Tugas 5

NAMA : PUTHUT BAYU MURTI

NPM : 1206241432

JURUSAN : TEKNIK METALURGI & MATERIAL

Tugas-5 Penyambungan Material

Pressure weld

Tugas 05

1. Jelaskan prinsip kerja las dingin (cold welding). Sebutkan beberapa syarat utama agar

material dapat disambung dengan metoda ini.

Jawab ;

Cold welding merupakan proses solid state welding, yakni penyambungan material

dengan menggunakan tekanan dan pada temperatur ruang. Pada proses cold welding ini

tidak diperlukan alat penghasil panas seperti pada proses welding pada umumnya, hal ini

dikarenakan pada proses cold welding akan tercipta panas saat diberikan tekanan.

Prinsip dari cold welding ini ialah, dua benda yang akan disambung dijepit dengan

menggunakan penjepit untuk kemudian ditekan antar kedua ujung (material yang ingin

disambung) hingga kedua ujung benda tersebut tersambung.

Syarat agar material dapat disambung antara lain ;

Persiapan permuakaan (mekanis, kimiawi, baking)

Minimal satu logam yang akan memiliki sifat ulet / sangat liat.

Tidak mengalami pengerasan regang yang drastis

Sifat struktur kristalnya

Persen deformasinya

Tekanannya

2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Threshold Deformation serta kegunaan nilai

tersebut pada suatu material. Berilah contoh perhitunganuntuk material Aluminum &

Paduannya.

Jawab ;

Threshold deformation merupakan parameter yang sangat penting dalam proses

pengelasan dingin (cold welding) yang berfungsi untuk menentukan kekuatan maksimum

yang dapat dicapai dari proses pengelasan dingin tersebut. Dengan mengetahui nilai treshold

deformation dari suatu material, maka kita dapat menentukan deformasi minimum yang

dibutuhkan agar material tersebut dapat tersambung dengan baik.

Contoh perhitungan untuk material aluminium ;

Ketebalan awal (To) = 20

Ketebalan akhir (Tf) = 10

Maka,

%Deformasi = [(To – Tf)/To] x 100%

= [(20-10)/20] x 100%

= 50%

3. Jelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi nilai threshod deformation. Serta

jelaskan hubungan threshold deformation dengan pressure dan preparasi permukaan

untuk proses cold welding

Jawab ;

Faktor yang memperngaruhi treshold deformation adalah ;

a. Jenis material

b. Struktur kristal material

c. Persiapan permukaan

d. pressure yang diberikan ke material

Hubungan antara threshold deformation dengan pressure dan preparasi permukaan un

tuk proses cold welding :

Pressure pada material maka, threshold deformation dan kekuatan sambungan .

Semakin baik persiapan permukaan maka, threshold deformation

4. Jelaskan prinsip kerja explosive welding dengan skematis gambar. Berilah contoh

aplikasi dilapangan.

Jawab ;

Explosive welding merupakan proses solid-state welding dimana penyambungan dihasilkan

oleh impak (tumbukan berkecepatan tinggi) akibat adanya tekanan dari ledakan yang

dihasilkan.

Prinsip kerjanya menggunakan tiga komponen, yaitu base metal, prime metal, explosive.

Secara rinci, prinsip kerjanya adalah :

Ketiga komponen disusun dimana prime component diletakan pada lapisan tengah

dan detonator di bagian atasnya

Dengan meledakan detonator makan prime component akan menumbuk base metal

sehingga deformasi plastis terjadi dan kedua pelat tersambung

Berikut merupakan gambar skematis explosive welding ;

Contoh aplikasi dari explosive welding ialah pada saat proses cladding material ;

Selain itu, explosive welding dapat dilakukan pada material baja karbon dengan baja tahan ka

rat (SS), titanium pada low carbon steel, dan iron-nickel base alloy pada low carbon steel.

5. Jelaskan prinsip kerja ultrasonic welding dengan skematis gambar serta mekanisme

penyambungan (bonding) dari metoda ini. Jelaskan hubungan enerji panas yang

dipakai dengan properties material yang disambung. Serta berilah contoh aplikasi

dilapangan.

Jawab ;

Ultrasonic Welding adalah proses solid state welding dimana sambungan dihasilkan

oleh energi vibrasi berfrekuensi tinggi dan tekanan pada benda kerja. Ikatan

sambungan (bonding) terjadi tanpa adanya peleburan dari logam induk.

Prinsip Kerja :

Vibrasi ultrasonic yang dihasilkan oleh transducer di transmisikan ke ujung

sonotrode sehingga dua lembaran logam yang disambung akan timbul panas dan pecahnya

lapisan oksida selanjutnya dengan tekanan dari clamping akan mengakibatkan material

tersambung.

Pada metode ultrasonic welding ini terdapat hubungan antara energi yang dibutuhkan dan

weldability, yang dapat dilihat dari rumus di bawah ini :

Dimana :

E = Electrical Energy, W.s (J)

K = Konstanta dari sistem pengelasan

H = Vicker Hardness Number

T = Ketebalan benda kerja yang kontak dengan sonotrode (mm)

Dari rumus tersebut dapat dilihat bahwa semakin keras suatu material makan energi yang

dibutuhkan pun akan semakin besar. Hal tersebut juga dibuktikan oleh gambar

Contoh penggunaan aplikasi ultrasonic welding di lapangan adalah ;

6. Jelaskan prinsip kerja friction welding dengan skematis gambar. Serta keuntungan

dan keterbatasan dari friction welding. Berilah contoh aplikasi dilapangan.

Jawab ;

Friction welding adalah proses solid state welding dimana sambungan diperoleh akibat gaya

tekan antara permukaan benda kerja yang saling kontak dan berputar relatif terhadap lainnya

untuk menghasilkan panas dan deformasi plastis permukaan kedua ujungnya.

Prinsip kerja :

1. Dua buah benda kerja ditekan dan diputar sehingga akibat friksi keduanya

akan timbul panas.

2. Selanjutnya dipakai untuk proses penyambungan

Tahap – tahapnya dapat dijelaskan :

a) Benda diputar

b) Benda yang diam ditekan ke benda yang berputar

c) Terjadi gesekan

d) Terjadu penyambungan

Keuntungan Kekurangan

Tidak memerlukan filler, fluks, dan shielding

gas

Benda kerja harus simetri dan

dapat diputar sesuai sumbunya

Proses bersih Preparasi sangat menentukan hasil

lasan

HAZ yang timbul sempit Cost peralatan dan mesin tinggi

Dapat menyambung dissimilar metal Material yang mudah dibubut dan

tak dapat tempa, tidak dapat dilas

menggunakan metode ini

Kekuatan hasil las tinggi

Proses mudah diotomatisasi

Pembentukan lasan cepat

Ruang kerja yang diperlukan tidak besar

Cocok untuk produksi masal

Contoh aplikasi dilapangan ;

7. Jelaskan prinsip kerja Roll Bonding dengan skematis gambar. Serta keuntungan dan

keterbatasan dari Roll Bonding. Berilah contoh aplikasi dilapangan.

Jawab ;

Pengelasan rol termasuk proses pengelasan padat dimana proses penekanannya

menggunakan peralatan rol, baik dengan pemanasan dari luar atau tidak. Bila tanpa

menggunakan panas dari luar, prosesnya disebut pengelasan rol dingin, sedang bila

menggunakan panas dari luar prosesnya disebut pengelasan rol panas.

Pengelasan rol biasa digunakan untuk melapisi baja karbon atau baja paduan dengan baja

tahan karat agar memiliki ketahanan terhadap korosi, atau untuk membuat dwi metal yang

digunakan untuk pengukuran temperature

Prinsip Kerja Roll bonding

Keuntungan Kekurangan

Pengelasan dapat diproses secara kontinu Materail yang dapat disambung

hanya dapat berbentuk plat

Penyambungan dapat terjadi secara cepat Dapat terjadi deformasi yang tidak

diinginkan

Proses pengelasan dapat diotomasi Ruang yang dibutuhkan sangat

besar

Proses bersih Dapat terjadi distorsi yang

membengkokan material

Cocok untuk produksi masal

Dapat untuk dissimilar metal

Aplikasi di lapangan : Untuk U.S quarters untuk membuat dua lapisan luar dari 75% Cu-

25% Ni dengan bagian tengah dari Cu murni

8. Jelaskan prinsip kerja friction stir-welding (FSW) dengan skematis gambar. Berilah

contoh jenis material logam yang umumnya diaplikasikan untuk jenis pengelasan ini.

Serta Sebutkan beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan metoda

FSW!.

Jawab ;

Prinsip kerja friction stir welding :

1. Pin yang berputar dengan kecepatan 3000-4000 rpm diletakkan pada material

2. Material dipanaskan karena adanya friksi

3. Material yang telah dipanaskan tersebut akan mencapai temperatur plastisasi (800F

untuk aluminum)

4. Material yang telah terplastisasi tersampir kembali ke pin

5. Material tersebut mengalami pendinginan dengan terbentuknya butir - butir yang

lebih halus dibandigkan dengan material induknya

Material logam yang umumnya diaplikasikan pada metode ini : Aluminum dan

paduannya, Magnesium, Copper, Zinc, Lead, dll

Keuntungan Kekurangan

Sambungan lebih kuat dibandingkan dengan

fusion welding

Dapat terjadi erosi

Tidak menghasilkan Spatter Preparasi sangat menentukan

Energi yang digunakan lebih efesien Material yang terlalu keras tidak dapat

menggunakan metode ini

Simple dan cepat

Tidak ada arcs

Hasil lasan baik karena tidak terjadi shrinkage

Tidak terbentuk porositas

Komposisi material tidak berubah

Dapat menyambung dissimilar metal

Tidak perlu pengerjaan tambahan setelah

proses pengelasan

9. Sebutkan beberapa parameter las untuk Friction Stir Welding (mis. jumlah rpm

minimum) pada Aluminium paduan dan gambarkan & jelaskan skematis daerah

lasannya.

Jawab ;

Beberapa parameter las untuk Friction Stir Welding (mis. jumlah rpm minimum) pada

Aluminium paduan dan gambaran serta penjelasan skematis daerah lasannya:

Spindle Speed: Kecepatan putar dari spindle, berpengaruh terhadap energi kinetik

Axial Force: Pemberian tekanan pada benda kerja. Spindle speed akan lebih sulit

berputar (lebih pelan) bila axial force lebih tinggi.

Flywheel Size: Momen inersia dari flywheel, sangat berpengaruh kepada welding energy.

Weld Energy: Energi yang diberikan pada proses welding

Metal Loss: Total pengurangan dimensi pada benda kerja

Total Time: Total dari waktu pemanasan ditambah waktu penyambungan

Contoh parameter las untuk Friction Stir Welding batang Aluminum Alloy 1100

berdiameter 25 mm (ASM Handbook Vol 6):

Parameter Nilai

Spindle Speed 5700 rpm

Axial Force 27 kN

Flywheel Size 0.11 kg.m2

Weld Energy 20 kJ

Metal Loss 3.8 mm

Total Time 1 S

- Skematis daerah las akibat perbedaan parameter Flywheel Energy:

Pengaruh flywheel energy dapat dilihat pada gambar diatas. Bila flywheel energy terlalu

rendah, maka weld upset yang terbentuk menjadi lebih tebal dan kurang baik. Sedangkan

bila flywheel energy terlalu besar, maka akan terbentuk weld upset yang terlalu melebar

dan juga kurang baik.

- Skematis daerah las akibat perbedaan parameter Initial Peripheral Velocity:

Pengaruh Initial Peripheral Velocity dapat dilihat pada gambar diatas. Bila Initial

Peripheral Velocity terlalu rendah, maka weld upset yang terbentuk menjadi terlalu

melebar yang tidak baik, dan heat affected zone yang tidak merata yang juga

menyebabkan sambungan menjadi tidak baik. Sedangkan bila Initial Peripheral Velocity

terlalu besar, yang terjadi adalah heat affected zone yang lebih lebar. Namun, secara kasat

mata tidak terlalu terlihat efeknya dibandingkan dengan yang normal (medium).

- Skematis daerah las akibat perbedaan parameter Axial Pressure:

Pengaruh dari Axial Pressure dapat dilihat pada gambar di atas. Hal yang akan terjadi

adalah kebalikan dari efek Initial Peripheral Velocity. Hal ini dikarenakan ketika Axial

Pressure lebih besar, maka Initial Peripheral Velocity yang akan terjadi menjadi

berkurang.

10. Berilah penjelasan mengenai material pengaduk (friction stirrer) yang dipakai untuk

proses FSW. Jelaskan jenis material yang dipakai dan perlakuan apa saja yang

diberikan di bagian permukaan material tsb.

Jawab ;

Penjelasan mengenai material pengaduk (friction stirrer) yang dipakai untuk proses FSW

dan Penjelaskan jenis material yang dipakai dan perlakuan apa saja yang diberikan di bagian

permukaan material tsb:

Material pengaduk yang dipakai harus kuat, tangguh, dan tahan aus pada suhu

penyambungan serta memiliki konduktivitas panas yang rendah agar meminimalkan panas

yang hilang. Material yang biasanya dipakai adalah Tool Steel. Perlakuan yang diberikan

pada material tool steel adalah heat treatment. Contoh dari materialnya adalah AISI H13

yang memiliki kemampuan menyambung logam aluminum secara sangat baik.

11. Bandingkan beberapa kemampuan spot resistance welding dan ultrasonic welding

untuk penyambungan material.

Jawab ;

Perbandingan beberapa kemampuan spot resistance welding dan ultrasonic welding untuk

penyambungan material:

Resistance Spot Welding Ultrasonic Welding

Kecepatan operasi yang tinggi Tidak ada daerah lebur dibandingkan

RSW

Mudah untuk diotomatisasi Tekanan yang dibutuhkan kecil & cukup

cepat

Mudah dilakukan oleh robot Dapat digunakan untuk dissimilar metal

Hasil konsisten dengan kecepatan

tinggi

Memerlukan energy yang lebih rendah

disbanding RSW

Tidak memerlukan keahlian yang

tinggi

Menghasilkan sambungan dengan

konduktivitas listrik dan panas yang

baik

Energi yang dibutuhkan rendah (efisien)

Tidak memerlukan pembersihan secara

khusus

Referensi

ASM Handbook, Vol. 6, Welding, Brazing, and Soldering, ASM International, Materials Park,

OH, 1990.

Presentasi kuliah Dr. Ir. Winarto M.Sc.