PresentasiTugasAkhir KeahlianRekayasaPerkapalan KonstruksiKapal ANALISIS PENGARUH IN SITU COOLING TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL PENGELASAN DUA SISI FRICTION STIR WELDING ALUMINIUM 5083 PADAKAPAL KATAMARAN Oleh: Libaraski Pandia (4109100023) Dosen Pembimbing: Prof.Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng.Ph.D. Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
POKOK BAHASAN Pendahuluan Kajian Pustaka Metodologi Analisa dan Pembahasan Kesimpulan
Pendahuluan Latar Belakang Kapal Katamaran Pengelasan Aluminium Friction Stir Welding Asimetris SUHU PENGELASAN???
Pendahuluan Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh in situ cooling terhadap kekuatan tarik, kekerasan, tekuk, struktur mikro dan makro hasil pengelasan friction stir welding pada material kapal katamataran berbahan aluminium?
Pendahuluan Tujuan Mengetahui pengaruh in situ cooling terhadap kekuatan tarik, kekerasan, struktur mikro dan makro hasil pengelasan dua sisi friction stir welding pada material kapal katamataran berbahan aluminium.
Pendahuluan Batasan Masalah Friction stir welding dilakukan dengan menggunakan mesin milling dengan kontrol posisi. Ketebalan pelat 6 mm. Jenis sambungan butt. Tool yang digunakan K100 Bohler. Permukaan lasan dianggap rata.
Pendahuluan Manfaat Memberikan sumbangan pengetahuan tentang FSW terhadap industri perkapalan dalam proses pengelasan FSW yang efektif dan efisien. Memberikan sumbangan pengetahuan tentang FSW terhadap industri perkapalan dalam proses pengelasan yang ramah lingkungan dan hemat energi. Diharapkan dapat jadi acuan untuk proses pembuatan kapal katamaran berbahan aluminium dengan teknologi penyambungan yang ramah lingkungan.
Pendahuluan Hipotesis Perlakuan pendinginan langsung (in situ cooling) yang bervariasi pada pengelasan dua sisi FSW, didapat perbedaan pada daerah HAZ (Heat Affected Zone), kekuatan tarik, kekerasan, stuktur mikro dibandingkan dengan pengelasan tanpa perlakuan pendinginan langsung, dan didapat penambahan kekerasan pada material uji dikarenakan daerah HAZ yang berkurang
Kajian Pustaka Katamaran Penelitian sebelumnya mengenai perancangan kapal katamaran berbahan aluminium didapat analisa umur kapal lebih dari 29 tahun dan dapat disimpulkan bahwa desain kapal katamaran berbahan aluminium ini cukup memenuhi untuk segi desain jika dilihat dari standar umur yang lebih besar dari 25 tahun (Santosa B, dkk, 2012). Pengelasan Aluminium Umumnya dilakukan dengan menggunakan metode las fusi seperti GTAW atau GMAW. Namun pada pengelasan yang tidak sempurna selalu terdapat cacat pengelasan berupa porositas atau inklusi, selain itu juga rawan terjadi deformasi. Untuk itu dilakukan penyambungan dengan metode Friction Stir Welding karena prosesnya berlangsung pada kondisi solid dan suhu pengelasan di bawah suhu lebur. [Mathers, (2002)]
Kajian Pustaka Keunggulan Friction Stir Welding Hasil Pengelasan GTAW atau GMAW memberikan sifat mekanik yang lebih lemah dibandingkan dengan Pengelasan FSW (Yazdipour dkk. 2011). Ketidaksimetrian Sifat Mekanik Adanya perbedaan ukuran butir pada sisi advancing, retreating, bagian permukaan serta akar las ini disebabkan adanya perbedaan suhu pengelasan serta adanya perbedaan dissipasi panas (Mishra dan Ma, 2005) Pengaruh suhu pengelasan yang tinggi dikendalikan dengan metode perlakuan pendinginan langsung pada saat proses pengelasan berlangsung, hal ini seharusnya tidak akan menggangu proses pengelasan, dikarenakan oleh kekhawatiran mengenai Hydrogen entrapment, akan tetapi hal itu tidak akan menjadi masalah jika dilakukan diatas suhu 660 celcius (Mathers, 2000)
Friction Stir Welding Ditemukan pada tahun 1991, proses pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) dikembangkan, dan dipatenkan oleh The Welding Institute (TWI) di Cambridge, kerajaan Inggris.(Thomas, dkk., 1991) Pada proses ini, pendinginan dilakukan setelah pengelasan berjalan, maka pendinginan diberikan mengikuti alur lasan (Liu, 2011).
Aplikasi Friction Stir Welding pada Perkapalan Menurut [Paik,(2009)] didasarkan keterbatasan pengelasan friction stir welding yang belum terdapat mesin portable nya, metode ini dapat digunakan dalam proses pembuatan stiffened panel kapal.
Metodologi Mulai Studi literatur Persiapan Mesin Milling dan Tool untuk proses pengelasan PENGELASAN FSW DUA SISI Pada saat proses pengelasan dilakukan pengukuran suhu PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN UDARA PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN AIR PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN OLI PENGUJIAN RADIOGRAFI Pengujian terhadap hasil fusi dan adanya cacat di dalam
PEMOTONGAN SPECIMEN PENGUJIAN MEKANIK - UJI TEKUK - UJI TARIK - UJI KEKERASAN PENGUJIAN STRUKTUR MIKRO DAN MAKRO UKURAN BUTIR CACAT LAS PENGUMPULAN DATA HASIL PENGUJIAN SPECIMEN ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN SECARA MENYELURUH KESIMPULAN TUGAS AKHIR SELESAI
Persiapan Proses Pengelasan Al5083 tebal 6mm Ukuran 150 x 400mm Mesin Perkakas Milling Dengan kontrol posisi Alat pengukur kerataan Alat pengukur tool depth plunge Laser pengukur suhu Mengukur suhu permukaan Jangka Sorong
Persiapan Proses Pengelasan Tool pengelasan pin trianguler ø shoulder 18 mm dan panjang pin 3.8 mm product Bohler type K100 Selang infus, Botol minuman, pisau, Penggaris Variasi Pendingin yang akan digunakan adalah udara, air, dan oli.
Parameter Pengelasan Parameter Pengelasan yang digunakan adalah sebagai berikut: RPM 1125 Travel speed 20mm/min Debit 50 ml/min Tool depth plunge 3.95 mm Tilt angle 2.5 o FSW sisi beda Advancing Retreating
Proses Pengelasan FSW Proses Pengelasan lebih lengkapnya...
Pengujian Hasil Pengelasan Pengujian yang dilakukan antara lain: Pengujian Visual Pengujian Radiografi Pengujian Foto Makro Pengujian Foto Mikro Pengujian Kekerasan Vickers Pengujian Tarik Pengambilan spesimen pengujian didasarkan pada BKI 2009 Vol.6
Analisa dan Pembahasan Suhu Permukaan Pendingin Udara Pendingin Air Milling Pendingin Oli Samping Posisi Sisi 1 Sisi 2 Sisi 1 Sisi 2 Sisi 1 Sisi 2 Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 85 87 98 100 107 113 105 100 80 80 86 94 98 96 95 94 96 110 113 116 107 104 104 102 96 93 99 100 100 94 99 97 91 87 86 83 93 90 88 85 89 85 77 76 90 83 86 84 85 84 83 86 88 81 82 81 83 82 80 85 86 80 81 80 113 117 118 115 104 116 112 110 106 100 102 105 100 113 102 101 133 133 147 135 137 - - - 135 137 158 143 141 - - - Rata 99.37 90.37 106.5 97.25 87.87 83.75 83.75 82.12 113.1 103.6 137 142.8 selisih 9.05% 8.68% 4.68% 1.92% 8.3% 3.52%
120 70 1 2 3 4 5 6 7 8 Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret Pendingin udara sisi 2 adv Pendingin udara sisi 2 ret 100 70 1 2 3 4 5 6 7 8 Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret Pendingin udara sisi 2 adv Pendingin udara sisi 2 ret 160 100 1 2 3 4 5 6 7 8 Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret pendingin udara sisi 2 adv pendingin udara sisi 2 ret
Pengujian Visual (a) (b) Welding flash pada pengelasan Pendingin udara (a) sisi pertama (b) sisi kedua (a) (b) Welding flash pada pengelasan Pendingin air (a) sisi pertama (b) sisi kedua (a) (b) Welding Flash pada pengelasan Pendingin Oli (a) sisi pertama(b) Cacat visual pada sisi kedua
Pengujian Radiografi Hasil radiografi pengelasan pendingin udara Pengujian Radiografi menggunakan film dengan sensitifitas D4. Hasil pengujian menunjukkan adanya cacat di dalam alur pengelasan yaitu incomplete penetration. Pada hasil pengelasan pendingin oli dan air
Pengujian Foto Makro A 1 A 1 R 2 R 2 A 1 R 2 R R 1 1 A A 2 2 R 1 A 2 A 1 R 2 A 1 R 2 R 1 A 2 A 1 R 2 R 1 A 2
Pengujian Foto Mikro No Posisi Pendingin udara Pendingin air Pendingin Oli 1. HAZ Ukuran butir kecil, memanjang tidak merata dipermukaan atas dan bawah Ukuran butir besar dan kecil, memanjang tidak merata dipermukaan atas dan bawah Bentuk butir cenderung lebih besar memanjang namun tidak merata dipermukaan atas dan bawah 2. TMAZ Ukuran butir besar dan kecil dan memanjang merata di permukaan atas dan bawah 3 Nugget Ukuran butir kecil tetapi tidak tersebar merata pada permukaan atas dan bawah ukuran kecil serta memanjang tetapi tidak merata Ukuran butir kecil serta tersebar merata di permukaan atas dan bawah ukuran butir dominan lebih besar dan memanjang dan tersebar merata Ukuran butir cenderung besar dan tidak merata pada permukaan atas dan bawah (a) (b) (c) Daerah weld nugget (a) Pendingin udara, (b) pendingin air, (c) pendingin oli
Pengujian Kekerasan Vickers Titik Pendingin Udara Pendingin Air Pendingin Oli Sisi 1 (HV) Sisi 2 (HV) Sisi 1 (HV) Sisi 2 (HV) Sisi 1 (HV) Sisi 2 (HV) -10 107.5 99.6 90.7 93.3 106.2 99.4-9 104.9 99.2 74.9 95.6 87.5 109.0-8 95.5 93.9 83.7 90.6 96.5 110.9-7 100.6 100 87.6 88.2 90.8 117.3-6 101.9 102.5 85.3 86.3 88.5 99.3-5 96.9 99.8 78.3 82.8 86.7 114.7-4 99.7 106.3 88.6 65.8 86.8 107.8-3 97.4 104.1 83.6 83.9 89.4 108.9-2 73.1 96.5 76.6 82.6 91.0 110.1-1 93.3 104.3 88.7 75.7 87.9 90.8 0 86.1 103.2 87.3 64.8 94.1 98.0 1 101.8 98.7 90.7 83.4 93.3 107.6 2 102.0 100.4 99.4 84.6 89.9 101.9 3 88.9 96.3 88.1 70.9 87.5 95.8 4 106.7 101.5 79.9 73.4 95.6 97.7 5 104.6 99.6 76.1 87.8 87.6 114.5 6 90 98.1 72.2 86.5 91.9 106.4 7 101 99.2 87.7 85.1 82.3 107.4 8 95 96.0 89.3 90.2 97.0 111.6 9 95 100.9 79.7 95 97.7 113.2 10 93.5 96 85.9 92.2 88.6 119.2 Rata-rata 96.92 99.81 84.49 83.75 91.28 106.74 98.37 84.12 99.01 Rata-rata nilai kekerasan pada sisi pertama pengelasan selalu lebih rendah dari pada sisi kedua pengelasan, baik pada spesimen FSW sisi beda maupun FSW sisi sama. Pada pengujian hardness nilai rata-rata yang paling tinggi dihasilkan dari pengelasan pendingin oli yaitu : Sisi 1 = 91.28 HV dan Sisi 2 = 106.74HV
Hasil pengujian tekuk No Pengelasan FSW Jenis cacat Crack Open defect 1. Face bend 1.1 Pendingin udara Terdapat crack sepanjang 18.85 mm Tidak ada 2. Face bend 1.2 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada 3. Face bend 1.1 Pendingin air Terdapat crack sepanjang 22.63 mm Tidak ada 4. Face bend 1.2 Pendingin air Tidak ada Tidak ada 5. Face bend 1.1 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada 6. Face bend 1.2 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada Jenis cacat No Pengelasan FSW Crack Open defect 1. Root bend 1.1 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada 2. Root bend 1.2 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada 3. Root bend 1.1 Pendingin air Terdapat crack sepanjang 12.93 mm Tidak ada 4. Root bend 1.2 Pendingin air Tidak ada Tidak ada 5. Root bend 1.1 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada 6. Root bend 1.2 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada
Pengujian Tarik No Item Spesifikasi contoh Hasil Uji Tarik Breaking W (mm) T (mm) CSA (mm²) F Ultimate (kn) F yield (kn) UTS (Mpa) Yield stress (Mpa) Posisition 1 Udara 1.1 20.03 5.80 116.1 34 26.99 292.6 232.3 WM 2 Udara 1.2 20.93 5.86 122.6 36.2 27.76 295.1 226.3 WM Rata-rata 293.92 3 Air 1.1 19.78 5.60 110.7 33.2 28.17 299.7 254.3 WM 4 Air 1.2 19.70 5.68 111.8 30 25.57 268.1 228.5 WM Rata-rata 283.93 5 Oli 1.1 19.95 5.85 116.7 34.2 28.75 293.0 246.3 WM 6 Oli 1.2 20.20 5,85 118.1 30 24.68 253.8 208.8 WM Rata-rata 273.46 Pengelasan dengan variasi pendingin air menghasilkan nilai kuat tarik yang lebih tinggi ditinjau dari salah satu hasil pengujian tariknya yaitu 299.7 Mpa. Ultimate Stress (Mpa) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Bagan hasil uji tarik 1 2 3 4 5 6 Pengujian Tarik 292.6 295.1 299.7 268.1 293 253.8 Acceptance criteria menurut BKI 2009 mengenai pengelasan aluminium
Kesimpulan Pengujian Visual Pada ketiga perlakuan pendingin tidak terdapat cacat pengelasan. Pengujian Radiografi Terdapat cacat Incomplete penetration pada hasil pengelasan perlakuan pendingin air dan oli Pengujian Foto Makro Tidak terdapat cacat pada ketiga spesimen.
Pengujian Foto Mikro Pada hasil uji mikro pengelasan pendingin udara didapatkan ukuran butir kecil serta tersebar merata di permukaan atas dan bawah, dibandingkan dengan dua pengelasan pendingin udara dan oli Pengujian Kekerasan Vickers Rata-rata nilai kekerasan pada sisi pertama pengelasan selalu lebih rendah dari pada sisi kedua pengelasan, baik pada spesimen FSW sisi beda maupun FSW sisi sama Pada pengujian hardness nilai rata-rata yang paling tinggi dihasilkan dari pengelasan pendingin oli yaitu : Sisi 1 = 91.28 HV dan Sisi 2 = 106.74HV Pengujian Tarik Pengelasan dengan variasi pendingin air menghasilkan nilai kuat tarik yang lebih tinggi ditinjau dari salah satu hasil pengujian tariknya yaitu 299.7 Mpa. Spesimen FSW pendingin air lebih ductile. Spesimen FSW sisi beda dapat diterapkan pada konstruksi kapal merujuk pada acceptance criteria BKI 2009.
TERIMA KASIH Matur nuwun