BAB IV DATA DAN ANALISA

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Pengelasan Pada penelitian ini, proses pengelasan menggunakan mesin milling merk Mikron tipe WF 2SA buatan Swiss dan parameter mesin yang digunakan disesuaikan dengan kemampuan mesin tersebut. Pengelasan dilakukan untuk 3 variasi penampang profil pin, yaitu lingkaran, flatten 2, dan flatten 3 yang masingmasing hasil percobaan akan dipaparkan sebagai berikut : a. Percobaan pada spesimen I pin lingkaran Proses pengelasan ini menghasilkan sambungan las seperti pada gambar mm Gambar 4.1. Hasil pengelasan pada pin lingkaran b. Percobaan pada spesimen II pin flatten 2 Proses pengelasan ini menghasilkan sambungan las seperti pada gambar mm Gambar 4.2. Hasil pengelasan pada pin flatten 2 c. Percobaan pada spesimen III pin flatten 3 Proses pengelasan ini menghasilkan sambungan las seperti pada gambar mm Gambar 4.3. Hasil pengelasan pada pin flatten 3 37

2 digilib.uns.ac.id Analisa Visual Analisa ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh parameter pengelasan terhadap sambungan las yang dihasilkan secara visual. Analisa ini berupa pengamatan terhadap kontur permukaan sambungan las, exit hole dan cacat yang mungkin terjadi pada saat proses pengelasan. Analisa visual untuk setiap spesimen akan dijelaskan sebagai berikut. a. Spesimen I Kontur permukaan weld joint line spesimen I (pin lingkaran) yang ditampilkan melalui gambar 4.4 cukup halus dan rapi. 20 mm Gambar 4.4. Kontur permukaan weld joint pada spesimen I Pada kontur permukaan weld joint spesimen I ini terdapat sedikit weld flash, yaitu diskontinuitas permukaan yang terjadi akibat material lunak terekstrusi keluar permukaan di sekitar tool shoulder sebagai akibat volume tool yang tercelup di bawah permukaan material yang besarnya tergantung dari tool tilt angle yang digunakan. Salah satu kekurangan dari proses FSW adalah terbentuknya lubang pada akhir pengelasan ketika tool ditarik keluar sesaat setelah proses pengelasan berakhir dan biasanya lubang ini dinamakan dengan exit hole. Bagian exit hole spesimen I seperti tampak pada gambar 4.5 memiliki cacat berupa garis / celah sejajar joint line. Cacat ini oleh Mishra dan Mahoney, 2007 disebut sebagai cacat joint line renmant atau kissing bond. Cacat ini menandakan material tidak teraduk dan terdeformasi dengan sempurna sehingga secara otomatis hasil sambungan las tidak sempurna atau mengalami cacat las. Pembahasan lebih lanjut mengenai cacat joint line renmant akan dipaparkan di bagian analisa foto makro.

3 digilib.uns.ac.id 39 joint line renmant 10 mm Gambar 4.5. Exit hole pada spesimen I b. Spesimen II Kontur permukaan weld joint line spesimen II (pin flatten 2) yang ditampilkan melalui gambar 4.6, terlihat tidak serapi spesimen I dan dengan weld flash sedikit lebih banyak. Pengadukan yang menghasilkan deformasi lebih di dalam material namun dengan tekanan yang cukup, dapat memunculkan weld flash di kedua sisi joint line. 20 mm Gambar 4.6. Kontur permukaan weld joint dan weld flash pada spesimen II Bagian exit hole spesimen II seperti tampak pada gambar 4.7, mempunyai bentuk yang hampir sempurna, tidak memiliki cacat seperti spesimen I. Kondisi ini dapat digunakan sebagai tanda bahwa spesimen ini mengalami pengadukan yang cukup baik. 10 mm Gambar 4.7. Exit hole pada spesimen II

4 digilib.uns.ac.id 40 c. Spesimen III Spesimen III (pin flatten 3) seperti yang diperlihatkan melalui gambar 4.8, memiliki permukaan weld joint dengan kontur dan bentuk yang hampir sama dengan spesimen II. Weld flash terbentuk di sepanjang joint line dan berada di sisi advancing side. 20 mm Gambar 4.8. Kontur permukaan weld joint dan weld flash pada spesimen III Gambar 4.9 menunjukkan exit hole dari spesimen III. Bagian dalam dari exit hole mendekati sempurna dan tidak terdapat lubang sehingga secara visual dapat diambil kesimpulan bahwa sambungan las untuk spesimen ini tidak mengalami cacat las. 10 mm Gambar 4.9. Exit hole pada spesimen III d. Perbandingan Spesimen I - II - III Perbandingan hasil sambungan las untuk proses pengelasan pada ketiga penampang profil pin ditunjukkan pada gambar 4.10.

5 digilib.uns.ac.id 41 lingkaran direction of welding flatten 2 tool rotation retreat flatten 3 advance flash 20 mm Gambar Perbandingan hasil pengelasan pada ketiga penampang pin Gambar 4.10 menunjukkan bahwa pin flatten 3 dengan jumlah sisi pengaduk yang lebih banyak menghasilkan weld flash di sisi advance yang juga lebih banyak. Mishra dan Ma, 2005 menegaskan bahwa banyaknya flash muncul sebagai akibat terlalu dalamnya penetrasi tool serta terlalu besarnya tool tilt angle. Keduanya menyebabkan adanya desakan ke dalam material lunak yang akhirnya muncul ke permukaan di tepi pengelasan. Namun dalam penelitian ini, desakan material keluar lebih banyak disebabkan oleh perbedaan profil pin. FSW dengan jumlah pengadukan yang lebih banyak menyebabkan aliran material lunak yang lebih banyak pula. Aliran material yang terhindar dari penekanan shoulder ini mengakibatkan terbentuknya juga weld flash yang lebih banyak. Adanya weld flash akan mempengaruhi kekuatan sambungan, hal ini dikarenakan berkurangnya penampang sambungan yang akan menahan beban luar. Selain itu dengan pengadukan yang lebih banyak juga akan menyebakan deformasi di dalam sambungan meningkat. Deformasi yang bersifat plastis ini akan menghasilkan panas sehingga temperatur pengelasan-pun meningkat.

6 digilib.uns.ac.id Analisa Temperatur Pengelasan Dalam penelitian ini, untuk mengetahui temperatur permukaan spesimen saat proses pengelasan, dilakukan dengan menggunakan dua buah termokopel yang dilekatkan pada bagian bawah dari spesimen. Satu termokopel dipasang pada bagian sisi advance dan yang satunya lagi dipasang pada bagian sisi retreat. Gambar 4.11 menunjukkan skema pemasangan termokopel pada saat pengujian. Gambar Skema posisi termokopel Gambar 4.12 berikut ini berisi data temperatur pengelasan pada saat proses pengelasan untuk masing-masing variasi penampang profil pin yang terdiri dari bagian sisi advance dan sisi retreat. Advance Retreat lingkaran flatten 2 flatten 3 Gambar Hubungan antara penampang profil pin dan temperatur pengelasan Temperatur pengelasan dari penampang pin lingkaran ke flatten 2 dan flatten 3 mengalami peningkatan baik pada bagian sisi advance maupun sisi retreat. Pada bagian sisi advance, temperatur pengelasan terendah terjadi pada pin lingkaran dengan nilai 319,615 commit C dan to user temperatur pengelasan tertinggi pada

7 digilib.uns.ac.id 43 pin flatten 3 dengan nilai 336,014 C. Pada bagian sisi retreat, temperatur pengelasan terendah terjadi pada pin lingkaran dengan nilai 274,383 C dan temperatur pengelasan tertinggi pada pin flatten 3 dengan nilai 318,909 C. Kondisi temperatur pengelasan yang semakin tinggi pada saat jumlah sisi pengaduk pada pin semakin banyak dapat dianalisa sebagai akibat munculnya tambahan panas karena gesekan dan deformasi plastis di dalam material yang telah melunak. Desain pin memberikan pengaruh utama terhadap panas akibat gesekan dan deformasi ( Mishra dan Mahoney, 2007 ). Apabila dihubungkan dengan pengamatan visual di bagian exit hole, cacat joint line renmant pada spesimen pin lingkaran muncul karena proses pengelasan tidak mencapai temperatur yang maksimal. Pin lingkaran tidak mampu menghasilkan kedalaman deformasi yang cukup pada kedua permukaan sambungan, sehingga temperatur pengelasan yang dihasilkan pun kurang maksimal. Deformasi adukan dibutuhkan untuk menghasilkan sambungan yang baik pada kedua material. Karena kurangnya penetrasi deformasi, terbentuklah cacat sambungan yang disebut sebagai joint line renmant atau kissing bond (Mishra dan Mahoney, 2007). Data temperatur pengelasan menunjukkan temperatur pada bagian sisi advance cenderung lebih tinggi daripada bagian sisi retreat. Hal ini terjadi disebabkan pada sisi advance memiliki resultan kecepatan gerak tool yang lebih besar dibanding sisi retreat. Mishra dan Mahoney (2007) menyebutkan bahwa sisi advance adalah sisi di mana gerak putar tool searah dengan gerak taranslasi tool, atau berlawanan dengan arah aliran material. Dua arah gerak tool yang sama menjadikan peningkatan pada resultan kecepatan. Kecepatan yang meningkat dan melawan arah aliran material menghasilkan gesekan tool yang banyak pada permukaan dan di dalam benda kerja. Gesekan yang lebih banyak pada sisi advance akan menghasilkan peningkatan temperatur pengelasan. 4.4 Analisa Foto Makro Pengamatan secara makro bertujuan untuk meneliti penampang sambungan las terutama pada bagian weld zone. Melalui pengamatan foto makro

8 digilib.uns.ac.id 44 diperoleh data kualitas hasil FSW serta cacat-cacat yang mungkin timbul selama proses pengelasan. Kualitas hasil pengelasan untuk ketiga variasi penampang pin dapat dilihat pada gambar 4.13 sampai dengan gambar joint line renmant 2 mm incomplete penetration Gambar Foto makro spesimen dengan pin lingkaran 2 mm incomplete penetration Gambar Foto makro spesimen dengan pin flatten 2 2 mm Gambar Foto makro spesimen dengan pin flatten 3 Foto makro spesimen dengan pin lingkaran menunjukkan adanya cacat las berupa rongga yang cukup besar (void atau incomplete penetration) dan tidak menyatunya aliran material (joint line renmant atau kissing bond) di daerah fussion line. Hal ini terjadi karena panas yang dibangkitkan untuk proses pengelasan kurang tinggi dan proses pengadukan tidak sempurna. Pengamatan temperatur pengelasan membuktikan bahwa pin lingkaran tidak mencapai temperatur yang maksimal. Tempertur yang rendah sebagai fenomena awal akan terciptanya hasil pengelasan yang kurang baik, yaitu berupa cacat pada daerah sambungan. Kim, dkk (2006) menyebutkan ada tiga jenis cacat pada proses FSW, yaitu pertama adalah weld flash terlalu banyak akibat dari panas dan deformasi

9 digilib.uns.ac.id 45 yang berlebihan, kedua adalah muncul rongga akibat panas yang kurang dan yang ketiga adalah terjadi rongga akibat proses pengadukan yang tidak sempurna. Mishra dan Mahoney (2007) juga membahas mengenai cacat FSW, salah satunya adalah cacat rongga seperti yang muncul pada spesimen pin lingkaran. Rongga di dekat advance side ini muncul karena desain pin yang kurang tepat, sehingga tidak dapat memaksa material bergeser memenuhi rongga yang ditinggalkan pin di belakangnya. Hal ini dapat dikatakan bahwa pin lingkaran tidak dapat menghasilkan deformasi adukan yang cukup untuk menghasilkan sambungan FSW pada aluminium Hasil pengelasan menggunakan pin flatten 2 yang diperlihatkan pada gambar 4.13 tidak menunjukkan adanya rongga di bagian tengah stirring zone, namun pada bagian bawah terlihat rongga (incomplete penetration) yang keluar sampai dengan dasar sambungan. Cacat yang terlihat tidak sebesar yang terjadi pada pin lingkaran karena temperaturnya yang lebih tinggi. Munculnya cacat meskipun kecil sebagai bukti bahwa pemilihan pin flatten 2 masih kurang tepat untuk proses FSW pada aluminium Cacat rongga ini muncul karena putaran pin flatten 2 tidak cukup menghasilkan panas dan aliran material yang merata di dasar sambungan. Celah awal pertemuan kedua sisi plat di bagian dasar ini tidak sempat melunak dan tidak terisi aliran material. Fujii, dkk (2006) melakukan berbagai percobaan yang sama untuk mengetahui desain tool FSW yang tepat. Dalam penelitian tersebut, Fujii dkk (2006) menyebutkan bahwa material aluminium 5083 adalah material dengan resistensi yang tinggi terhadap deformasi plastis pada temperatur tinggi. Desain tool yang cukup kompleks dibutuhkan pada putaran tinggi untuk menghasilkan penetrasi deformasi yang cukup untuk menyambungkan kedua permukaan tanpa cacat. Penelitian ini tidak memvariasikan angka putaran tool. Angka putaran yang dipilih adalah angka maksimal yang mampu dihasilkan mesin. Melalui berbagai percobaan pengelasan, angka putaran yang paling maksimal adalah 1125 rpm masih kurang tinggi dibandingkan dengan yang dilakukan Fujii, dkk di tahun 2006 yaitu dengan putaran sebesar 1500 rpm. Namun dengan hanya tebal material 4 mm dan kedalaman penetrasi 3,85 mm, tool dengan profil pin flatten 3 tebukti cukup menghasilkan sambungan tanpa commit cacat. to user

10 digilib.uns.ac.id 46 Pengelasan dengan pin flatten 3 menghasilkan data temperatur yang paling tinggi dibanding pengelasan dengan pin lingkaran dan flatten 2. Temperatur yang paling tinggi mengindikasikan adanya deformasi yang paling besar di dalam benda kerja. Pin flatten 3 terbukti cukup untuk melawan sifat resistensi deformasi yang dimiliki aluminium 5083 pada temperatur tinggi. Hal ini memperkuat analisa bahwa pin flatten 3 memberikan hasil pengelasan yang paling baik dan tanpa cacat seperti yang ditunjukkan pada gambar Deformasi dari pin flatten 3 cukup untuk membuat sambungan yang lebih baik dari pada dengan pin flatten 2 dan lingkaran. 4.5 Analisa Struktur Mikro Analisa struktur mikro adalah pemeriksaan struktur kristal dengan menggunakan mikroskop. Aluminium 5083 H116 adalah jenis aluminium paduan yang mendapatkan perlakuan strain hardening melalui proses cold working dengan sifat mampu las dan daya tahan korosi yang baik. Dalam penelitian ini, 1 buah spesimen diambil dari masing-masing proses pengelasan dan daerah yang diamati meliputi base metal, weld nugget dan HAZ. Hasil pengamatan terhadap daerah base metal, HAZ dan weld nugget pada semua spesimen menunjukkan bahwa butir mengalami perubahan bentuk dan ukuran setelah mengalami proses FSW. Analisa struktur mikro pada tiap bagian spesimen akan diterangkan lebih lanjut pada pembahasan berikut. a. Base Metal Gambar 4.16 menampilkan foto struktur mikro dari base metal. Daerah base metal adalah daerah unaffected yang terletak jauh dari pusat lasan, sehingga material tidak mengalami deformasi dan perubahan struktur mikro maupun mechanical properties. Bentuk butir yang tampak pada daerah base metal Aluminium 5083 yaitu berbentuk agak pipih. Bentuk butir ini dikarenakan proses perlakuan cold working atau strain hardening pada saat pembuatannya. Perlakuan ini mendeformasi bentuk butir sampai ukuran tertentu melalui proses rol atau tekan untuk mendapatkan kekuatan dan kekerasan yang diinginkan. Setelah

11 digilib.uns.ac.id 47 mengalami cold working, bentuk butir ini berubah menjadi pipih dengan arah perpanjangan sesuai dengan arah pengerolan. 10 µm Gambar Base metal aluminium paduan 5083 H116 b. HAZ Gambar 4.17 sampai 4.19 memperlihatkan foto struktur mikro daerah HAZ untuk ketiga spesimen. Ketiga gambar HAZ tersebut menunjukkan bahwa butir-butir mengalami grain growth, yaitu perubahan bentuk dari yang semula berbentuk pipih pada daerah base metal, menjadi membesar berbentuk oval dan hampir bulat. Selain itu, secara umum dapat diketahui bahwa butiran tersebut tidak terdeformasi mekanis yang mengakibatkan butir berubah orientasinya, hal ini disebabkan pada daerah HAZ struktur mikro hanya mendapatkan pengaruh panas dari pengelasan. Selain mempengaruhi struktur mikro, panas pengelasan juga akan mempengaruhi perubahan sifat mekanik pada daerah HAZ (Mishra dan Ma, 2005). 10 µm Gambar HAZ pada pin lingkaran

12 digilib.uns.ac.id µm Gambar HAZ pada pin flatten 2 10 µm Gambar HAZ pada pin flatten 3 Perubahan struktur mikro pada hasil pengelasan FSW menurut Mishra dan Ma (2005) dipengaruhi oleh pemilihan geometri tool, temperatur pengelasan yang dihasilkan, serta komposisi benda kerja. Pembahasan di awal menyebutkan bahwa profil pin flatten 3 menghasilkan temperatur pengelasan yang paling tinggi. Secara teori, temperatur yang tinggi akan menghasilkan dampak grain growth yang paling besar pada struktur mikro di daerah HAZ. Pengujian tarik yang dilakukan Mishra dan Ma (2005) mendapatkan hasil terlemah pada daerah HAZ apabila pengelasan berlangsung sempurna tanpa cacat di daerah sambungan. Daerah HAZ identik dengan daerah yang memiliki kekuatan mekanis yang rendah. Namun cacat pengelasan adalah kelemahan terbesar pada sambungan FSW (Fujii dkk, 2006).

13 digilib.uns.ac.id 49 c. Weld Nugget Daerah weld nugget adalah daerah yang struktur mikronya dipengaruhi oleh panas pengelasan dan daerah yang terdeformasi secara mekanik dengan adanya adukan dari pin. Gambar 4.20 sampai 4.22 memperlihatkan foto struktur mikro di daerah weld nugget. Pada daerah weld nugget ini, butir berubah bentuk menjadi fine eguiaxed yaitu mempunyai besar yang sama. Jika dibandingkan dengan butir pada HAZ, ukuran butir weld nugget lebih halus dan rapat karena dideformasi oleh adukan tool. Hasil riset ini juga sesuai dengan hasil risetnya Parida, dkk (2011) yang menyatakan bahwa struktur mikro pada bagian weld nugget adalah berupa grain refinement setelah mengalami proses pengadukan oleh tool FSW, dan lebih kecil jika dibandingkan dengan butir di daerah HAZ. 10 µm Gambar Weld nugget pada pin lingkaran 10 µm Gambar Weld commit nugget to user pada pin flatten 2

14 digilib.uns.ac.id µm Gambar Weld nugget pada pin flatten 3 Parida, dkk (2011) menyebutkan bahwa ukuran rata-rata butiran weld nuget sambungan FSW material aluminium 6063 T5 adalah 30,41 µm. Ukuran butir ini lebih kecil dari daerah HAZ yaitu berkisar 47,93 µm. Fujii dkk (2006) menganggap bahwa variasi geometri tool tidak terlalu signifikan mempengaruhi perbedaan struktur butir daerah weld nugget. Hal ini sesuai dengan hasil pengamatan yang terlihat pada ketiga foto struktur mikro di atas. Pengamatan pada daerah base metal, HAZ dan weld nugget untuk kesemua spesimen menunjukkan bahwa pada daerah yang jauh dari pengaruh temperatur tinggi dan deformasi adukan; yaitu pada base metal, struktur mikro memiliki butir berbentuk pipih. Pada daerah yang telah terpengaruh oleh panas; yaitu pada HAZ, butir berbentuk oval dan membesar. Pada daerah yang terdampak langsung oleh adukan tool dan terdeformasi; yaitu pada daerah weld nugget, struktur mikro berbentuk butir halus. Hal ini membuktikan bahwa perubahan ukuran butir struktur mikro pada proses pengelasan tidak terlepas dari perilaku panas dan deformasi plastis yang ditimbulkan selama proses pengelasan.

15 digilib.uns.ac.id Analisa Kekuatan Tarik Pengujian tarik menggunakan alat uji Universal Testing Machine milik Laboratorium Material Teknik Mesin UNS Surakarta. Gambar 4.23 adalah spesimen yang sudah dibentuk menurut standar AWS D1.2 yang kemudian diuji tarik sampai mengalami patah seperti pada gambar 4.24 sampai mm Gambar Spesimen uji tarik 10 mm a) Pandangan atas dan samping 10 mm b) Pandangan pada potongan melintang Gambar Patahan pada commit spesimen to user pin lingkaran setelah diuji tarik

16 digilib.uns.ac.id mm a) Pandangan atas dan samping 10 mm b) Pandangan pada potongan melintang Gambar Patahan pada spesimen pin flatten 2 setelah diuji tarik 10 mm a) Pandangan atas dan samping 10 mm b) Pandangan pada potongan melintang Gambar Patahan pada spesimen pin flatten 3 setelah diuji tarik Ketiga gambar patahan uji tarik menunjukkan garis patahan yang bentuknya berbeda-beda. Spesimen commit dengan to user pin lingkaran memiliki patahan tepat

17 digilib.uns.ac.id 53 di weld nugget, dengan bentuk garis patah multi share. Hal ini menandakan selama pengujian terdapat pembagian tegangan yang tidak merata atau ada konsentrasi tegangan berupa cacat kissing bond dan incomplete penetration seperti yang ditampilkan pada foto makro sebelumnya. Konsentrasi tegangan karena cacat akan melemahkan hasil pengujian. Patahan berupa garis multi share juga terdapat pada hasil pengujian dengan pin flatten 2. Karakteristik dari penampang patah spesimen pin lingkaran dan flatten 2 identik dengan jenis patahan getas. Hal ini ditandai dengan tidak terlihatnya reduksi luas penampang patahan, dan juga bidang patahan yang relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik. Patahan getas biasanya dihasilkan oleh karena adanya takik (Dieter, 1986). Takik pada patahan spesimen pin lingkaran dan flatten 2 adalah berupa rongga cacat weld nugget. Spesimen dengan pin flatten 3 memiliki garis patahan pada daerah HAZ berbentuk mono share. Hal ini menunjukkan pada saat pengujian terjadi pembagian yang lebih merata ke seluruh penampang tarik pada spesimen flatten 3. HAZ adalah daerah terlemah ketika mendapat pengujian mekanis (Mishra dan Ma, 2005). Hasil pengujian spesimen flatten 3 yang memiliki patah pada daerah HAZ dan bukan di daerah weld nugget, memperkuat pernyataan di awal pengamatan foto makro yang disebutkan bahwa spesimen dengan pin flatten 3 memiliki hasil sambungan terbaik dan tidak memiliki cacat sambungan. Patahan spesimen flatten 3 ini merupakan perwujudan dari jenis patahan liat yang ditandai dengan adanya deformasi plastis sebelum dan dan selama proses penjalaran retak (Dieter, 1986). Garis patahan tegas yang menyudut sekitar 45 menunjukkan bahwa patahan spesimen flatten 3 adalah patahan liat karena kristal mengalami slip dan akhirnya terpisah akibat tegangan geser (Dieter, 1986). Hasil pengujian kekerasan yang disajikan pada gambar 4.39 tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan untuk ketiga profil pin. Padmanaban dan Balasubramanian (2009) menunjukkan hasil pengujian kekerasan sambungan FSW yang besarnya berbanding lurus dengan nilai kekuatan tariknya. Nilai kekerasan yang mengindikasikan kekuatan meterial tidak sesuai dengan hasil pengujian tarik ini. Hal ini membuktikan bahwa cacat karena pemilihan pin yang tidak sesuai akan sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan. Kelemahan pada sambungan FSW dipengaruhi commit oleh to tidak user baiknya sambungan atau karena

18 digilib.uns.ac.id 54 adanya konsentrasi tegangan yang berupa cacat pada weld nugget. Garis patahan lurus (mono share), dan menyempitnya lebar spesimen tarik (necking) pada pin flatten 3 mengindikasikan bahwa spesimen ini memiliki kekuatan yang lebih tinggi. Data hasil pengujian tarik ditunjukkan pada grafik di gambar 4.27 berikut Kekuatan Tarik (MPa) lingkaran flatten elip 2 segitiga flatten 3 base metal Gambar Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tarik Grafik hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa kekuatan tertinggi dicapai oleh pin flatten 3 yaitu sebesar 320 MPa, dan kekuatan terendah pada pin lingkaran sebesar 144 MPa. Faktor yang menyebabkan hal ini bisa dari struktur mikro maupun stress concentration yang berupa cacat pada sambungan las. Pada spesimen pin lingkaran terdapat cacat las berupa incomplete penetration dan kissing bond di sepanjang fussion line sehingga menyebabkan kekuatan tariknya rendah dan menghasilkan patahan berbentuk multi share sebagai akibat tidak meratanya pembagian tegangan. Pin flatten 3 memiliki hasil pengujian yang paling tinggi dibanding spesimen yang lain dikarenakan pada hasil foto makro tidak menunjukkan adanya cacat pengelasan di weld nugget. Kekuatan tarik yang lebih baik ini juga ditunjukkan dengan bekas patahan berbentuk mono share yang menandakan meratanya pembagian tegangan saat pengujian. Elangovan dan Balasubramanian (2007) yang memvariasikan profil pin pada FSW material AA2219 menyebutkan bahwa square pin menghasilkan kekuatan tarik tertinggi dikarenakan tidak ditemukan adanya cacat pengelasan seperti yang terdapat pada straight dan taper cylindrical pin.

19 digilib.uns.ac.id 55 Grafik hasil pengujian tarik juga menunjukkan bahwa kekuatan pada spesimen pin flatten 3 mengalami penurunan bila dibanding base metal akibat adanya cacat las berupa weld flash yang paling banyak di sisi advance serta adanya grain growth di sekitar daerah pengelasan. Semua hal ini menunjukkan bahwa proses pengelasan FSW akan menurunkan kekuatan tarik dari material tersebut. Selain karena cacat pengelasan, perubahan struktur mikro juga memiliki pengaruh yang cukup besar. Struktur material awal akan mengalami perubahan, yaitu terjadi grain growth di daerah HAZ yang akan melemahkan kekuatan mekanisnya akibat temperatur pengelasan yang terjadi. Maka dari itu, pin flatten 3 menghasilkan patahan tepat di daerah HAZ, meskipun tanpa cacat di daerah sambungan. Nilai regangan dari setiap variasi diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.2 dan hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.28 berikut ini. Regangan (%) 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% lingkaran-i lingkaran-ii flatten 2-I flatten 2-II flatten 3-I flatten 3-II base metal Profil Pin Gambar Hubungan antara penampang profil pin dan regangan Besarnya regangan berbanding lurus dengan kekuatan tarik pada ketiga spesimen pengelasan. Keduanya juga setara dengan temperatur pengelasan yang dihasilkan pada setiap pengelasan. Temperatur pengelasan terendah dihasilkan oleh pin lingkaran, yang membuktikan kurang dalamnya penetrasi deformasi pada daerah sambungan. Aluminium 5083 membutuhkan gaya pengadukan yang cukup besar untuk melawan sifat resistansinya yang tinggi terhadap deformasi plastis. Deformasi yang rendah meninggalkan sisa rongga akibat lintasan pin. Sisa rongga yang tidak mampu diisi oleh aliran material lunak menandakan pemilihan desain pin yang tidak tepat (Mishra dan Mahoney, 2007). Elangovan dan Balasubramanian (2007) juga menyebutkan pemilihan profil pin yang tidak tepat akan menghasilkan cacat rongga di daerah sambungan pada bagian root. Cacat ini

20 digilib.uns.ac.id 56 disebabkan gesekan pin tidak cukup untuk memberikan input panas pada material serta kurang banyaknya aliran material lunak arah vertikal. Sesuai dengan data kekuatan tarik dan regangan, pin lingkaran adalah pin yang tidak sesuai untuk pengelasan FSW aluminium 5083 karena menghasilkan kekuatan tarik dan regangan yang paling rendah. 4.7 Analisa Kekuatan Tekuk Pengujian ini menggunakan metode three point bending sesuai dengan standar dari AWS D1.2. Data yang diperoleh pada saat pengujian dengan Universal Testing Machine adalah beban yang mampu diterima spesimen pada saat proses penekukan sedangkan rumus untuk memperoleh besar kekuatan tekuk material dengan menggunakan persamaan 2.3. Pengujian tekuk terdiri dari pengujian face bending dan root bending. a. Face Bending Posisi pengujian face bending adalah bagian atas kampuh las dari spesimen menghadap ke bawah dan bagian yang di tekan adalah permukaan sebaliknya. Foto spesimen sebelum uji tekuk tampak pada gambar 4.29 dan foto hasil uji face bending dapat dilihat pada gambar 4.30 sampai 4.32 berikut ini. 20 mm Gambar Spesimen sebelum pengujian tekuk Gambar Spesimen pin lingkaran setelah uji face bending

21 digilib.uns.ac.id 57 Gambar Spesimen pin flatten 2 setelah uji face bending Gambar Spesimen pin flatten 3 setelah uji face bending Spesimen pin flatten 3 tidak menunjukkan adanya retak pada sisi face seperti pada spesimen yang lain, selain itu sudut hasil bendingnya-pun terlihat lebih maksimal dan menunjukkan adanya elastisitas yang cukup. Hal ini mengindikasikan bahwa kekuatan tekuk pada spesimen pin flatten 3 lebih tinggi dibandingkan spesimen yang lain. Secara visual, dapat disebutkan bahwa kekuatan mekanis yang dihasilkan pada saat pengujian tarik sebanding dengan kekuatan mekanis pada pengujian face bending. Patahan pada permukaan regangan face bending mengindikasikan adanya konsentrasi tegangan akibat adanya cacat pengelasan. Cacat pengelasan pada weld nugget adalah daerah terlemah pada saat pengujian meskipun dibandingkan dengan daerah HAZ yang memiliki ukuran butir lebih besar.

22 digilib.uns.ac.id 58 Pengujian ini menghasilkan data pengujian face bending seperti pada gambar 4.33 di bawah ini. Kekuatan Tekuk (MPa) lingkaran flatten elip 2 segitiga flatten 3 base metal Gambar Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tekuk face bending Nilai kekuatan tekuk tertinggi terjadi pada pin flatten 3 yaitu sebesar 634,1 MPa dan nilai terendah terjadi pada pin lingkaran yaitu 373,3 MPa. Data perhitungan menunjukkan kekuatan tekuk dipengaruhi oleh luas penampang dari spesimen yang diuji. Semakin besar nilai luas penampang maka kekuatan tekuk juga akan semakin besar. Cacat yang muncul pada daerah pengelasan pin lingkaran adalah cacat rongga (void atau incomplete penetration). Adanya rongga akan mengurangi luasan penampang tekuk. Dengan demikian, semakin banyak cacat akan menurunkan kekuatan tekuknya. Hasil pengujian tekuk ini berbanding lurus dengan hasil pengujian tarik. Pin flatten 3 yang menghasilkan sambungan tanpa cacat memiliki kekuatan tertinggi baik pada saat pengujian tarik mupun tekuk face bending. Kekuatan tekuk base metal juga lebih tinggi dibanding material sambungan FSW, sesuai dengan hasil pengujian tarik, hal ini dikarenakan sambungan FSW akan menurunkan nilai kekuatannya. Pengujian yang dilakukan Padmanaban dan Balasubramanian (2009) dalam bebrbagai variasi desain tool juga tidak menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dari kekuatan base metal AZ31B magnesium alloy.

23 digilib.uns.ac.id 59 b. Root Bending Dimensi spesimen untuk uji root bending sama seperti pada pengujian face bending, hanya saja bagian atas dari kampuh las menghadap ke atas dan yang menjadi tumpuan adalah permukaan sebaliknya. Dua permukaan spesimen, yaitu sisi face dan sisi root memiliki karakter yang berbeda, hal ini juga akan menghasilkan data pengujian root bending berbeda dengan face bending. Gambar 4.34 sampai 4.36 adalah foto spesimen hasil pengujian root bending. Gambar Spesimen pin lingkaran setelah uji root bending Gambar Spesimen pin flatten 2 setelah uji root bending Gambar Spesimen pin flatten 3 setelah uji root bending

24 digilib.uns.ac.id 60 Seperti halnya pada pengamatan visual spesimen face bending, ketiga gambar di atas memperlihatkan bahwa spesimen dengan pin flatten 3 menghasilkan sudut hasil root bending yang lebih maksimal dibandingkan spesimen yang lain. Hal ini memperlihatkan kekutan bending pada sisi root di spesimen pin flatten 3 adalah yang terbesar. Selain itu, karena adanya cacat pada sisi root pada spesimen pin lingkaran dan flatten 2, menjadikan spesimen tersebut cepat mengalami patah sebelum tertekuk maksimal. Cacat ini menjadikan hasil pengujian root bending yang tidak setinggi pada spesimen dengan pin flatten 3. Pengujian ini menghasilkan data hasil uji root bending seperti pada gambar 4.37 di bawah ini. Kekuatan tekuk (Mpa) lingkaran flatten elip 2 flatten segitiga3 base metal Gambar Hubungan antara penampang profil pin dan kekuatan tekuk root bending Gambar 4.37 menunjukkan nilai kekuatan tekuk tertinggi terjadi pada pin flatten 3 yaitu sebesar 515 MPa dan nilai terendah terjadi pin lingkaran yaitu 275,1 MPa. Data pada tabel tersebut bila dihubungkan dengan analisa foto makro, dapat dinyatakan bahwa cacat pada fussion line dan sisi root akan berpengaruh pada kekuatan tekuk material pada sisi root. Apabila dibandingkan dengan data kekuatan tekuk face bending, kekuatan root bending berada di bawah kekuatan face bending. Semua ini sesuai dengan kesimpulan penelitian yang dilakukan oleh Zhou dkk (2005). Kesimpulan tersebut adalah crack muncul di daerah root pada semua hasil pengujian. Daerah root adalah daerah yang rentan terjadi cacat atau ketidak-sempurnaan sambungan. commit Terbukti to user pada hasil foto makro, wujud cacat

25 digilib.uns.ac.id 61 rongga terdapat di daerah yang lebih dekat sisi root daripada sisi face. Elangovan dan Balasubramanian (2007) serta Padmanaban dan Balasubramanian (2009) menunjukkan foto-foto cacat FSW di daerah root, cacat tersebut dikarenakan kurang tingginya temperatur pengelasan di daerah root dan kurang cepatnya aliran material lunak arah vertikal untuk menutup rongga pada root. Dibandingkan dengan kekuatan tekuk base metal yang besarnya 824,6 MPa, ternyata nilai kekuatan tekuk spesimen baik dengan uji face bending maupun root bending masih di bawahnya. Hal ini terjadi karena faktor besar luasan penampang, cacat las dan struktur mikro pada sambungan las akibat proses pengelasan yang dilakukan akan menurunkan kekuatan mekanisnya. 4.8 Analisa Kekerasan Pengujian kekerasaan pada penelitian ini menggunakan Micro Vickers Machine. Gambar 4.38 berikut memperlihatkan hasil jejak indenter pada spesimen uji. Gambar 4.38 Hasil jejak indenter micro Vickers Data perhitungan nilai kekerasan dari diagonal jejak indenter dan rumus 2.4 dapat dibuat menjadi sebuah grafik hubungan antara nilai kekerasan dan jarak tiap titik uji dari titik tengah spesimen. Gambar 4.39 menunjukkan garfik hubungan antara nilai kekerasan dan posisi titik uji. Weld nugget adalah daerah dimana pin berputar, sedangkan HAZ adalah daerah disekitar weld nugget yang dipengaruhi oleh panas pengelasan. Nilai kekerasan dipengaruhi oleh ukuran butir

26 digilib.uns.ac.id 62 yang keberadaannya dipengaruhi oleh temperatur pada saat proses pengelasan dan laju pendinginan. 100 HAZ TMAZ weld nugget TMAZ HAZ Hardness (HV) retreat advance Dictance from center (mm) lingkaran flatten 2 flatten 3 Gambar Grafik hubungan nilai kekerasan dan posisi titik uji Gambar 4.39 memperlihatkan bahwa nilai kekerasan pada setiap titik uji mempunyai nilai yang tidak berbeda jauh. Begitu pula hasil riset yang dilakukan Parida, dkk (2011), nilai kekerasan dari weld nugget tidak berbeda jauh dengan HAZ. Nilai kekerasan tepat di weld nugget untuk ketiga spesimen menunjukkan angka yang hampir sama. Hal ini seharusnya sesuai dengan hasil pengujian kekuatan mekanik yang lainnya. Adanya cacat yang tidak mempengaruhi nilai kekerasan di weld nugget ternyata memiliki pengaruh yang cukup besar untuk uji tarik dan tekuk. Karthikeyan dan Kumar (2011) menampilkan data pengujian kekerasan yang nilainya sebanding dengan hasil uji tarik terhadap FSW material AA6063-T6. Hal ini terjadi karena Karthikeyan dan Kumar (2011) hanya menggunakan satu jenis profil pin yang tepat untuk pengelasannya, sehingga tidak ada cacat pada daerah sambungan. Kekerasan daerah pengelasan mengalami penurunan dibandingkan dengan base metal. Pada saat proses pengelasan, material aluminium 5083 H116 mengalami grain growth yang menurunkan kekerasan di daerah sambungan. Pengadukan material akan melembutkan commit to struktur user mikro pada daerah weld nugget

27 digilib.uns.ac.id 63 namun tidak cukup untuk sampai menaikkan kembali kekerasannya. Gambar 4.39 memperlihatkan kekerasan tertinggi dicapai oleh pin flatten 3 dengan nilai 85,7 HVN yang masih lebih rendah dibanding dengan base metal yaitu 96 HVN. Padmanaban dan Balasubramanian (2009) menghasilkan kekerasan sambungan FSW lebih tinggi dari base metal AZ31B. Struktur mikro pada weld nugget dua sampai tiga kali lebih lembut daripada AZ31B. Hal ini berbeda dengan base metal aluminium 5083 H116, AZ31B tidak mengalami strain hardening saat pembuatannya sehingga kekerasannya hanya 69 HVN dan mengalami peningkatan kekerasan sampai dengan 76 HVN karena deformasi plastis saat mendapat proses FSW. Data kekerasan menunjukkan pada bagian sisi retreat cenderung lebih tinggi bila dibandingkan dengan bagian sisi advance. Menurut Mishra dan Ma (2005), hal ini terjadi karena pada saat pengelasan, bagian sisi advance mengalami temperatur pengelasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan bagian sisi retreat. Temperatur ini meningkat dibanding sisi retreat sebagai akibat resultan kecepatan dan gesekan oleh gerak putar pin dan gerak translasi tool yang searah pada sisi advance. Temperatur pengelasan yang lebih tinggi akan menyebabkan pembentukan butir yang lebih besar, sehingga dengan ukuran butir yang lebih besar akan mengakibatkan nilai kekerasan yang lebih rendah. Pada sisi retreat, kedua gerak tool tersebut berlawanan arah. Sisi retreat mengalami deformasi plastis berupa desakan dari adukan pin. Desakan ini seperti halnya pengerasan regangan di sisi retreat, maka dari itu kekerasan meningkat jika dibandingkan dengan sisi advance. Mishra dan Mahoney (2007) menuliskan bahwa pada pengelasan FSW aluminium 5083 memiliki kekerasan berkisar antara HVN di daerah pengelasan. Daerah weld nugget memiliki kekerasan yang sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan HAZ. Hal ini sangat sesuai dengan nilai kekerasan yang didapat dari pengujian spesimen pin flatten 3, di mana nilai kekerasan weld nugget mencapai titik tertinggi yaitu 85,7 HVN. Hasil pengujian mekanik lainnya pada pin flatten 3 juga menunjukkan posisi lemah pada daerah HAZ. Pengujian mekanik yang lain untuk spesimen pin lingkaran dan flatten 2 tidak sesuai dengan nilai kekerasan. commit Meskipun to user dari hasil kekerasan di daerah HAZ

28 digilib.uns.ac.id 64 sisi advance terlihat lebih rendah dari pada weld nugget, semua pengujian mekaniknya mengalami kegagalan di daerah fussion line di weld nugget. Kegagalan pengujian di daerah weld nugget ini semua dikarenakan adanya konsentrasi tegangan berupa cacat joint line renmant dan rongga akibat incomplete penetration. Hasil pengujian mekanik ini sesuai dengan kesimpulan yang ditulis oleh Fujii dkk (2006). Kesimpulan tersebut menyatakan bahwa FSW pada aluminium 5083 membutuhkan gaya deformasi yang tinggi untuk menghasilkan pengelasan yang terbaik tanpa cacat. Gaya deformasi ini tergantung dari pemilihan angka putar dan desain pin. Terbukti pin flatten 3 lebih baik dari pada pin flatten 2 dan lingkaran karena mampu memberikan deformasi adukan yang dibutuhkan untuk pengelasan FSW aluminium 5083.