PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING JUDUL Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh : HANDI DWI CAHYONO NIM. I1410015 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
LEMBAR PENGESAHAN PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING Disusun oleh Handi Dwi Cahyono NIM. I 1410015 Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Dr. Triyono, ST., MT. NIP.197101031997021001 Dr. Nurul Muhayata, S.T., M.T. NIP. 197406251999031002 Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada tanggal 19-04-2016, pukul 14.00, bertempat di M.101, Gd.1 FT-UNS. 1. Heru Sukanto, ST., MT. NIP. 197207311997021001 2. Indri Yaningsih, S.T., M.T. NIP. 198607042012122004 3. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. NIP. 197101031997021001 Kepala Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Koordinator Tugas Akhir Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT. NIP. 197106151998021002 Dr. Nurul Muhayata, S.T., M.T NIP. 197406251999031002
MOTTO & PERSEMBAHAN Motto Berani mengambil resiko merupakan awal dari kesuksesan Setiap manusia mempunyai jati diri tetapi tidak setiap manusia bisa menjadi dirinya sendiri Hidup akan lebih bermakna ketika kita bisa mengasihi sesama kita Persembahan Dengan kerendahan hati kupersembahkan karya sederhana ini kepada : Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan kasih sayang, nasehat serta dorongan di dalam kehidupanku Saudara -saudaraku yang aku sayangi Teman-teman ATMI yang telah memberikan bantuan dan dukungannya, kebersamaan kita selama kita menuntut ilmu di UNS akan menjadi kenangan yang tidak akan terlupakan Almamaterku
PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING ABSTRAK Handi Dwi Cahyono Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Telp: 0271-646994 Fax: 0271-646655 Email: handidc@gmail.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh profil pin dan jarak preheat pada proses friction stir welding (FSW) terhadap sifat mekanik dan struktur mikro sambungan las pelat aluminium sheet 5052. Pengelasan dilakukan pada mesin milling dan material welding tool dari jenis Bohler K100 dengan kekerasan 59HRc. Parameter yang digunakan yaitu: kecepatan putar tool 1125 rpm, kecepatan pengelasan 60 mm/menit, kedalaman pembenaman tool 3,90 mm dengan variasi profil pin silindris, dua sisi datar dan tiga sisi datar, serta variasi jarak preheat 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm.. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji tekuk, uji kekerasan dan pengamatan secara makro dan mikro. Hasil penelitian menunjukan kekuatan tarik tertinggi pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 213,360 Mpa, kekuatan tekuk tertinggi untuk uji face bending pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 425,309 Mpa, sedangkan kekuatan tekuk tertinggi untuk uji root bending pada profil pin tiga sisi datar dan jarak preheat 60 mm yaitu 426,191 Mpa. Kata kunci: FSW, profil pin, preheating.
THE EFFECT OF PIN PROFILE AND PREHEATING DISTANCE ON THE MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTUCTURE OF 5052-H32 ALUMINIUM ALLOY JOIN ON FRICTION STIR WELDING Handi Dwi Cahyono Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University Jl. Ir. Sutami 36 A Solo 57126 Hp: 081327903449 Email: handidc@gmail.com Abstract The aim of this research is to study the effect of welding pin profile and preheating distance in friction stir welding (FSW) process on the mechanical properties and micro structural of aluminium sheet 5052 welded joint using depth of plunge 3,90 mm. FSW process uses milling machine and the welding tool material is Bohler K100 with hardness 59HRc. Parameter machine are used rotation of welding tool 1125 rpm, welding rate 60mm/minute with welding pin profile variation cylindrical, two flat side and three flat side and also preheating distance from 60 mm, 70 mm, 80 mm adn 90 mm. The testing done are tensile test, bending test, hardness test, macro and micro structural examination. The results showed that the highest tensile strength is 213,360 MPa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm. The highest buckling strength for face bending methode is 425,309 Mpa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm, while the highest buckling strength for root bending is 426,191 Mpa on pin profil three flat side and preheating distance 60 mm. Keywords: FSW, profil pin, preheating
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul, PENGARUH PROFIL PIN DAN JARAK PREHEATING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN MATERIAL AA5052-H32 FRICTION STIR WELDING. Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini, antara lain kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T. dan Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT. selaku pembimbing skripsi, atas bimbingan dan arahannya dalam pembuatan skripsi ini. 3. Bapak-bapak dosen yang telah berkenan menyampaikan ilmunya selama penulis menempuh perkuliahan. 4. Keluarga tercinta yang telah memberikan perhatian dan sumbangan besar baik moril maupun materil. 5. Teman-teman tim FSW atas kerjasamanya selama penelitian. 6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas segala bantuannya dalam penulisan skripsi ini. Surakarta, April 2016 Penulis
DAFTAR ISI DAFTAR ISI JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii MOTTO & PERSEMBAHAN... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan... 3 1.5 Manfaat... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II... 5 LANDASAN TEORI... 5 2.1 Tinjauan Pustaka... 5 2.2 Prinsip Kerja Friction Stir Welding (FSW)... 7 2.3 Parameter Friction Stir Welding... 9 2.3.1 Tool... 9 2.3.2 Kecepatan Putar Tool... 11 2.3.3 Kecepatan Pengelasan... 11 2.3.4 Depth Plunge... 12 2.3.5 Preheating... 12 2.4 Baja Bohler K100... 13 2.5 Aluminium Paduan... 13 2.5.1 Klasifikasi Aluminium Paduan... 13 2.5.2 Aluminium Paduan 5052... 15 2.6 Pengujian Spesimen... 16 2.6.1 Pengujian Tarik... 16 2.6.2 Pengujian Tekuk... 18
2.6.3 Pengujian Kekerasan... 18 2.6.4 Pengujian Struktur Mikro dan Foto Makro... 19 BAB III... 21 METODOLOGI PENELITIAN... 21 3.1 Diagram Alir Penelitian... 21 3.2 Bahan Penelitian... 22 3.3 Peralatan Penelitian... 24 3.3.1 Peralatan untuk pembuatan spesimen dan proses pengelasan... 24 3.3.2 Peralatan untuk pengujian spesimen... 29 3.4 Pelaksanaan Pengelasan... 31 3.4.1 Parameter Pengelasan... 31 3.4.2 Proses pengelasan... 32 3.5 Pengujian Spesimen Hasil Pengelasan... 37 3.5.1 Uji Kekerasan (Hardness test)... 38 3.5.2 Uji Tekuk... 39 3.5.3 Uji Tarik... 40 3.5.4 Pengamatan Struktur Mikro dan Makro... 40 BAB IV... 42 DATA DAN ANALISA... 42 4.1 Data Pengelasan... 42 4.1.1 Data Base Material... 42 4.1.2 Data Percobaan pengelasan dengan Variasi profil pin tanpa pemanasan awal... 43 4.1.3 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin silindris 47 4.1.4 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 2 sisi datar 50 4.1.5 Data Percobaan dengan variasi jarak preheat pada profil pin 3 sisi datar 53 4.2 Analisa... 56 4.2.1 Analisa Foto Makro... 56 4.2.2 Analisa Struktur Mikro... 58 4.2.3 Analisa Kekuatan Tarik... 63 4.2.4 Analisa Kekuatan Tekuk... 66 4.2.5 Analisa Kekerasan... 71 BAB V... 74 PENUTUP... 74
5.1 Kesimpulan... 74 5.2 Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA... 75 LAMPIRAN... 77
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Foto makro hasil pengelasan FSW (Mishra dan Ma, 2005)... 7 Gambar 2. 2 Prinsip kerja FSW (TWI)... 8 Gambar 2. 3 Pencekaman benda kerja... 8 Gambar 2. 4 Variasi sambungan las FSW (Mishra dan Ma, 2005)... 9 Gambar 2. 5 Beberapa profil permukaan shoulder (Mishra dan Ma, 2005)... 10 Gambar 2. 6 Beberapa penampang profil pin (Fujii dkk, 2006)... 11 Gambar 2. 7 Gerakan putaran tool... 11 Gambar 2. 8 Posisi tool terhadap benda kerja... 12 Gambar 2. 9 Diagram Fasa Al-Mg (Totten dan MacKenzie, 2003)... 16 Gambar 2. 10 Pengujian Tarik (Groover, 2007)... 17 Gambar 2. 11 Mekanisme pengujian three point bending (Groover, 2007)... 18 Gambar 2. 12 Pengujian Vickers secara skematis (Fundamentals of Modern Manufacturing, 2007)... 19 Gambar 2. 13 Skema pengamatan struktur mikro... 20 Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian... 21 Gambar 3. 2 Base metal... 22 Gambar 3. 3 Penampang profil pin... 22 Gambar 3. 4 Geometri tool... 23 Gambar 3. 5 Ukuran backing plate dan posisi lubang termokopel... 23 Gambar 3. 6 Mesin Cutting... 24 Gambar 3. 7 Mesin Milling... 25 Gambar 3. 8 Peralatan pengukur temperatur... 26 Gambar 3.9 Tool setter... 26 Gambar 3.10 Dial caliper... 27 Gambar 3.11 Heat Gun... 27 Gambar 3.12 Infrared Pyrometer... 28 Gambar 3.13 Gerinda Tangan... 28 Gambar 3.14 Kikir... 29 Gambar 3.15 Universal Testing Machine (UTM)... 30 Gambar 3.16 Mikro Vickers Machine... 30
Gambar 3.17 Alat uji foto struktur mikro... 31 Gambar 3. 18 Pemasangan termokopel... 32 Gambar 3. 19 Pemasangan backing plate... 32 Gambar 3.20 Pemasangan base metal dan proses dial... 33 Gambar 3. 21 Posisi pencekaman secara keseluruhan... 33 Gambar 3. 22 Setting attachment heat gun... 34 Gambar 3. 23 Parameter proses pengelasan... 35 Gambar 3. 24 Proses masuknya tool dan heat gun ke dalam aluminium... 36 Gambar 4. 1 Base metal aluminium AA 5052 H-32... 42 Gambar 4. 2 Foto mikro base metal... 42 Gambar 4. 3 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan tanpa pemanasan awal.... 43 Gambar 4. 4 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan tanpa pemanasan awal.... 44 Gambar 4. 5 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan tanpa pemanasan awal.... 44 Gambar 4. 6 Grove defect pada pengelasan dengan profil pin silindris tanpa pemanasan awal... 44 Gambar 4. 7 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 60 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 8 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 70 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 9 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 80 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 10 Hasil pengelasan dengan profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 90 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 11 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 12 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 70 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 13 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 80 mm... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 14 Hasil pengelasan dengan profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 90 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 15 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 16 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 70 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 17 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 80 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 18 Hasil pengelasan dengan profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 90 mm... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 19 Cacat kissing bond... 57 Gambar 4. 20 Gambar Spesimen Uji Tarik (standar AWS D1.2)... 63 Gambar 4. 21 Grafik Perbandingan Kekuatan Tarik... 64 Gambar 4. 22 Penampang patahan uji tarik profil pin 3 sisi datar... 64 Gambar 4. 23 Penampang uji tarik profil pin silindris... 65 Gambar 4. 24 Spesimen Uji Tekuk... 66 Gambar 4. 25 Grafik Perbandingan Kekuatan Tekuk uji face bending... 67 Gambar 4. 26 Hasil uji face bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90 mm... 67 Gambar 4. 27 Hasil uji face bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanasan 60 mm... 68 Gambar 4. 28 Grafik Perbandingan Kekuatan Tekuk uji root bending... 69 Gambar 4. 29 Hasil uji root bending variasi profil pin silindris jarak pemanas 90 mm... 70 Gambar 4. 30 Hasil uji root bending variasi profil pin 3 sisi datar jarak pemanas 60 mm... 70 Gambar 4.31 Hasil jejak identor micro vicker... 71
DAFTAR TABEL Tabel 4. 1Tabel data pengujian Base metal AA 5052 H32... 43 Tabel 4. 2 Tabel data foto makro FSW tanpa pemanasan awal... 45 Tabel 4. 3 Tabel data foto mikro FSW tanpa preheat... 46 Tabel 4. 4 Tabel data pengujian FSW tanpa preheat... 47 Tabel 4. 5 Tabel data foto makro FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm... 48 Tabel 4. 6 Tabel data foto mikro FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 60 mm, 70 mm, 80 mm dan 90 mm... 49 Tabel 4. 7 Tabel data pengujian FSW profil pin silindris dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 50 Tabel 4. 8 Tabel data foto makro FSW profil pin 2 sisi datar jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 51 Tabel 4. 9 Tabel data foto mikro FSW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 52 Tabel 4. 10 Tabel data pengujian FSW profil pin 2 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 53 Tabel 4. 11 Tabel data foto makro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 54 Tabel 4. 12 Tabel data foto mikro FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 55 Tabel 4. 13 Tabel data pengujian FSW profil pin 3 sisi datar dan jarak pemanasan awal 60mm, 70mm, 80mm dan 90mm... 55 Tabel 4. 14 Tabel Perbandingan foto makro antar spesimen... 56 Tabel 4. 15 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HAZ Retreating Side... 59 Tabel 4.16 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah HAZ Advancing Side... 59 Tabel 4.17 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMAZ Retreating Side... 60
Tabel 4.18 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah TMAZ Advancing Side... 61 Tabel 4.19 Tabel Perbandingan struktur mikro antar spesimen pada daerah weld nugget... 62
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1: Contoh Hasil print out uji tarik, dalam hal ini pengujian FSW tanpa preheat I... 77 Lampiran 2: Contoh Hasil print out uji face bending, dalam hal ini pengujian FSW tanpa preheat I... 78 Lampiran 3: Contoh Hasil print out uji root bending, dalam hal ini pengujian FSW tanpa preheat I... 79 Lampiran 4 : Contoh perhitungan tegangan tarik... 80 Lampiran 5: Contoh perhitungan tegangan tarik... 81 Lampiran 6 : Data hasil pengujian... 82 Lampiran 7 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 60 mm... 83 Lampiran 8 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 70 mm... 84 Lampiran 9 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 80 mm... 85 Lampiran 10 : Data hasil uji kekerasan dengan variasi jarak preheat 90 mm... 86