Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR
Studi Pengelasan Friction Stir Welding (FSW)
Pada Aluminium AA6061 dengan Baja Karbon
SS400 Menggunakan Variasi Feed Rate
30 mm/menit, 35 mm/menit, dan 40
mm/menit
Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
IDHAR HARIS SETIAWAN
NIM: D 200 160 261
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
i
TUGAS AKHIR
Studi Pengelasan Friction Stir Welding (FSW)
Pada Aluminium AA6061 dengan Baja Karbon
SS400 Menggunakan Variasi Feed Rate
30 mm/menit, 35 mm/menit, dan 40
mm/menit
Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
IDHAR HARIS SETIAWAN
NIM: D 200 160 261
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
ii
iii
iv
v
vi
LEMBAR MOTTO
A. Berdoalah kepada-Ku, Aku akan mengabulkannya.
( Q.S. Al-Mukmin : 60 )
B. Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan,
sesungguhnya sesudah kesulitan itu kemudahan
( Q.S. Al-Insyirah : 5-6 )
C. Dan Allah bersama orang-orang yang sabar.
(Q.S Al-Anfal : 66)
D. Sehingga Allah mencintai orang-orang yang bertawakkal.
(Q.S Al-Imran : 152 )
E. Barangsiapa mempermudah kesulitan orang lain maka Allah akan
memudahkan urusannya di dunia dan akhirat.
( HR. Muslim )
F. Be yourself is all that you can do. “Jadilah diri sendiri semua yang bisa
kamu lakukan”
( AudioSlave )
G. Science without religion is blind, religion without science is lame. “ilmu
tanpa agama adalah buta, agama tanpa ilmu adalah timpang”
( Einstein )
vii
PERSEMBAHAN
Laporan Tugas Akhir ini penulis persembahkan khusus kepada:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang selalu mendoakan penulis, sehingga
penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Dan
terima kasih atas semua nasehat-nasehat yang telah diberikan
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini..
2. Kakak-kakakku yang selalu memberikan dukungan, motivasi, dan
semangat yang sangat luar biasa.
3. Keluarga kontrakan Menco IX yang selalu memberikan semangat,
dukungan, bantuan, dan terima kasih atas segala doanya selama ini.
4. Seluruh mahasiswa Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang selalu memberikan semangat, dukungan, bantuan,
dan juga doanya selama ini.
5. Teman-teman Transfer Universitas Muhammadiyah Surakarta yang
telah berjuang bersama-sama selama berada di Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta dan selalu memberikan
semangat, dukungan, bantuan, dan terima kasih atas segala doanya
selama ini.
6. Seluruh dosen dan staf pengajar Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
viii
ABSTRAK
Friction Stir Welding (FSW), teknik penggabungan dalam keadaan
padat, adalah langkah besar dalam upaya konstan yang selalu
menggabungkan teknologi untuk bahan. Kualitas unggul dari Friction Stir
Welding (FSW) menuntut penggunaannya dalam menggabungkan paduan
Aluminium untuk aerospace, kelautan, otomotif dan beberapa aplikasi
kepentingan komersial. Penelitian ini menggunakan metode pengelasan
friction stir welding dengan menggunakan mesin milling untuk mengetahui
pengaruh parameter variasi feed rate 30 mm/menit, 35 mm/menit, dan 40
mm/menit dan parameter konstan yaitu kecepatan putaran tool 1500 rpm
dan sudut kemiringan tool sebesar 3o terhadap sifat mekanik dan struktur
mikro pada sambungan logam tak sejenis antara baja karbon SS400 dan
AA6061 dengan ketebalan 3mm. Pengujian yang dilakukan meliputi, uji
tarik, uji kekerasan makro, dan uji struktur mikro. Hasil dari penelitian
menunjukkan pada feed rate 30 mm/menit memiliki kekuatan tarik tertinggi
yaitu sebesar 66,5 MPa hal ini dipengaruhi oleh temperatur yang dihasilkan
oleh kecepatan feed rate. Pada daerah weld nugget nilai kekerasan tertinggi
pada weld nugget sebesar 105,577 HVN. Struktur mikro pada daerah HAZ
mengalami grain growth akibat temperatur yang diterima, sedangkan pada
weld nugget menunjukkan tampilan struktur mikro yang kecil dan rapat.
Kata kunci: friction stir welding, feed rate, sambungan tak sejenis, baja
karbon SS400, AA6061, sifat mekanik, struktur mikro
ix
ABSTRACT
Friction stir welding (FSW), a solid state joining technique, is a giant
step in the ever constant endeavour of joining technology for materials. The
superior qualities of Friction stir welding (FSW) led its usage in joining
Aluminum alloys for aerospace, marine, automotive and several
applications of commercial importance. This research uses the method of
friction stir welding by using a milling machine to find out the effect of
parameters of fede rate variation 30 mm / min, 35 mm / min, and 40 mm /
min and the constant parameters are 1500 rpm tool rotation speed and the
tilt angle tool of 30 towards on mechanical properties and micro structure on
dissimilar metals joint between SS400 carbon steel and AA6061 with 3mm
thickness. Then the tests include tensile test, macro hardness test, and
micro structure test. The results showed that the feed rate 30 mm / min had
the highest tensile strength of 66,5 MPa. This was influenced by the
temperature produced by feed rate. In the weld nugget region the highest
hardness value in the weld nugget of 105,577 HVN. The micro structure in
the HAZ area is grain growth due to the received temperature, while on the
weld nugget shows a small and tight micro structure look.
Keywords: friction stir welding (FSW), dissimilar metals joint, feed rate,
SS400 carbon steel, AA6061, mechanical properties, micro structure
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-
Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini dengan
judul : “Studi Pengelasan Friction Stir Welding (FSW) Pada Aluminium
AA6061 dengan Baja Karbon SS400 Menggunakan Variasi Feed Rate 30
mm/menit, 35 mm/menit, dan 40 mm/menit” dengan baik dan lancar.
Adapun tujuan penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah untuk
menerapkan dan menguji ilmu yang diperoleh dibangku perkuliahan dan
sebagai syarat kelulusan mata kuliah Tugas Akhir yang harus dipenuhi oleh
setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta guna memperoleh gelar Sarjana Program studi
Teknik Mesin.
Dalam laporan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua
pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan
ini, yaitu kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan banyak nikmat kepada penulis
sehigga sampai saat ini dapat menyelesaikan laporan dengan baik
dan bisa melaksanakan tugas akhir.
2. Kedua Orang Tua dan keluarga yang telah memberikan doa dan
dukungan kepada penulis.
3. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D.,IPM. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Bapak Ir. H. Subroto, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Bapak Ir. Bibit Sugito, M.T. selaku Pembimbing Tugas Akhir yang telah
memberikan arahan dan bimbingan selama menyelesaikan Tugas Akhir.
6. Ibu Taurista Perdana Syawitri, S.T., M.Eng. selaku Pembimbing Akademik
yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama menyelesaikan masa
perkuliahan.
xi
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .......................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ................................................................. v
LEMBAR MOTTO ...................................................................................... vi
PERSEMBAHAN ...................................................................................... vii
ABSTRAK ................................................................................................ viii
ABSTRACT ................................................................................................ ix
KATA PENGANTAR ................................................................................... x
DAFTAR ISI .............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ................................................................................... xviii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ............................................................. 2
1.3. Batasan Masalah .................................................................. 2
1.4. Tujuan Penelitian .................................................................. 3
1.5. Manfaat Penulisan ................................................................ 3
BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................... 4
2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................. 4
2.2. Aluminium dan Karakteristiknya ............................................ 6
2.3. Jenis-jenis Aluminium ........................................................... 7
2.4. Baja ................................................................................... 9
xiii
2.4.1. Baja Karbon ............................................................. 11
2.4.2. Kandungan Karbon dan Sifat Mekanis ..................... 12
2.5. Friction Stir Welding ............................................................ 13
2.6. Prinsip Kerja Friction Stir Welding ...................................... 14
2.7. Pembagian Zona Pada Friction Stir Welding ...................... 15
2.8. Parameter Pengelasan FSW .............................................. 17
2.8.1. Geometri Tool .......................................................... 17
2.8.2. Putaran Tool, Transverse Speed, dan Kemiringan Tool 16 ............................................................................. 18
2.8.3. Tipe Penyambungan ................................................ 20
2.9. Pengujian Tarik ................................................................... 20
2.10. Pengujian Kekerasan .......................................................... 24
2.11 Analisis Struktur Mikro ........................................................ 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 29
3.1. Diagram Alir Penelitian ....................................................... 29
3.2. Bahan Penelitian ................................................................. 30
3.3. Peralatan Penelitian ............................................................ 31
3.3.1. Peralatan Untuk Proses Pengelasan dan Pembuatan
Spesimen ................................................................. 31
3.3.2. Peralatan Untuk Pengujian Spesimen ...................... 34
3.4. Proses Pengelasan FSW .................................................... 35
3.5. Pembuatan Spesimen......................................................... 37
3.5.1. Pembuatan Spesimen Uji Tarik ................................ 38
3.5.2. Pembuatan Spesimen Uji Struktur Mikro dan Kekerasan ........................................................................... 38
3.6. Pengujian Hasil Pengelasan FSW ...................................... 39
3.6.1. Pengujian Tarik ........................................................ 40
3.6.2. Pengujian Kekerasan ............................................... 41
xiv
3.6.3. Pengujian Struktur Mikro .......................................... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 43
4.1. Hasil Pengelasan ................................................................ 43
4.2. Analisa Visual ..................................................................... 45
4.3. Analisa Temperatur Pengelasan ......................................... 48
4.4. Analisa Kekuatan Tarik ....................................................... 50
4.5. Analisa Kekerasan .............................................................. 53
4.6. Analisa Struktur Mikro ......................................................... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 59
5.1 Kesimpulan ......................................................................... 59
5.2 Saran .................................................................................. 59
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Fasa Al-Mg-Si ....................................................... 6
Gambar 2.2. Diagram keseimbangan fasa Fe-C .................................... 10
Gambar 2.3. Hubungan antara kandungan karbon dan sifat mekanis. .. 13
Gambar 2.4. Pengelasan friction stir welding ......................................... 14
Gambar 2.5. Proses Pengelasan pada friction stir welding .................... 14
Gambar 2.6. Heat zone pada friction stir welding .................................. 15
Gambar 2.7. Bentuk-bentuk pin FSW .................................................... 17
Gambar 2.8. Bentuk-bentuk shoulder FSW ........................................... 18
Gambar 2.9. Skema Pengelasan FSW .................................................. 19
Gambar 2.10. Kualitas las sebagai fungsi dari pemakanan (feedrate) ..... 19
Gambar 2.11. Desain penyambungan pada pengelasan FSW ................ 20
Gambar 2.12. Batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan ...... 21
Gambar 2.13. Gejala luluh ....................................................................... 22
Gambar 2.14. Indentasi brinell ................................................................. 26
Gambar 2.15. Indentasi vickers ............................................................... 27
Gambar 2.16. Diagram nilai kekerasan friction stir welding aluminium .... 27
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ...................................................... 29
Gambar 3.2. Dimensi base metal ........................................................... 30
Gambar 3.3. Dimensi tool FSW ............................................................. 30
Gambar 3.4. Tool yang digunakan dalam proses FSW ......................... 31
Gambar 3.5. Dimensi backing plate ....................................................... 31
Gambar 3.6. Mesin milling merk Aciera AS-1 ........................................ 32
Gambar 3.7. Termokopel dan termoprobe tipe k ................................... 32
xvi
Gambar 3.8. Caliper ............................................................................... 33
Gambar 3.9. Kikir ................................................................................... 33
Gambar 3.10. Gergaji .............................................................................. 33
Gambar 3.11. Alat uji tarik ....................................................................... 34
Gambar 3.12. Alat uji kekerasan .............................................................. 34
Gambar 3.13. Alat uji struktur mikro ......................................................... 35
Gambar 3.14. Susunan meja pengelasan FSW ....................................... 36
Gambar 3.15. Spesimen uji tarik JIS Z 2201 ........................................... 38
Gambar 3.16. Potongan spesimen pengujian struktur mikro ................... 39
Gambar 3.17. Potongan spesimen pengujian kekerasan ........................ 39
Gambar 3.18. Grafik tegangan regangan dengan kondisi spesimen ....... 40
Gambar 3.19. Skema pembebanan vickers ............................................. 41
Gambar 3.20. Mikroskop optik ................................................................. 42
Gambar 4.1. Hasil pengelasan pada feed rate 30 mm/menit ................. 43
Gambar 4.2. Hasil pengelasan pada feed rate 35 mm/menit ................. 44
Gambar 4.3. Hasil pengelasan pada feed rate 40 mm/menit ................. 45
Gambar 4.4. Exit hole pada spesimen I ................................................. 46
Gambar 4.5. Exit hole pada spesimen II ................................................ 47
Gambar 4.6. Exit hole pada spesimen III ............................................... 48
Gambar 4.7. Grafik hubungan feed rate dan temperatur ....................... 49
Gambar 4.8. Spesimen uji tarik .............................................................. 50
Gambar 4.9. Patahan pada feed rate 30 mm/menit ............................... 50
Gambar 4.10. Patahan pada feed rate 35 mm/menit ............................... 50
Gambar 4.11. Patahan pada feed rate 40 mm/menit ............................... 51
Gambar 4.12. Grafik hubungan kekuatan tarik dengan feed rate ............ 52
xvii
Gambar 4.13. Hasil jejak indentor macro vickers ..................................... 53
Gambar 4.14. Nilai kekerasan rata-rata pada setiap bagian spesimen .... 55
Gambar 4.15. Struktur mikro pada base metal AA6061 ........................... 57
Gambar 4.16. Struktur mikro pada base metal baja karbon SS400 ......... 57
Gambar 4.17. Struktur mikro pada weld nugget ....................................... 58
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Tabel Hasil Uji Tarik Pengelasan .............................................. 5
Tabel 2.2. Kelompok aluminium paduan tempa ......................................... 9
Tabel 2.2. Klasifikasi baja karbon ............................................................ 12
Tabel 4.1. Temperatur Pengelasan .......................................................... 48
Tabel 4.2. Data pengujian tarik ................................................................ 51
Tabel 4.3. Nilai kekerasan material pada variasi fee drate 30 mm/menit, 35
mm/menit, dan 40 mm/menit .................................................... 54
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data hasil pengujian tarik
Lampiran 2. Data hasil pengujian kekerasan
Lampiran 3. Foto mikro spesimen
Lampiran 4. Foto pemasangan spesimen pada mesin
Lampiran 5. Foto tool probe
Lampiran 6. Foto hasil pengelasan
Lampiran 7. Foto spesimen pengujian