Proposal Tugas Mata Kuliah Metode Penelitian.docx

PROPOSAL TUGAS MATA KULIAH METODE PENELITIAN ANALISIS KARAKTERISTIK HASIL PENGELASAN ALUMINIUM SERI 3000 DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING (FSW)

Proposal ini Disusun Untuk Melengkapi Tugas Mata Kuliah Metode Penelitian pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh : 1.

NOVIYANTO

D 200 150 047

2.

M. WAHYU ARISKI

D 200 150 048

3.

SYARIF ARDIYANTO

D 200 150 050

4.

HERI SANTOSO

D 200 150 052

5.

MARSENO

D 200 150 055

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2018

HALAMAN PENGESAHAN

Proposal ini disusun untuk melengkapi Tugas Mata Kuliah Metode Penelitian

pada

Jurusan

Teknik

Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Muhammadiyah Surakarta. Disusun dan dipersiapkan oleh : 1.

NOVIYANTO

D 200 150 047

2.

M. WAHYU ARISKI

D 200 150 048

3.

SYARIF ARDIYANTO

D 200 150 050

4.

HERI SANTOSO

D 200 150 052

5.

MARSENO

D 200 150 055

Telah di setujui dan disahkan pada : Hari

:

Tanggal

:

Dengan judul : “ANALISIS KARAKTERISTIK HASIL PENGELASAN ALUMINIUM

SERI

3000

DENGAN

FRICTION STIR WELDING (FSW) ”

Mengesahkan Dosen Pembimbing

( Ir. Masyrukan, M.T)

METODE

PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa usulan judul Tugas Akhir “ANALISIS KARAKTERISTIK HASIL PENGELASAN ALUMINIUM SERI 3000 DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING (FSW)”, yang saya ajukan kepada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari penelitian atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar sarjana di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Desember 2018 Yang menyatakan,

HERI SANTOSO

ANALISIS KARAKTERISTIK HASIL PENGELASAN ALUMINIUM SERI 3000 DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING (FSW)

ABSTRACK Friction Stir Welding (FSW) merupakan teknologi pengelasan dimana prosesnya

berupa

penyambungan

solid

yang

dapat

digunakan

untuk

menyambungkan material yang sulit di las pada fushion welding. Penelitian ini menggunakan metode pengelasan friction stir welding untuk mengetahui pengaruh variasi kecepatan putar tool terhadap sifat mekanik dan struktur mikro pada sambungan logam sejenis yakni alumunium seri 3000 dengan ketebalan 3mm. Proses pengelasan menggunakan mesin milling dengan parameter variasi kecepatan putar tool sebesar 800 rpm, 900 rpm, dan 1000 rpm. Parameter konstan yang digunakan yaitu feedrate sebesar 25 mm/ min dan sudut kemiringan tool sebesar 3o. Pengujian yang dilakukan meliputi uji tarik, uji kekerasan makro, dan uji struktur mikro, Kata kunci : Friction Stir Welding, Kecepatan Putaran Tool, Alumunium Seri 3000, Sifat Mekanik, Struktur Mikro

PENDAHULUAN

A.

LATAR BELAKANG Dalam dunia industri manufaktur saat ini sering kita jumpai pembuatan produk/komponen yang membutuhkan penyambungan material baik dibidang otomotif, perkapalan, penerbangan dan lain-lain. Dan pengelasan merupakan salah satu metode penyambungan yang saat ini sering digunakan untuk penyambungan material. Dijaman modern ini banyak industri manufaktur yang mengembangkan teknik-teknik pengelasan untuk mengikat kualitas produk dan memangkas biaya produksi. Saat ini proses pengelasan logam diklarifikasikan menjadi dua kelompok yaitu; Liquid state welding (LSW), dan Solid state welding (SSW). LSW adalah proses pengelasan logam yang di lakukan dalam keadaan cair, sedangkan SSW merupakan proses las dimana pada saat pengelasan logam dalam keadaan padat. Salah satu jenis metode Solid state welding (SSW) yaitu Friction Stir Welding

(FSW)

merupakan

proses

penyambungan

logam

dengan

memanfaatkan energi panas yang diakibatkan karena gesekan yang terjadi antara tool dan benda kerja yang akan disambung. Penyambungan ini terjadi karena pengadukan dua sisi potongan logam yang mulai melunak akibat gesekan FSW (friction stir welding) ditemukan dan 2 dikembangkan oleh Wayne Thomas pada tahun 1991 di TWI (The Welding Instute) Amerika Serikat. FSW dapat diaplikasikan baik dibidang otomotif, perkapalan, penerbangan dan lain-lain. Pengelasan dengan menggunakan kombinasi material yang berbeda mulai banyak dilakukan dalam dunia industri manufaktur karena dapat meningkatkan efektifitas dan manfaat ekonomis. Besi (Fe) dan Alumunium (Al) adalah dua bahan umum yang banyak digunakan dalam dunia perindustrian. Namun karena perbedaan besar dalam sifat fisik dan kimianya, pengelasan dari besi dan tembaga umumnya lebih sulit, studi Liltelatur menunjukan bahwa adanya beberapa teknik pengelasan yang dapat

diaplikasikan untuk sambungan dissimilar seperti: solder, brazing, pengelasan gesek (FSW) dan pengelasan ultrasonik. Dari beberapa teknik tersebut menurut Mur, dkk (2001) pengelasan gesek mempunyai beberapa keunggulan yaitu : 1) tidak memerlukan penyiapan permukaan sambungan yang terlalu rumit 2) tidak membutuhkan bahan pengisi atau gas pelindung 3) proses pengelasan ini merupakan salah satu pengelasan kondisi padat (solid state welding) yang tidak memerlukan pemanasan sampai titik lebur sehingga cacat yang berhubungan dengan fenomena solidifikasi dapat dihindari. Dengan keunggulan di atas teknikpengelasan gesek (FSW) ini sangat berpotensi untuk diaplikasikan dalam penyambungan Alumunium dalam industri manufaktur. B.

RUMUSAN MASALAH Dalam penelitian ini, diambil beberapa rumusan masalah, yaitu : 1. Bagaimana proses friction stir welding yang benar. 2. Bagaimana pengaruh variasi kecepatan putar tool pada proses friction stir welding terhadap kekuatan tarik. 3. Bagaimana pengaruh variasi kecepatan putar tool pada proses friction stir welding terhadap nilai kekerasan. 4. Bagaimana struktur makro dan mikro dari hasil sambungan friction stir welding.

C.

TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui kekuatan tarik maksimal. 2. Mengetahui nilai kekerasan hasil pengelasan. 3. Mengetahui nilai perbandingan hasil pengujian tarik dan kekerasan.

D.

MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Sebagai refrensi untuk penelitian selanjutnya terutama pengelasan friction stir welding. 2. Memperluas wawasan terhadap ilmu pengetahuan pada bidang teknik pengelasan. 3. Memberikan refrensi teknik pengelasan pada alumunium yang lebih efektif dan efisien. 4. Memberikan pengetahuan tentang kekuatan mekanik pengelasan friction stir welding.

E.

BATASAN MASALAH Berdasarkan latar belakang diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada: 1. Metode pengelasan dengan menggunakan metode friction stir welding (FSW). 2. Material yang digunakan adalah plat alumunium dengan tebal 2mm. 3. Sambungan menggunakan sambungan batt joint. 4. Pengujian yang dilakukan hanya mencangkup tentang pengujian tarik dan pengujian kekerasan.

F.

TINJAUAN PUSTAKA FSW (friction stir welding) adalah sebuah metode pengelasan yang termasuk pengelasan gesek, yang pada prosesnya tidak memerlukan bahan penambah atau pengisi. Panas yang digunakan untuk mencairkan logam kerja dihasilkan dari gesekan antara benda yang berputar (pin) dengan benda yang diam (benda kerja). Pin berputar dengan kecepatan konstan disentuhkan ke material kerja yang telah dicekam. Gesekan antara kedua benda tersebut menimbulkan panas sampai ± 80 % dari titik cair material kerja dan selanjutnya pin ditekan dan ditarik searah daerah yang akan dilas. Putaran dari pin bisa searah jarum jam atau berlawanan dengan arah jarum jam. Prinsip friction stir welding yang ditunjukkan pada gambar 1, dengan gesekan dua benda yang terus-menerus akan menghasilkan panas, ini

menjadi suatu prinsip dasar terciptanya suatu proses pengelasan gesek. Pada proses friction stir welding, sebuah tool yang berputar ditekankan pada material yang akan disatukan. Gesekan tool yang berbentuk silindris (cylindrical

shoulder)

yang dilengkapi

pin/probe dengan material,

mengakibatkan pemanasan setempat yang mampu melunakkan bagian tersebut. Tool bergerak pada kecepatan tetap dan bergerak melintang pada jalur pengelasan (joint line) dari material yang akan disatukan.

Gambar 1. Prinsip friction stir welding Strukturmikro hasil pengelasan friction stir welding yang terdiri dari daerah bagian adukan

(stir

termomekanik (thermomechanical

zone), bagian pengaruh panas secara affected zone) dan bagian pengaruh

panas (heat affected zone) (ASM. 2007). Bagian adukan (stir zone) mengalami laju tegangan dan regangan tertinggi serta temperatur yang tinggi. Kombinasi ini menyebabkan bagian ini terjadi rekristalisasi dinamik. Strukturmikro bagian adukan ini sangat tergantung pada bentuk perkakas las, kecepatan rotasi dan translasi, tekanan dan karakteristik bahan yang akan disambung. Disamping itu, bagian ini juga merupakan bagian yang

terdeformasi. Pada bagian pengaruh panas secara termomekanik

(thermomechanical affcted zone) terjadi pengkasaran penguat presipitat tetapi tidak ada rekristalisasi dinamik. Sedangkan panas pada bagian pengaruh panas (heat affected zone) selama pengelasan panasnya hanya

menumbuhkan butir-butir saja. Bagian – bagian pengelasan dengan metode friction stir welding ini akan dijelaskan pada gambar 2.

Gambar 2. Strukturmikro hasil pengelasan dengan metode friction stir welding, A. logam induk. B. HAZ, C. TMAZ, D. stir zone (weld nugget) Guo dkk (2013), meneliti tentang sifat mekanik dan struktur mikro friction stir welding hasil penyambungan material aluminium seri 6061 dengan seri 7075. Guo menjelaskan bahwa hasil pencampuran material hasil pengelasan jauh lebih efektif ketika aluminium seri 6061 ditempatkan pada sisi advancing side. Terjadinya penurunan kekerasan pada hasil pengelasan terutama daerah HAZ pada kedua material dibandingkan dengan base metal. Y. Song dkk (2013), meneliti hasil pengelasan friction stir welding antara AA2024 dengan AA7075 dengan sambungan tipe lap joint. Hasil penelitian menyatakan bahwa ketika seri AA2024 pada sisi atas (advancing side) timbul void sedangkan ketika posisi seri AA7075 yang mempunyai sifat mekanik lebih kuat diatas (advancing side) void tidak timbul. Tegangan geser pada sambungan las meningkat seiring peningkatan pada kecepatan pengelasan. Palanivel dkk (2013) melakukan studi struktur mikro dan kekuatan tarik hasil pengelasan friction stir welding pada material berbeda properties aluminium antara AA5083-H111 dengan AA6351-T6. Dimana dilakukan penelitian dengan perubahan kecepatan pengelasan yaitu 36, 63, dan 90 mm/menit dengan konstan rpm. Material AA6351 diletakan pada posisi advancing side dan AA5083-H111 pada posisi retreating side. Hasil penelitian menyatakan bahwa kecepatan pengelasan mempengaruhi struktur mikro dan pencampuran kedua

material dimana kecepatan pengelasan

tertinggi tidak terlihat pencampuran material. Tegangan tarik tertinggi

dihasilkan pada sambungan yang menggunakan parameter kecepatan pengelasan 63 mm/menit. Muhammad Reza (2011), meneliti pengaruh parameter mesin terhadap sifat mekanik material AC4CH dengan metode friction stir welding. Variasi paramater yang digunakan adalah putaran tool, bentuk tool, dan kemiringan tool. Menyimpulkan bahwa metode friction stir welding dapat menghasilkan sambungan yang sempurna. Dimana dengan feeding yang tetap putaran tool semakin tinggi maka kekuatan tariknya semakin menurun. Tool dengan bentuk pin silinder lurus mempunyai kecenderungan mempunyai kekuatan tarik terendah dibandingkan dengan silinder tirus dan ballnose. Apabila semakin besar sudut tool maka semakin rendah kekuatan tariknya tetapi pada sudut 0° hasil pengelasan tidak baik. G.

LANDASAN TEORI 1. Model Tool yang Biasa Dipakai pada FSW Bentuk pin (probe) pada tool yang selama ini dikembangkan untuk aplikasi FSW. Bentuk pin memengaruhi aliran bahan plastis dan memengaruhi sifat lasan. Sementara tool shoulder memfasilitasi aliran bahan bongkahan, pin membantu aliran bahan lapis demi lapis. Pin berbentuk ‘triflute’ meningkatakan aliran bahan disbanding pin silindris. Gaya aksial pada bahan benda kerja dan aliran bahan dekat tool dipengaruhi oleh orientasi ulir pada permukaan pin. Pnelitian lain menunjukkan bahwa lasan bebas cacat dapat diperoleh pada bahan lebih lunak seperti AA1050 dengan pin berbentuk columnar tanpa ulir. Sementara pin berbentuk prisma triangular lebih sesuai untuk bahan lebih keras seperti AA5083. (Rai, et al, 2011). 2. Aluminium Aluminium adalah bahan lakuran teknik dan telah bersaing dengan baja cukup lama. Aluminum diperkirakan tiga kali lebih ringan dan tiga kali lebih lemah (modulus elastisitas 70 GPa) dan memiliki koefisien hantar panas tiga kali lebih tinggi dari baja. Penghematan bobot pada aluminum bisanya harus dikompensasi dengan peningkatan desain untuk menghindari pengurangan kekuatan yang tidak perlu.

Tingginya harga koefisien hantar panas ditambah dengan lapisan oksida yang terbentuk selama pengelasan, membuat bahan aluminum cukup sulit untuk dilas dengan las busur (arc-wedling). Lapisan oksida harus dipecahkan dan dihilangkan, dan panas harus disisipkan secara cepat untuk menghindari pengembangan panas pada produk. Tentu saja dengan friction stir welding, masalah yang umum yang terjadi pada pengelasan pada aluminum dapat dihindari. Sifat mampu las dari bahan aluminum dapat disarikan pada gambar 3 di bawah ini. Pada penelitian ini menggunakan bahan seri 3000 yang dapat dilas dengan FSW dengan sangat baik. H.

METODE PENELITIAN Dalam diagram alir penelitian akan dijelaskan dalam diagram alir gambar 1.3 yang mengilustrasikan urutan langkah-langkah yang akan dilakukan dalma proses penelitian tugas akhir, mula dari mempersiapkan peralatan dan bahan samapai pengambilan data, analisa darta serta mendapat kesipulan dari percobaan yang telah dilakukan. Sehingga memudahkan dalam pelaksanaan penelitian ini jika mengetahui langkah-langkah yang akan diambil dalam penelitian.

Mulai

Studi Literatur

Pengelasan FSW dengan Kecepatan Putar Tool 800 Rpm

Pengelasan FSW dengan Kecepatan Putar Tool 900 Rpm

Pengelasan FSW dengan Kecepatan Putar Tool 1000 Rpm

Pembuatan Spesimen Uji

Pengujian Tarik

Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian Struktur Mikro

Data Hasil Pengujian

Analisa Data dan Pembahasan

Kesimpulan Selesai

Gambar 3 Diagram Alir Penelitian 1. Alat dan Bahan Peralatan dan bahan yang digunakan dalam pengujian adalah sebagai berikut: a) Aluminium seri 3000 b) Tool Stainless Steel diamater shoulder 18 mm, diameter pin 6 mm, dan panjang pin 3,2 mm c) Mesin milling vertikal, dengan putaran tool 800, 900, dan 1000 rpm dan feed rate 25 mm/menit

d) Pasta pembersih (autosol), resin dan hardener, mesin poles, cairan etsa dengan perbandingan 1: 2 antara HF dengan alcohol e) Mesin uji tarik f) Mikroskop Metalografi Olympus BX41M Prosedur Pengujian g) Meletakkan benda kerja yang sesuai di atas meja mesin milling. Benda kerja yang digunakan adalah Aluminium seri 3000 berbentuk plat dengan dimensi panjang 2. Jalannya Riset a) 100 mm, lebar 120 mm dan tebal 3 mm. Posisi benda kerja saling bersinggungan satu sama lain; b) Mengatur putaran tool pada mesin milling vertical 800 rpm, 900 rpm dan 1000 rpm c) Proses pengelasan friction stir welding; d) Setelah proses pengelasan

benda kerja dibersihkan kemudian

pembuatan spesimen untuk pengujian sesuai standar ASTM (ASTM Volume 9, 2001); e) Setelah pembuatan spesimen kemudian dilakukan pengujian tarik, uji kekerasan sesuai prosedur uji merusak (Yuwono, 2009) dan uji struktur mikro sesuai standar ASM (ASM Volume 9, 2001); f) Setelah selesai pengujian kemudian dilakukan pengambilan data dan pembuatan pembahasan pada spesimen yang telah diuji; g) Kemudian dari pembahasan tersebut diambil kesimpulan dari hasil penelitian.

DAFTAR PUSTAKA ASM Volume 9. 2001. Metalogrhapy And Microstructure Analisys; ASM. 2007. Friction Stir Welding And Processing; ASTM Volume 9. 2001. Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials; Biswas, P. dan Mandal, N. R. 2011. Effect of Tool Geometries on Thermal History of FSW of 3000, Supplement to The Welding Journal, July 2011; Jayaraman, M., dkk. 2009. Optimization of process parameters for friction stir welding of cast aluminium alloy A319 by Taguchi method, Journal of Scientific & Industrial Research, Vol. 68 January 2009, pp. 36 – 43; Nandan, R., DebRoy, T., Bhadeshia. H.K.D.H. 2008. Recent advances in frictionstir welding – Process, weldment structure and properties, Progress in Materials Science 53 (2008) 980– 1023; Okamura, T. & Wiryosumarto, H., 1996, Teknologi Pengelasan Logam, Pradya Paramita, Jakarta. Purwaningrum, Y. dan Setyanto, K. 2011. Komparasi Sifat Fisik dan Mekanik Sambungan Las Tig (Tungsten Inert Gas) Dan Las FSW (Friction Stir Welding) pada Aluminium Tipe 1xxx; Rai, R. De, A., Bhadeshia, H. K. D. H. and DebRoy, T., 2011. Review: friction stir welding tools. Journal of Science and Technology of Welding and Joining 2011 Vol 16 No 4. The ESAB Way, ____. Friction Stir Welding.

Wijayanto, Jarot & Anelis, Agdha. 2010. Pengaruh Feed Rate terhadap Sifat Mekanik pada Pengelasan Friction Stir Welding Alumunium 6110, Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, November 2010;