digilib.uns.ac.id BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini melakukan beberapa pengujian yaitu pengujian terhadap nilai tegangan Von Mises dan nilai distribusi temperatur dari lima variasi ketebalan plat. Tabel 4.1. menunjukkan jenis material baja Austenitic (Austenitic Grades) yang akan digunakan baik untuk pengujian plat terhadap nilai Tegangan Von Mises dan Distribusi Temperatur. Grade 316 & Massa Jenis (lj æþ ) Tabel 4.1. Sifat sifat fisik material plat yang diuji. Modulus Elastisitas (GPa) 0 100 0 C ( æþæþ ) Koefisien Ekspansi Termal Ratarata 101 o C 315 0 C ( æþæþ ) 316 o C 538 0 C ( æþæþ ) Konduktivitas 0-100 0 C ( æþ. ) Termal 100 0 C ~ ( æþ. ) Panas Spesifik ( lj. ) 316L/H 8000 193 15.9 16.2 17.5 16.3 21.5 500 740 Tahanan Listrik (nω.m) 4.1. Mesh dan Model Analisis Elemen Hingga Model analisis elemen hingga (AEH) dari proses RSW ditunjukkan dalam gambar 4.1 dan 4.2. Gambar 4.1. menjabarkan bahwa kontak antara dua benda kerja yang disebut Faying Surface. Model di-mesh menggunakan dua elemen; CONTAC48 dan PLANE42. Elemen CONTAC48 adalah elemen yang digunakan untuk merepresentasikan kontak dan geseran antara dua permukaan (atau antara sebuah node dan sebuah permukaan) dalam kondisi dua dimensi. Elemen ini memiliki dua derajat kebebasan pada tiap node yaitu UX dan UY. Elemen yang lain adalah PLANE42 yang digunakan untuk pemodelan struktur solid 2-D. Elemen ini dapat digunakan sebagai elemen bidang (baik tegangan atau regangan) atau sebagai elemen axisymmetric. Elemen ini didefinisikan oleh empat node yang memiliki dua derajat kebebasan pada tiap nodenya yaitu UX dan UY. Sebuah gaya tekan dari bagian atas elektroda atas dibebankan secara tegak lurus. 23
digilib.uns.ac.id 24 Area kontak 1 (B-E) Area kontak 2 (B-B) Area kontak 3 (B-E) B = Benda kerja E = Elektroda Gambar 4.1. Mesh dari Model AEH untuk permasalahan tegangan Von Mises Masalah termoelektrik untuk distribusi temperatur untuk model yang di- mesh memiliki satu elemen yaitu ; PLANE67 yang memiliki kapabilitas sebagai konduktor listrik dan termal. Elemen ini memiliki empat node yaitu TEMP dan VOLT. Gambar 4.2. adalah Model Elemen Hingga untuk kondisi meshing. Konveksi udara (garis merah) Tegangan listrik (garis kuning) Gambar 4.2. Mesh termoelektrik dari permasalahan distribusi temperatur
digilib.uns.ac.id 25 4.2. Hasil Pengujian Untuk Nilai Tegangan Von Mises Hasil dari pengujian di sub-bab ini akan menampilkan beberapa visualisasi pemodelan beserta grafik dan analisa terkait tentang Nilai Tegangan Von Mises dan memperlihatkan visualisasi dari material yang luluh yang ditandai dengan warna merah seperti pada Gambar 4.3. hingga 4.7. Gambar 4.3. Visualisasi Tegangan Von Mises untuk Plat 0.6 mm Gambar 4.3 memperlihatkan bahwa warna merah yang timbul pada material plat adalah akibat dari tekanan elektroda atas yang bergerak ke bawah yang akhirnya menjepit plat dengan elektroda bawah. Plat yang digunakan memiliki variasi ketebalan dari 0.6 mm hingga 1 mm dengan tekanan plat yang tetap, sehingga akan didapatkan gradasi warna merah yang timbul akibat penekanan elektroda. Tegangan maksimum timbul pada ujung permukaan kontak antara elektroda dan benda kerja. Tekanan pada antarmuka Benda kerja dan Elektroda (B-E) cukup seragam di sekeliling bagian pusat sumbu dan di daerah sekitar tepi elektroda, yang mengalami konsentrasi tegangan yang tinggi dan hal ini menjadi alasan yang sama pada gambar 4.3. hingga 4.7. Gambar 4.4. di bawah menunjukkan distribusi tegangan Von Mises setelah tahap penekanan selesai dan tegangan maksimum yang timbul adalah 2800 úòâ æþ yang terjadi pada tengah-tengah permukaan kontak antara elektroda dan benda kerja. Tekanan kontak pada area kontak 1 B-E cukup seragam dari keseluruhan
digilib.uns.ac.id 26 sumbu x sehingga timbul konsentrasi tegangan yang berwarna merah yang cukup tinggi. Tegangan sisa timbul saat elektroda atas menekan plat bagian atas dan bawah sehingga deformasi plastis terjadi saat elektroda menekan ke arah bawah. Gambar 4.4. Visualisasi Tegangan Von Mises untuk Plat 0.7 mm Gambar 4.5. Visualisasi Tegangan Von Mises untuk Plat 0.8 mm Gambar 4.4. dan 4.5. telah memperlihatkan perbedaan tegangan seperti yang diharapkan dan akan terus memperlihatkannya hingga ketebalan plat 1 mm seperti yang ditunjukkan Gambar 4.6. dan 4.7. di bawah ini.
digilib.uns.ac.id 27 Gambar 4.6. Visualisasi Tegangan Von Mises untuk Plat 0.9 mm Gambar 4.7. Visualisasi Tegangan Von Mises untuk Plat 1.0 mm Nilai tegangan tertinggi (warna merah) pada plat 0.6 mm pada akhirnya menurun walaupun tak seluruhnya hilang yang menandakan Tegangan Von Mises masih timbul walaupun nilainya jauh lebih kecil dibandingkan plat 0.5 mm
digilib.uns.ac.id 28 Nilai Tegangan Von Mises 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0.6 mm 0.7 mm 0.8 mm 0.9 mm 1 mm Variasi Ketebalan Plat 0.6 mm 0.7 mm 0.8 mm 0.9 mm 1 mm Gambar 4.8. Barchart untuk Nilai Tegangan Von Mises Terhadap Variasi Berdasarkan visualisasi pemodelan dan rekapitulasi Nilai Tegangan Von Mises yang ada di grafik terlihat adanya penurunan pada nilai tegangan dari variasi ketebalan 0.6 mm 2156 úòâ æþ, 1714 úòâ æþ, Thakur, et al., memberikan kondisi kondisi pengelasan dan hasil yang dibandingkan dengan milik penulis untuk validasi pemodelan seperti yang ada pada tabel berikut. Tabel 4.2. Perbandingan Gaya tekan elektroda dan Tegangan maksimum dari hasil milik Thakur, et al., dan penulis Macam macam Gaya tekan elektroda Tegangan maksimum Thakur, et al. Penelitian ini Elemen - PLANE223 - CONTA172 - TARGE169 - PLANE42 - CONTAC48 Ketebalan Plat hingga 1 mm dengan nilai 3794 úòâ æþ, 28000 úòâ æþ, 1398 úòâ æþ berturut turut. 3000 N 2,81 kpa 2850 N - 3,794 kpa - 2,800 kpa - 2,156 kpa - 1,714 kpa - 1,398 kpa Tegangan maksimumm milik Thakur, et al., yang bernilai 2,81 kpa timbul pada tepi permukaan kontak antara elektroda dengan benda kerja dan tekanan
digilib.uns.ac.id 29 kontak pada antarmuka B-E dan area sekitar tepi elektroda terdapat konsentrasi tegangan. Hal ini sejalan dengan yang dibahas penulis di beberapa paragraf di atas. Hasil di atas juga sejalan dengan teori yang dikeluarkan Hosford, bahwa keluluhan (yielding) akan timbul ketika nilai tegangan geser akar rata rata kuadrat mencapai nilai kritis. Hal ini bermakna bahwa tegangan geser timbul saat keluluhan pada Rim (tepian) ketika elektroda menekan plat, sehingga nilai nilai yang muncul berikutnya akan berbanding lurus menjadi semakin kecil karena tekanan elektroda tetap sementara ketebalan plat bertambah. 4.3. Hasil Pengujian Untuk Nilai Distribusi Temperatur Hasil dari pengujian di sub-bab ini akan menampilkan beberapa visualisasi pemodelan beserta grafik dan analisa terkait tentang Nilai distribusi Temperatur. yang diperlihatkan Gambar 4.9. hingga 4.13. Gradasi warna merah yang diperlihatkan adalah profil temperatur dan bentuk nugget yang terbentuk. Pada proses pengelasan, temperatur di pusat faying surface meningkat dengan cepat. Pelelehan (melting) timbul pada faying surface dan meluas ke material yang ada di dekatnya. Dikarenakan tahanan yang ada bertemu dengan arus listrik pada faying surface, panas Joule dihasilkan pada permukaan ini lebih besar daripada panas yang dihasilkan pada titik lain pada permukaan las. Gambar 4.9. Visualisasi Distribusi commit Temperatur to user untuk Ketebalan Plat 0.6 mm
digilib.uns.ac.id 30 Gambar 4.10. Visualisasi Distribusi Temperatur untuk Ketebalan Plat 0.7 mm Gambar 4.9. dan 4.10. di atas hingga Gambar 4.13. berikutnya, tidak akan menimbulkan gradasi warna merah yang signifikan seiring semakin tebalnya plat sebagai tanda timbulnya tegangan listrik di bagian antarmuka plat yang berubah menjadi panas sehingga membentuk Nugget. Gambar 4.11. Visualisasi Distribusi Temperatur untuk Ketebalan Plat 0.8 mm
digilib.uns.ac.id 31 Gambar 4.12. Visualisasi Distribusi Temperatur untuk Ketebalan Plat 0.9 mm Gambar 4.13. Visualisasi Distribusi Temperatur untuk Ketebalan Plat 1 mm Gambar 4.13. di atas masih menunjukkan gradasi yang relatif sama mulai dari gambar 4.9., namun bukan berarti tidak ada perbedaan sama sekali, nilai temperatur antarmuka plat sebagai tempat timbulnya Nugget menunjukkan eskalasi mulai dari ketebalan plat 0.6 mm hingga 1 mm seperti yang diperlihatkan Barchart pada gambar 4.12. di bawah ini.
digilib.uns.ac.id 32 Nilai Temperatur Maksimum 1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 0.6 mm 0.7 mm 0.8 mm 0.9 mm 1 mm Variasi Ketebalan Plat 0.6 mm 0.7 mm 0.8 mm 0.9 mm 1 mm Gambar 4.14. Barchart Distribusi Temperatur Terhadap Variasi Ketebalan Plat Berdasarkan visualisasi pemodelan dan rekapitulasi nilai Distribusi Temperatur yang ada di grafik terlihat adanya kenaikan dari ketebalan plat 0.6 mm dengan nilai 1547 o C, ketebalan plat 0.7 mm bernilai 1599 o C, kemudian ketebalan plat 0.8 mm dengan 1630 o C, lalu ketebalan plat 0.9 mm dengann 1657 o C, yang terakhir ketebalan plat 1 mm bernilai 1665 o C. Tabel 4.3. Perbandingan Temperatur maksimum dari hasil milik Thakur, et al., Saleem, et al., Zhigang, et al. dan penulis Thakur, et al. Zhigang, et al. Saleem, et al. - PLANE223 - CONTA172 - TARGE169 Penelitian ini - PLANE67 Macam macam Elemen Temperatur Maksimum Koefisien konveksi udaraa - PLANE223 - CONTA172 - TARGE169 1559 o C 21 W/m. o C - PLANE 67 2127 o C 25 W/m. o C - 1547 o C - 1599 o C - 1630 o C - 1657 o C commit to - user 1665 o C 1450 o C 23 W/m 2. o C 25 W/m 2. o C
digilib.uns.ac.id 33 Zhigang, H., et al., menyatakan bahwa energi panas dihasilkan di sepanjang garis kontak dari faying surface yang disebabkan tahanan kontak, saat temperatur dari antarmuka plat dan elektroda masih pada tahap awal pengelasan. Sementara itu Thakur, et al., menyatakan bahwa saat pengelasan mulai mendingin, dalam waktu yang sangat singkat temperatur pusat nugget menurun. Temperatur pada pusat antarmuka benda kerja dengan elektroda menurun lebih lambat tapi tetap berjalan. Hasil penelitian juga memperkuat teori Incropera, 2011, bahwa Distribusi Temperatur dalam dinding dapat ditentukan dengan menyelesaikan persamaan panas dengan kondisi batas yang tepat. Untuk kondisi tunak (steady state), dengan tidak adanya sumber yang terdistribusi di dalam dinding. Maka, untuk satu-dimensional, konduksi tunak (steady state) dalam dinding bidang tanpa pertumbuhan panas, flux panas adalah konstan, tidak tergantung jarak x. Penelitian ini memberikan kondisi batas di sekeliling area keseluruhan baik di area tepi elektroda dan area tepi plat dengan kondisi batas temperatur ruang sebesar 21 o C dan juga pemberian tegangan listrik yang konstan sehingga menimbulkan panas di bagian antarmuka plat yang membentuk Nugget seperti yang tampak pada visualisasi. Semua tampilan visualisasi dari distribusi temperatur di atas juga telah divalidasi sesuai hasil visualisasi dari jurnal Thakur dan Zhigang seperti pada bab 2.