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