JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 commit to user

Transkripsi

1 STUDI SIFAT MEKANIK PADA SAMBUNGAN LAS FRICTION STIR WELDING LOGAM TAK SEJENIS ANTARA BAJA KARBON ST.37 DAN ALUMINIUM AA 5052 DENGAN PIN KONUS DAN PREHEAT SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : SAPTO RIYATNO NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

2 KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET. FAKULTAS TEKNIK,URUSAN TEKNIK MESIN JI. lr. Sutami 36A Surakarta tlp web: SURAT TUGAS PEMqIMBING DAN PENGU'I TUGAS AKHIR PROGRAM SARJANA TEKNIK MESIN UNS Program'Studi :S1 Non Reguler Nomor : O553/TA/S 1/O8/2O14 Nama N!M Bidang Pembimbing 1 :SAPTO RIYATNO :114O9024 :llmu Bahan :Dr. TRIYONO, ST., MT./L Pembimbing 2 :NURUL MUHAYAT, ST,MT/197OO O21OOL Penguji : 1. TEGUH TRIYONO, ST MEng/ 1971O43O1998O21OO1 2. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T./ X.971O1O lndri Yan i n gsi h, S.T., M.T/ 19860T O42OL2L22AO4 Mata Kuliah Pendukung I.TEKNOLOG pe NG ELASAN(MSO5O53-10) 2. METATURGt FtSIK(MS34O12-10) 3.TEKNOLOG! SERBUK(MSO4O23-10) JudulTugas Akhir "STUDI SIFAT MEKANIK PADA SAMBUNGAN LAS FRICTION STIR WELDING LOGAM TAK SETENIS ANTARA BA,A KARBON ST.37 DAN ALUMINIUM AA 5052 DENGAN PIN KONUS DAN PREHEAT'' O :O6:42 Teknik Mesin, -:*busan : l/ahasiswa ybs. - I lcsen Pembimbing TA ybs. : (:ordinator TA..1. l-< n susllo, sr,mt re Hal ldari thal.

3 STUDI SIFAT MEKANIK PADA SAMBUNGAN LAS FRICTION,S.rIN WELDING LOGAM TAK SEJENIS ANTARA BAJA KARBON ST.37 DAN ALUMINIUM AA 5052 DENGAN PIN ru KONUS DAN PREHEAT Disusun oleh :, SaDto Riyatno NIM Pembimbing I Pembimbing II Dr. Triyono. ST.. MT. }\IIP. 1974A A3rc02 NIP I Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis tanggal 30 April 2015 : Teguh Triyono. ST.. M.Eng NrP I Heru Sukanto. ST.. MT NrP. 1972}nfi Indri Yaningsih. ST.. MT NIP. I ffi Mengetahui: Koordinator Tu ilo, S.T.. M.T t997A2 I 00 I 11r DR.ENG. Syamsul Hadi..ST.. MT NrP I

4 STUDI SIFAT MEKANIK PADA SAMBUNGAN LAS FRICTION STIR WELDING LOGAM TAK SEJENIS ANTARA BAJA KARBON ST.37 DAN ALUMINIUM AA 5052 DENGAN PIN KONUS DAN PREHEAT Sapto Riyatno Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36 A Solo saptoriyatno@yahoo.com Abstrak Penelitian ini mempelajari sambungan las logam tak sejenis Baja Karbon St.37 dan Aluminium AA Pin konus dan preheat dengan nyala Oxy Asitelin digunakan dalam proses friction stir welding. Friction Stir Welding dioperasikan dengan angka putaran 630 rpm, kecepatan gerak meja 25 mm/menit, 32 mm/menit dan 40 mm/menit dengan kedalaman pembenaman tool 2,95mm. Welding tool terbuat dari bahan Bohler Amutit yang dikeraskan mencapai 59 HRc dengan penampang pin berbentuk konus. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan, pengamatan foto makro dan struktur mikro. Hasil pengujian mekanis menunjukkan bahwa kekuatan tertinggi pada uji tarik dan tekuk terdapat pada hasil pengelasan dengan welding speed 32 mm/menit. Pada pengujian kekerasan, nilai kekerasan dipengaruhi oleh ukuran butir yang keberadaannya dihasilkan oleh temperatur pada saat proses pengelasan dan penyambungan logam Al Fe menghasilkan sambungan inter metallic compounds dimana sambungan tersebut mempengaruhi kekerasan pada pengelasan. Kata kunci:friction Stir Welding,logam tak sejenis,welding speed, kekuatan mekanis iv

5 THE STUDY OF MECHANICAL CHARACTERIZATION IN DISSIMILAR FRICTION STIR WELDING BETWEEN CARBON STEEL ST. 37 AND ALUMUNIUM AA 5052 BY USING CONES PIN AND PREHEAT Sapto Riyatno Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University Jl. Ir. Sutami 36 A Solo saptoriyatno@yahoo.com Abstract This research studied of dissimilar metal friction stir welding between carbon steel St. 37 and Aluminum AA Cones pin and Oxy Acytelin torch were used in preheat the friction stir welding process. Friction Stir Welding process were conducted with rotation tool at 630 rpm, various welding speed of 25 mm/ minutes, 32 mm/minutes and 40 mm/ minutes and the tool depth plunge of 2,95 mm. Welding tool was made of Bohler Amutit which is harden by 59 HRc with cones pin. Tensile strength, bending strength, hardness, and micro structure. were investigated todetermine the physical dan mechanic properties of weld joint. The welding speed of 32 mm/ minutes result in the best FSW, it s tensile strength was 89 Mpa, face bending strength was 389,440 Mpa and root bending strength was 327,379 Mpa. The result of hardness, value of the hardness is affected by the grain size were its appearance is caused by temperature during the welding process and joint dissimilar metal Al Fe result inter metallic compounds joint, were the joint affected the hardness of welding Key words: Friction Stir Welding, dissimilar metal, welding speed, mechanical strength. v

6 MOTTO Untuk segala sesuatu ada masanya, untuk apa pun di bawah langit ada waktuya Ada waktu untuk lahir, ada waktu untuk meninggal, ada waktu untuk menanam, ada waktu mencabut yang ditanam Ada waktu untuk menangis, ada waktu untuk tertawa, ada waktu untuk meratap; ada waktu untuk menari; Ada waktu untuk mengasihi, ada waktu untuk membenci, ada waktu untuk perang, ada waktu untuk damai Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya, bahkan Ia memberikan kekekalan dalam hati mereka. Tetapi manusia tidak dapat menyelami pekerjaan yang dilakukan Allah dari Awal sampai akhir. Dan bahwa setiap orang dapat makan, minum dan menikmati kesenangan dalam segala jerih payahnya, itu juga adalah pemberian Allah. Persembahan Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada : Istri dan kedua anakku yang memaknai hidupku Bapak dan almarhum Ibu yang mengajarkan prinsip hidup Saudara -saudaraku yang mengasihiku Teman-teman UNS ATMI yang membuat suasana kuliah dan kerja penuh dengan semangat dan kegembiraan Almamaterku vi

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Allah yang telah melimpahkan segala rahmat dan berkat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir penelitian yang berjudul Studi sifat mekanik pada sambungan Friction Stir Welding logam tak sejenis antara baja karbon St.37 dan Aluminium AA 5052 dengan pin konus dan preheat dengan baik. Maka dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Bapak Dr. Triyono, ST., MT,.selaku pembimbing I dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 3. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 4. Bapak Danardana, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi S1 Non-Reg Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 5. Dosen-dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis selama ini. 6. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Mesin, atas segala kesabaran dan pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran penyelesaian skripsi ini. 7. Rekan rekan Instruktor WAP, CT dan WAD di Politeknik ATMI Surakarta yang sudah banyak membantu dalam mempersiapkan dan menyelesaikan percobaan pengelasan dalam tugas akhir ini. 8. Rekan rekan Logistik dan MDC di PT. ATMI Solo yang banyak membantu dalam pekerjaan selama penulis absen untuk penyelesaian tugas akhir ini. 9. Rekan-rekan sesama mahasiswa Swadaya Transfer 2009, atas segala kekompakan dan kerjasamanya. 10. Rekan - rekan satu tim FSW Supriyadi, Indra, Handi, Radian atas kerja sama, kekompakan, semangat, dan keceriaan selama penyelesaian tugas akhir ini. vii

8 11. Lisa, Abel dan Muel atas dukungan dan kesabarannya mendampingi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. This is all for you 12. Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, atas segala bimbingan, bantuan, kritik dan saran dalam penyusunan skripsi ini. Penulis juga menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Surakarta, 30 April 2015 viii

9 DAFTAR ISI Halaman Abstrak...iv Kata Pengantar...vii Daftar Isi... ix Daftar Tabel... xi Daftar Gambar... xii Daftar Lampiran...xv BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Sistematika Penulisan...3 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW) Parameter Friction Stir Welding Tool Kecepatan Putar Tool Kecepatan Pengelasan Depth Plunge Preheating Aluminium Paduan Aluminium Paduan Baja Karbon Rendah St Pengujian Spesimen Pengujian Tarik Pengujian Tekuk Pengujian Kekerasan ix

10 2.6.4 Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan Penelitian Peralatan Penelitian Peralatan Untuk Pembuatan Spesimen dan Proses Pengelasan Peralatan Untuk Pengujian Spesimen Pelaksanaan Pengelasan Parameter Pengelasan Proses Pengelasan Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan Uji Kekerasan (Hardness Test) Uji Tekuk Uji Tarik Pengamatan Struktur Mikro dan Foto Makro Diagram Alir Penelitian BAB IV. DATA DAN ANALISA 4.1 Analisa Visual Analisa Temperatur Pengelasan Analisa Foto Makro Analisa Struktur Mikro Analisa Kekuatan Tarik Analisa Kekuatan Tekuk Analisa Kekerasan...55 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN...62 x

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Data hasil distribusi temperatur Tabel 4.2 Data pengujian tarik...50 Tabel 4.3 Data regangan Tabel 4.4 Data pengujian face bending...53 Tabel 4.5 Data pengujian root bending...54 Tabel 4.6 Data pengujian micro vickers xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Foto makro hasil pengelasan FSW... 6 Gambar 2.2 Prinsip kerja FSW...7 Gambar 2.3 Pencekaman benda kerja...8 Gambar 2.4 Variasi sambungan las FSW... 8 Gambar 2.5 Beberapa profil permukaan pin...10 Gambar 2.6 Beberapa penampang profil shoulder Gambar 2.7 Gerakan tool...10 Gambar 2.8 Posisi tool terhadap benda kerja Gambar 2.9 Pengelasan metode FSW dengan induction preheat...12 Gambar 2.10 Diagram Fasa Al-Mg Gambar 2.11 Diagram Fe C Gambar 2.12 Pengujian tarik Gambar 2.13 Mekanisme pengujian three point bending Gambar 2.14 Pengujian Micro Vickers secara skematis Gambar 2.15 Skema pengamatan struktur mikro Gambar 3.1 Base metal aluminium...21 Gambar 3.2 Base metal baja karbon St Gambar 3.3 Geometri tool Gambar 3.4 Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel...22 Gambar 3.5 Mesin Cutting Gambar 3.6 Mesin Milling Gambar 3.7 Peralatan pengukur temperatur dan laptop Gambar 3.8 Dial untuk mengatur ketegaklurusan dan kesejajaran Gambar 3.9 Dialcaliper Gambar 3.10 Asitelin welding unit Gambar 3.11 Infrared pyrometer Gambar 3.12 Kikir Gambar 3.13 Alat uji tarik dan bending Gambar 3.14 Mikro Vickers Machine xii

13 Gambar 3.15 Alat uji foto struktur mikro Gambar 3.16 Pemasangan termokopel dan alat pengukur temperatur Gambar 3.17 Pemasangan backing plate...28 Gambar 3.18a Pemasanganbase metal dan proses dial Gambar 3.18b Posisi pencekaman secara keseluruhan...29 Gambar 3.19 Parameter proses pengelasan Gambar 3.20 Proses masuknya tool dan preheat asitelin welding Gambar 3.21 Proses Friction Stir Welding...30 Gambar 3.22 Exit hole Gambar 3.23 Layout pemotongan spesimen uji Gambar 3.24 Posisi titik pengujian kekerasan...32 Gambar 3.25 Spesimen uji tekuk...32 Gambar 3.26 Spesimen uji tarik Gambar 3.27 Spesimen uji struktur mikro dan makro...34 Gambar 3.28 Diagram alir penelitian Gambar 4.1 Hasil pengelasan pada welding speed 25 mm/menit...36 Gambar 4.2 Kontur permukaan weld joint pada welding speed 25 mm/menit Gambar 4.3 Exit hole pada welding speed 25 mm/menit Gambar 4.4 Hasil pengelasan pada welding speed 32 mm/menit...38 Gambar 4.5 Kontur permukaan weld joint pada welding speed 32 mm/menit Gambar 4.6 Exit hole pada welding speed 32 mm/menit Gambar 4.7 Hasil pengelasan pada welding speed 40 mm/menit...39 Gambar 4.8 Kontur permukaan weld joint pada welding speed 40 mm/menit Gambar 4.9 Exit hole pada welding speed 40 mm/menit Gambar 4.10 Perbandingan hasil pengelasan pada ketiga penampang Welding speed Gambar 4.11 Gambar Skema posisi termokopel Gambar 4.12 Hubungan antara welding speed dan temperatur pengelasan...41 xiii

14 Gambar 4.13 Foto makro spesimen dengan welding speed 25 mm/menit...43 Gambar 4.14 Foto makro spesimen dengan welding speed 32 mm/menit...43 Gambar 4.15 Foto makro spesimen dengan welding speed 40 mm/menit...43 Gambar 4.16 Mikro struktur pada welding speed 25 mm/menit Gambar 4.17 Mikro struktur pada welding speed 32 mm/menit Gambar 4.18 Mikro struktur pada welding speed 40 mm/menit Gambar 4.19 HAZ pada welding speed 25 mm/menit...46 Gambar 4.20 HAZ pada welding speed 32 mm/menit...46 Gambar 4.21 HAZ pada welding speed 40 mm/menit...47 Gambar 4.22 Weld nugget pada welding speed 25 mm/menit...47 Gambar 4.23 Weld nugget pada welding speed 32 mm/menit...48 Gambar 4.24 Weld nugget pada welding speed 40 mm/menit...48 Gambar 4.25 Spesimen uji tarik standard AWS D Gambar 4.26 Foto hasil uji tarik Gambar 4.27 Hubungan antara welding speed dan kekuatan tarik...50 Gambar 4.28 Hubungan antara welding speed dan regangan...51 Gambar 4.29 Foto Spesimen uji Tekuk face bending...52 Gambar 4.30 Hubungan antara welding speed dan kekuatan tekuk face bending Gambar 4.31 Foto Spesimen uji Tekuk root bending...54 Gambar 4.31 Hubungan antara welding speed dan kekuatan tekuk root bending...55 Gambar 4.33 Grafik hubungan nilai kekerasan dan posisi titik uji xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Data pengujian tarik welding speed 25 mm/menit spesimen 1 Lampiran 2 Data pengujian tarik welding speed 25 mm/menit spesimen 2 Lampiran 3 Data pengujian tarik welding speed 32 mm/menit spesimen 1 Lampiran 4 Data pengujian tarik welding speed 32 mm/menit spesimen 2 Lampiran 5 Data pengujian tarik welding speed 40 mm/menit spesimen 1 Lampiran 6 Data pengujian tarik welding speed 40 mm/menit spesimen 2 Lampiran 7 Data pengujian tekuk face welding speed 25 mm/menit spesimen 1 Lampiran 8 Data pengujian tekuk face welding speed 32 mm/menit spesimen 1 Lampiran 9 Data pengujian tekuk face welding speed 32 mm/menit spesimen 2 Lampiran 10 Data pengujian tekuk face welding speed 40 mm/menit spesimen 1 Lampiran 11 Data pengujian tekuk face welding speed 40 mm/menit spesimen 2 Lampiran 12 Data pengujian tekuk root welding speed 25 mm/menit spesimen 1 Lampiran 13 Data pengujian tekuk root welding speed 25 mm/menit spesimen 2 Lampiran 14 Data pengujian tekuk root welding speed 32 mm/menit spesimen 1 Lampiran 15 Data pengujian tekuk face welding speed 32 mm/menit spesimen 2 Lampiran 16 Data pengujian tekuk face welding speed 40 mm/menit spesimen 1 Lampiran 17 Data pengujian tekuk face welding speed 40 mm/menit spesimen 2 xv