ANALISIS PENGARUH IN SITU COOLING TERHADAP SIFAT MEKANIK HASIL PENGELASAN DUA SISI FRICTION STIR WELDING ALUMINIUM 5083 PADAKAPAL KATAMARAN

Oleh:Libaraski Pandia (4109100023)

Dosen Pembimbing:Prof .Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng.Ph.D.

Jurusan Teknik PerkapalanFakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya

2014

PresentasiTugasAkhirKeahlianRekayasaPerkapalan–KonstruksiKapal

Kajian Pustaka

Pendahuluan

MetodologiAnalisa dan

Pembahasan

Kesimpulan

POKOK BAHASAN

Pendahuluan

Kapal Katamaran

Pengelasan Aluminium

Friction Stir Welding

Asimetris

Latar Belakang

SUHU PENGELASAN ???

PendahuluanRumusan Masalah

Bagaimana pengaruh in situ cooling terhadap kekuatan tarik,kekerasan, tekuk, struktur mikro dan makro hasil pengelasanfriction stir welding pada material kapal katamataran berbahanaluminium?

PendahuluanTujuan

• Mengetahui pengaruh in situ cooling terhadap kekuatan tarik,kekerasan, struktur mikro dan makro hasil pengelasan dua sisifriction stir welding pada material kapal katamataran berbahanaluminium.

Pendahuluan

Batasan Masalah• Friction stir welding dilakukan dengan menggunakan mesin milling

dengan kontrol posisi.• Ketebalan pelat 6 mm.• Jenis sambungan butt.• Tool yang digunakan K100 Bohler.• Permukaan lasan dianggap rata.

PendahuluanManfaat

• Memberikan sumbangan pengetahuan tentang FSW terhadapindustri perkapalan dalam proses pengelasan FSW yang efektifdan efisien.

• Memberikan sumbangan pengetahuan tentang FSW terhadapindustri perkapalan dalam proses pengelasan yang ramahlingkungan dan hemat energi.

• Diharapkan dapat jadi acuan untuk proses pembuatan kapalkatamaran berbahan aluminium dengan teknologi penyambunganyang ramah lingkungan.

PendahuluanHipotesis

• Perlakuan pendinginan langsung (in situ cooling) yang bervariasipada pengelasan dua sisi FSW, didapat perbedaan pada daerahHAZ (Heat Affected Zone), kekuatan tarik, kekerasan, stukturmikro dibandingkan dengan pengelasan tanpa perlakuanpendinginan langsung, dan didapat penambahan kekerasan padamaterial uji dikarenakan daerah HAZ yang berkurang

Kajian PustakaKatamaranPenelitian sebelumnya mengenai perancangan kapal katamaran berbahanaluminium didapat analisa umur kapal lebih dari 29 tahun dan dapatdisimpulkan bahwa desain kapal katamaran berbahan aluminium ini cukupmemenuhi untuk segi desain jika dilihat dari standar umur yang lebih besardari 25 tahun (Santosa B, dkk, 2012).

Pengelasan AluminiumUmumnya dilakukan dengan menggunakan metode las fusi sepertiGTAW atau GMAW. Namun pada pengelasan yang tidak sempurnaselalu terdapat cacat pengelasan berupa porositas atau inklusi,selain itu juga rawan terjadi deformasi. Untuk itu dilakukanpenyambungan dengan metode Friction Stir Welding karenaprosesnya berlangsung pada kondisi solid dan suhu pengelasan dibawah suhu lebur. [Mathers, (2002)]

Kajian PustakaKeunggulan Friction Stir WeldingHasil Pengelasan GTAW atau GMAW memberikan sifat mekanik yanglebih lemah dibandingkan dengan Pengelasan FSW (Yazdipour dkk.2011).

Ketidaksimetrian Sifat MekanikAdanya perbedaan ukuran butir pada sisi advancing, retreating,bagian permukaan serta akar las ini disebabkan adanya perbedaansuhu pengelasan serta adanya perbedaan dissipasi panas (Mishra danMa, 2005)

Pengaruh suhu pengelasanyang tinggi dikendalikan dengan metode perlakuan pendinginan langsungpada saat proses pengelasan berlangsung, hal ini seharusnya tidak akanmenggangu proses pengelasan, dikarenakan oleh kekhawatiran mengenaiHydrogen entrapment, akan tetapi hal itu tidak akan menjadi masalah jikadilakukan diatas suhu 660 celcius (Mathers, 2000)

Friction StirWelding

Ditemukan pada tahun 1991, proses pengelasan adukan gesek (FrictionStir Welding) dikembangkan, dan dipatenkan oleh The Welding Institute(TWI) di Cambridge, kerajaan Inggris.(Thomas, dkk., 1991)

Pada proses ini, pendinginan dilakukansetelah pengelasan berjalan, makapendinginan diberikan mengikuti alurlasan (Liu, 2011).

Aplikasi Friction Stir Welding pada Perkapalan

Menurut [Paik,(2009)] didasarkan keterbatasan pengelasan friction stirwelding yang belum terdapat mesin portable nya, metode ini dapatdigunakan dalam proses pembuatan stiffened panel kapal.

Metodologi Mulai

PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN OLI

PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN UDARA

Studi literatur

Persiapan Mesin Milling dan Tool untuk prosespengelasan

PENGELASAN MENGGUNAKAN VARIASI PENDINGIN AIR

PENGELASAN FSW DUA SISIPada saat proses pengelasan dilakukan

pengukuran suhu

PENGUJIAN RADIOGRAFIPengujian terhadap hasil fusi dan adanya

cacat di dalam

PENGUJIAN MEKANIK- UJI TEKUK- UJI TARIK

- UJI KEKERASAN

PENGUJIAN STRUKTUR MIKRO DAN MAKRO

UKURAN BUTIRCACAT LAS

PENGUMPULAN DATA HASIL PENGUJIAN SPECIMEN

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN SECARA MENYELURUH

PEMOTONGAN SPECIMEN

SELESAI

KESIMPULAN TUGAS AKHIR

Persiapan Proses Pengelasan

• Al5083 tebal 6mmUkuran 150 x 400mm

• Mesin Perkakas Milling

Dengan kontrol posisi

• Alat pengukur kerataan

• Alat pengukur tool depth plunge

• Laser pengukur suhu

Mengukur suhu permukaan

• Jangka Sorong

Persiapan Proses Pengelasan

• Tool pengelasanpin trianguler ø shoulder 18 mmdan panjang pin 3.8 mmproduct Bohler type K100

• Selang infus, Botol minuman, pisau, Penggaris

• Variasi Pendingin yang akan digunakan adalah udara , air, danoli.

Parameter PengelasanParameter Pengelasan yang digunakan adalah sebagai berikut:

• RPM 1125• Travel speed 20mm/min• Debit 50 ml/min• Tool depth plunge 3.95 mm• Tilt angle 2.5o

Advancing Retreating

FSW sisi beda

Proses Pengelasan FSW

Proses Pengelasan lebih lengkapnya...

Pengujian Hasil Pengelasan

Pengujian yang dilakukan antara lain:

• Pengujian Visual• Pengujian Radiografi• Pengujian Foto Makro• Pengujian Foto Mikro• Pengujian Kekerasan Vickers• Pengujian Tarik

Pengambilan spesimen pengujian didasarkan pada BKI 2009 Vol.6

Analisa dan PembahasanSuhu Permukaan

PosisiPendingin Udara Pendingin Air Milling Pendingin Oli Samping

Sisi 1 Sisi 2 Sisi 1 Sisi 2 Sisi 1 Sisi 2Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret Adv Ret

1.2.3.4.5.6.7.8.

858798100107113105100

8080869498969594

96110113116107104104102

969399100100949997

9187868393908885

8985777690838684

8584838688818281

8382808586808180

113117118115104116112110

106100102105100113102101

133133147135137

---

135137158143141

---

Rata 99.37 90.37 106.5 97.25 87.87 83.75 83.75 82.12 113.1 103.6 137 142.8

selisih 9.05% 8.68% 4.68% 1.92% 8.3% 3.52%

70

120

1 2 3 4 5 6 7 8

Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret

Pendingin udara sisi 2 adv Pendingin udara sisi 2 ret

70

100

1 2 3 4 5 6 7 8

Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret

Pendingin udara sisi 2 adv Pendingin udara sisi 2 ret

100

160

1 2 3 4 5 6 7 8

Pendingin udara sisi 1 adv Pendingin udara sisi 1 ret

pendingin udara sisi 2 adv pendingin udara sisi 2 ret

Pengujian Visual

Welding flash pada pengelasan Pendingin udara (a) sisi pertama (b) sisi kedua

Welding flash pada pengelasan Pendingin air (a) sisi pertama (b) sisi kedua

Welding Flash pada pengelasan Pendingin Oli (a) sisi pertama(b) Cacat visual pada sisikedua

(a)

(a)

(a)

(b)

(b)

(b)

Pengujian Radiografi

• Pengujian Radiografi menggunakan film dengan sensitifitas D4.

• Hasil pengujian menunjukkan adanya cacat di dalam alur pengelasan yaituincomplete penetration. Pada hasil pengelasan pendingin oli dan air

Hasil radiografi pengelasan pendingin udara

Pengujian Foto Makro

A1

R2

R1

A2

R1

A2

A1

R2 A1

R2

A1

R2

R1

A2

R1

A2

A1

R2

R1

A2

A1

R2

Pengujian Foto MikroNo Posisi Pendingin udara Pendingin air Pendingin Oli1. HAZ Ukuran butir kecil,

memanjang tidak meratadipermukaan atas danbawah

Ukuran butir besar dan kecil, memanjang tidak merata dipermukaan atas dan bawah

Bentuk butir cenderung lebih besar memanjang namun tidak merata dipermukaan atas dan bawah

2. TMAZ Ukuran butir besar dan kecil dan memanjang merata di permukaan atas dan bawah

ukuran kecil serta memanjang tetapi tidak merata

ukuran butir dominan lebih besar dan memanjang dan tersebar merata

3 Nugget Ukuran butir kecil tetapi tidak tersebar merata pada permukaan atas dan bawah

Ukuran butir kecil sertatersebar merata dipermukaan atas dan bawah

Ukuran butir cenderungbesar dan tidak meratapada permukaan atas danbawah

(a) (b) (c)

Daerah weld nugget (a) Pendingin udara, (b) pendingin air, (c) pendingin oli

Pengujian Kekerasan Vickers

• Rata-rata nilai kekerasan pada sisi pertama pengelasan selalu lebih rendah daripada sisi kedua pengelasan, baik pada spesimen FSW sisi beda maupun FSW sisisama.

• Pada pengujian hardness nilai rata-rata yang paling tinggi dihasilkan daripengelasan pendingin oli yaitu : Sisi 1 = 91.28 HV dan Sisi 2 = 106.74HV

Titik Pendingin Udara Pendingin Air Pendingin OliSisi 1 (HV)

Sisi 2 (HV)

Sisi 1 (HV)

Sisi 2 (HV)

Sisi 1 (HV)

Sisi 2 (HV)

-10 107.5 99.6 90.7 93.3 106.2 99.4-9 104.9 99.2 74.9 95.6 87.5 109.0-8 95.5 93.9 83.7 90.6 96.5 110.9-7 100.6 100 87.6 88.2 90.8 117.3-6 101.9 102.5 85.3 86.3 88.5 99.3-5 96.9 99.8 78.3 82.8 86.7 114.7-4 99.7 106.3 88.6 65.8 86.8 107.8-3 97.4 104.1 83.6 83.9 89.4 108.9-2 73.1 96.5 76.6 82.6 91.0 110.1-1 93.3 104.3 88.7 75.7 87.9 90.80 86.1 103.2 87.3 64.8 94.1 98.01 101.8 98.7 90.7 83.4 93.3 107.62 102.0 100.4 99.4 84.6 89.9 101.93 88.9 96.3 88.1 70.9 87.5 95.84 106.7 101.5 79.9 73.4 95.6 97.75 104.6 99.6 76.1 87.8 87.6 114.56 90 98.1 72.2 86.5 91.9 106.47 101 99.2 87.7 85.1 82.3 107.48 95 96.0 89.3 90.2 97.0 111.69 95 100.9 79.7 95 97.7 113.2

10 93.5 96 85.9 92.2 88.6 119.2Rata-rata 96.92 99.81 84.49 83.75 91.28 106.74

98.37 84.12 99.01

No Pengelasan FSW

Jenis cacat

Crack Open defect

1. Face bend 1.1 Pendingin udara Terdapat crack sepanjang 18.85 mm Tidak ada

2. Face bend 1.2 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada

3. Face bend 1.1 Pendingin air Terdapat crack sepanjang 22.63 mm Tidak ada

4. Face bend 1.2 Pendingin air Tidak ada Tidak ada

5. Face bend 1.1 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada

6. Face bend 1.2 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada

No Pengelasan FSW

Jenis cacat

Crack Open defect

1. Root bend 1.1 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada

2. Root bend 1.2 Pendingin udara Tidak ada Tidak ada

3. Root bend 1.1 Pendingin air Terdapat crack sepanjang 12.93 mm Tidak ada

4. Root bend 1.2 Pendingin air Tidak ada Tidak ada

5. Root bend 1.1 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada

6. Root bend 1.2 Pendingin oli Tidak ada Tidak ada

Hasil pengujian tekuk

Pengujian Tarik

Acceptance criteria menurut BKI 2009 mengenai pengelasan aluminium

• Pengelasan dengan variasipendingin air menghasilkannilai kuat tarik yang lebihtinggi ditinjau dari salahsatu hasil pengujiantariknya yaitu 299.7 Mpa.

No Item Spesifikasi contoh Hasil Uji Tarik Breaking

PosisitionW

(mm)

T

(mm)

CSA

(mm²)

F

Ultimate

(kN)

F yield

(kN)

UTS

(Mpa)

Yield

stress

(Mpa)

1 Udara 1.1 20.03 5.80 116.1 34 26.99 292.6 232.3 WM

2 Udara 1.2 20.93 5.86 122.6 36.2 27.76 295.1 226.3 WM

Rata-rata 293.92

3 Air 1.1 19.78 5.60 110.7 33.2 28.17 299.7 254.3 WM

4 Air 1.2 19.70 5.68 111.8 30 25.57 268.1 228.5 WM

Rata-rata 283.93

5 Oli 1.1 19.95 5.85 116.7 34.2 28.75 293.0 246.3 WM

6 Oli 1.2 20.20 5,85 118.1 30 24.68 253.8 208.8 WM

Rata-rata 273.46

1 2 3 4 5 6

Pengujian Tarik 292.6 295.1 299.7 268.1 293 253.8

050

100150200250300350400

Ult

imat

e S

tre

ss (

Mp

a)Bagan hasil uji tarik

KesimpulanPengujian Visual

• Pada ketiga perlakuan pendingin tidak terdapat cacat pengelasan.

Pengujian Radiografi

• Terdapat cacat Incomplete penetrationpada hasil pengelasan perlakuan pendinginair dan oli

Pengujian Foto Makro

• Tidak terdapat cacat pada ketiga spesimen.

Pengujian Foto Mikro

• Pada hasil uji mikro pengelasan pendingin udara didapatkan ukuranbutir kecil serta tersebar merata di permukaan atas dan bawah, dibandingkan dengan dua pengelasan pendingin udara dan oli

Pengujian Kekerasan Vickers

•Rata-rata nilai kekerasan pada sisi pertama pengelasan selalu lebih rendah dari pada sisi kedua pengelasan, baik pada spesimen FSW sisi beda maupun FSW sisi sama

•Pada pengujian hardness nilai rata-rata yang paling tinggi dihasilkandari pengelasan pendingin oli yaitu : Sisi 1 = 91.28 HV dan Sisi 2 = 106.74HV

Pengujian Tarik

•Pengelasan dengan variasi pendingin air menghasilkan nilai kuattarik yang lebih tinggi ditinjau dari salah satu hasil pengujiantariknya yaitu 299.7 Mpa.

• Spesimen FSW pendingin air lebih ductile.

• Spesimen FSW sisi beda dapat diterapkan pada konstruksi kapal merujuk pada acceptance criteria BKI 2009.

TERIMA KASIH

Matur nuwun