ANALISA PENGARUH KONDUKTIVITAS TERMAL BACKING PLATE TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK SAMBUNGAN FRICTION STIR SPOT WELDING AA 5052-H32 SKRIPSI Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh: YUDHA EKO WIDYANTONO NIM. I1414041 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016 i
perpustakaan.uns.ac.id
ANALISA PENGARUH KONDUKTIVITAS TERMAL BACKING PLATE TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK SAMBUNGAN FRICTION STIR SPOT WELDING AA 5052-H32 Yudha Eko Widyantono Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Indonesia E-mail : yudha_eko44@yahoo.com Abstrak Friction stir spot welding (FSSW) merupakan pengembangan dari metode pengelasan FSW yang di implementasikan pada dunia industri dengan tujuan untuk menggantikan metode pengelasan yang menggunakan resistance spot welding (RSW). FSSW dalam penelitian ini diaplikasikan pada penyambungan plat alumunium alloy 5052-H32 dengan standart JIS G 3136. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah backing plate granit, baja AISI 1010, dan AlSi dengan parameter pengelasan kecepatan putar 1000 rpm, dwell time 5 detik, dan plunge depth 0,2mm sebagai variabel tetap. Konduktivitas termal backing plate juga mempengaruhi nilai kekerasan sambungan las FSSW serta mempengaruhi beban tarik geser sambungan las FSSW. Backing plate granit menghasilkan temperatur pengelasan sebesar 167,37 C, Baja AISI 1010 113,18 C, dan Al-Si 100,88 C. Peningkatan konduktivitas termal menjadikan sambungan las menjadi semakin keras, yaitu dengan backing plate granit menghasilkan kekerasan vickers sebesar 36,5 HVN, Mild Steel 47 HVN, dan Al-Si 49,5 HVN. Beban tarik geser juga semakin meningkat dengan seiring bertambahnya konduktivitas termal backing plate dengan backing plate granit menghasilkan beban tarik geser rata rata 3236.98 N, Baja AISI 1010 3769,00 N, dan Al-Si 3414,32 N. Kata kunci: FSSW, AA5052-H32, Backing plate, Mikrostruktur, Hardnes Vickers, Tensile Shear Load. v
ANALYSIS EFFECT OF THERMAL CONDUCTIVITY BACKING PLATE DUE TO PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES ON FRICTION STIR SPOT WELDING JOIN AA 5052 - H32 YudhaEkoWidyantono Departement of Mechanical Engineering Faculty of Engineering,SebelasMaret University Surakarta Indonesia E-mail : yudha_eko44@yahoo.com Abstract Friction stir spot welding (FSSW) is the development of FSW welding methods that is implemented in industry with the aim to replace welding method using a resistance spot welding (RSW). FSSW in this study was applied to join plate 5052-H32 aluminum alloy and standard JIS G 3136. Variables used in this research is the granite backing plate, steel AISI 1010, and AL-Si with welding parameters rotational speed 1000 rpm, dwell time 5 seconds, and plunge depth is 0.2mm as a fixed variable. Thermal conductivity of backing plate affects the hardness of welded joints FSSW and tensile shear load of welded joints FSSW. Granite backing plate generate welding temperature of 167.37 C, steel AISI 1010 113.18 C, and Al-Si 100.88 C. The increase of thermal conductivity makes the weld joints become harder. Granite backing plate generate vickers hardness is 36.5 HVN, Steel AISI 101047 HVN, and Al-Si 49.5 HVN. Tensile shear load is influenced by size of nugget. Granite backing plate generate average tensile shear load 3986.98 N, Steel AISI 1010 3769.00 N, and Al-Si. 3414.32 N Keywords:FSSW, AA5052 - H32, Backing plate, Microstructure, Vickers Hardness, Tensile Shear Load. v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Tegangan Tarik dari Hasil Pengelasan... 7 Gambar 2.2. Hasil Uji Kekerasan Dari Pengelasan... 7 Gambar 2.3. Temperatur Pengelasan... 8 Gambar 2.4 Pengukuran Temperatur Pengelasan... 8 Gambar 2.5. (A) Grafik Tegangan Regangan (B) Hasil Uji Tarik... 9 Gambar 2.6 Tahapan Proses FSSW...... 10 Gambar 2.7. Zona Pengelasan FSSW... 12 Gambar 3.1. Mesin Milling.... 18 Gambar 3.2. Desain Tool... 19 Gambar 3.3. Spesimen FSSW... 20 Gambar 3.4. Desain Backing Plate... 21 Gambar 3.5. Mesin Uji Ultimate Testing Machine (UTM)... 24 Gambar 3.6. Mesin uji Hardness Vickers Number (HVN)... 25 Gambar 3.7. (A) Mesin Uji Mikro, (B) Mesin Uji Makro... 26 Gambar 3.8. Diagram Alir Penelitian... 27 Gambar 4.1. Gambar 4.1 Grafik Hubungan Temperatur Permukaan Backing Plate dan Konduktivitas Termal... 28 Gambar 4.2. Daerah Observasi Makroskopik... 30 Gambar 4.3. Perbedaan Variasi Pengelasan Dengan Variasi Backing Plate.... 32 Gambar 4.4. Pemetaan Daerah Observasi Mikroskopik... 33 Gambar 4.5. Struktur Mikro Daerah BM dan HAZ... 33 Gambar 4.6. Skema Perhitungan Butir Metode Planimetric... 37 Gambar 4.7. Pemetaan Daerah Uji Vickers... 39 Gambar 4.8. Grafik Perbandingan Nilai Kekerasan FSSW... 39 Gambar 4.9. Grafik Beban Tarik Geser Pengelasan FSSW... 41 Gambar 4.10. HOOK... 42 viii
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Halaman Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Abstrak... v Daftar Isi... vii Daftar Gambar... viii Daftar Tabel... ix Daftar Lampiran... x Bab I Pendahuluan... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 3 1.6. SistematikaPenulisan... 4 Bab II Tinjauan Pustaka... 5 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Dasar Teori.... 10 2.2.1 Friction Stir Spot Welding.... 10 2.2.2 Prinsip Kerja FSSW... 12 2.2.3 Backing Plate.... 12 2.2.4 Konduktivitas Termal Material.... 13 2.2.4.1. Granit.... 13 2.2.4.2 Baja AISI 1010.... 14 2.2.4.3 Al-Si.... 14 2.3. Mekanisme Penguatan Alumunium.... 15 2.3.1 Grain Size Control... 15 2.3.2 Solid Solution Hardening... 15 2.3.3 Cold Working Or Strain Hardening.... 16 2.3.4 Precipitation (Age) Hardenging... 16 2.4. Alumunium Alloy 5052 H-32.... 17 Bab III Metodologi Penelitian... 18 3.1. Tempat Penelitian... 18 3.2. Alat dan Bahan... 18 3.2.1. Alat.... 18 3.2.2. Bahan..... 20 3.3. Prosedur Penelitian... 21 3.3.1. Persiapan dan Pemotongan Spesimen.... 21 3.3.2. Proses Pengelasan.... 22 3.3.3. Variabel Penelitian. commit... to user 22 vii
3.3.4. Tahap Pengujian.... 23 3.4. Tahap Analisa.... 26 3.5. Diagram Alir... 27 Bab IV Analisa Data... 28 4.1. Temperatur Pengelasan... 28 4.2. Observasi Makroskopik... 30 4.3. Observasi Mikroskopik.... 32 4.4. Data dan Analisa Pengujian Kekerasan.... 39 4.5. Pengujian Tarik Geser... 40 Bab V Penutup... 45 Daftar Pustaka..... 46 Lampiran viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan Ukuran Butir Metode Planimetric... Lampiran 2. Tabel ASTM E 112... Lampiran 3. Grafik Hasil Uji UTM... Lampiran 4. Tabel Konduktivitas Thermal Material... Lampiran 5. Tabel Tegangan Tarik.... Lampiran 6. Tabel Hasil Uji Tarik...
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Hasil Uji Tarik Pengelasan.... 9 Tabel 2.2. Konduktivitas Thermal Material Backing Plate... 13 Tabel 2.3. Sifat Mekanik Granit... 14 Tabel 2.4. Sifat Mekanik Baja AISI 1010... 14 Tabel 2.5. Sifat Mekanik AlSi.... 15 Tabel 2.6. Chemical Properties AA 5052 H-32.... 17 Tabel 2.7. Mechanical Properties dari AA5052-H32.... 17 Tabel 3.1. Komposisi Kimia Material K100 Bohler.... 19 Tabel 3.2. Standar Spesimen Sesuai Dengan JIS G 3136... 22 Tabel 3.3. Variabel Penelitian.... 23 Tabel 4.1. Pengukuran Jarak Key Hole hingga batas Stir Zone.... 31 Tabel 4.2. Observasi Mikroskopik Daerah HAZ... 34 Tabel 4.3. Observasi Mikroskopik Daerah TMAZ... 35 Tabel 4.4. Observasi Mikroskopik Daerah SZ... 36 Tabel 4.5. Ukuran Butir Daerah TMAZ... 38 Tabel 4.6. Mode Patahan Sambungan Las FSSW... 43 ix
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat kepada penulis sehingga mampu melaksanakan dan menyelesaikan tugas akhir skripsi dengan judul Analisa Pengaruh Konduktivitas Termal Backing Plate Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Sambungan Friction Stir Spot Welding AA 5052-H32 dengan baik. Dalam mengerjakan skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak atas segala bantuan dan perhatian selama penulis menyelesaikan skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Nurul Muhayat S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing I yang senantiasa memberikan nasehat, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi ini. 2. Bapak Dr. Triyono, S.T.,M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang turut serta memberikan motivasi, arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi ini. 3. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T., Bapak Teguh Triyono, S.T., M.Eng., dan Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T., selaku dosen penguji tugas akhir penulis yang telah memberi saran yang membangun. 4. Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T., selaku Pembimbing Akademik Program Studi Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret ini. 5. Bapak Dr. Eng Syamsul Hadi S.T., M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. 6. Seluruh staf dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah turut serta mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1. 7. Seluruh staf karyawan administrasi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan kemudahan dalam hal administrasi. iii
8. Ayah, Ibu, dan adik atas doa, nasihat, motivasi, dukungan material dan spiritual dalam menyelesaikan skripsi. 9. Lilia Veronica Dewanti atas motivasi dan dukungan dalam menyelesaikan laporan tugas akhir skripsi. 10. Rekan-rekan seperjuangan di Teknik Mesin Non Reguler UNS angkatan 2014 11. Dan semua pihak yang telah mendukung kelancaran skripsi penulis yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Pada akhirnya penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak supaya menjadi masukan yang sangat berguna bagi penulis untuk memperbaiki dan menyempurnakan penulisan lain yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan tugas akhir skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya. Surakarta, 26 Juni 2016 Penulis iv