tertentu. Standard yang digunakan pada penelitian ini adalah ASTM E190. Adapun langkah-langkah dalam pembuatan spesimen sesuai dengan standard ASTM E190 adalah sebagai berikut: 1. Meratakan permukaan aluminium hasil pengelasan fricion stir welding. 2. Membentuk atau memotong plat aluminium sesuai dengan standar uji bending (ASTM E190), seperti yang ditunjukkan pada Gambar Spesimen uji dibersihkan dari kotoran dan diberi label sesuai dengan identitas variasinya. 170 Gambar Spesimen Uji Standar ASTM E190 Dari beberapa parameter maka dapat dibuat tabel sebagai acuan pelaksanaan penelitian pengelasan friction stir welding dengan variasi feed rate 2 cm/menit, 6 cm/menit, 12 cm/menit dan 18 cm/menit terhadap kekuatan bending bahan aluminium Tabel penelitian ditunjukkan pada Tabel 3.4. berikut ini.

14 32 Tabel 3.4. Tabel Rancangan Penelitian FSW pada Aluminium 5052 No Nilai Rata Kecepatan Beban Feed Rate Sisi Kekuatan rata Spindel Maksimal (cm/min) Bending Lentur Standar (rpm) (kn) (MPa) Deviasi Face Root Face Root Face Root Face Root Pengujian Kekerasan Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik dari suatu material. Uji kekerasan material harus diketahui untuk melihat perbedaan karakter material di sekitar area pengelasan. Pengujian ini dilakukan khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mengalami pergesekan dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri adalah keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak dapat kembali ke bentuk semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penekanan. Penekanan ini menggunakan identor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri seperti piramid dengan sudut 136. Beban yang dikenakan juga lebih kecil dibanding dengan pengujian Rockwell dan Brinell yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Hasil dalam pengujian ini akan dimuat dalam bentuk grafik. Tahapan yang dilakukan pada pengujian kekerasan adalah : 1. Persiapan sampel, yaitu tahap yang sama dengan persiapan sampel uji struktur mikro bahkan bisa menggunakan spesimen yang sama. 2. Kalibrasi mesin dengan menggunakan standard block hardness.

15 33 3. Melakukan pengujian kekerasan di sepanjang daerah pengelasan. Gambar Alat Uji Kekerasan Vickers Angka kekerasan Vickers (VHN) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) dari identor (diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136 /2). Gambar Bentuk Indentor Vickers (Callister, 2001) yaitu: Rumus untuk menentukan besarnya nilai kekerasan dengan metode vickers......(3.2) ( ) (3.3) Pengujian Metalografi Metalografi adalah ilmu yang mempelajari tentang cara pemeriksaan logam untuk mengetahui sifat, struktur, temperatur dan prosentase campuran logam

16 34 tersebut. Metalografi merupakan suatu pengetahuan yang khusus mempelajari struktur logam dan mekanisnya. Dalam metalografi dikenal pengujian makro dan struktur mikro. Tujuan dari pengujian struktur makro dan mikro adalah untuk melihat secara langsung penampang material pasca proses pengelasan friction stir welding. Pengujian struktur makro adalah pengujian yang menggunakan visual secara langsung terhadap spesimen dengan tujuan untuk mengetahui adanya celah dan lubang dalam permukaan bahan. Pengujian dengan metode ini biasanya digunakan pada material dengan struktur kristal yang tergolong besar dan kasar. Angka kevalidan pengujian makro berkisar antara 0,5 kali sampai 50 kali. Sedangkan pengujian mikro adalah proses pengujian terhadap material logam yang bentuk struktur kristalnya tergolong sangat halus. Pengujian struktur mikro ini menggunakan mikroskop optis dengan pembesaran antara 50 sampai 3000 kali. Sebelum melakukan pengujian metalografi ini, kita harus melakukan preparasi terlebih dahulu. Adapun bahan dan perlengkapan untuk pengujian metalografi yaitu gerinda tangan, grinding belt, ampelas dengan seri 100, 180, 400, 600, 1000, pasta autosol, bejana untuk etching reagents, etching reagents (aluminium 5052 menggunakan NaOH 50% + aquades) dan mikroskop metalurgi. Pemotongan (Sectioning) Pengamplasan (Grinding) Pemolsean (Polishing) Pemotretan Pengetsaan (Etching) Gambar Tahap Preparasi Pengujian Struktur Makro dan Mikro

17 35 Sebelum melakukan pengujian foto makro dan struktur mikro, ada beberapa tahapan untuk mempersiapkan spesimen uji. Tahapan tersebut adalah : a) Pemotongan (Sectioning) Pemotongan ini dipilih sesuai dengan bagian yang akan diamati struktur mikronya. Spesimen uji dipotong menggunakan gerinda tangan dengan ukuran seperlunya. b) Pengamplasan (Grinding) Grinding dilakukan secara bertahap menggunakan ampelas dari ukuran kecil hingga ukuran besar. Tahap ini bertujuan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan spesimen uji. c) Pemolesan (Polishing) Tahap ini dilakukan dengan cara memoles permukaan spesimen dengan kain yang telah diolesi autosol. Pemolesan ini dilakukan dengan tujuan agar menghasilkan permukaan spesimen yang mengkilap dan tidak ada goresan. d) Pengetsaan (Etching) Hasil dari proses pemolesan akan berupa permukaan logam yang mengkilap seperti cermin. Agar struktur terlihat jelas maka permukaan tersebut dietsa. Jangan melakukan pengetsaan terlalu kuat karena akan terjadi kegosongan pada benda uji. e) Pemotretan Tahap ini dimaksudkan untuk mendapatkan gambar struktur mikro dari spesimen uji setelah difokuskan terlebih dahulu dengan mikroskop.