OPTIMASI HASIL PENGELASAN FSW (FRICTION STIR WELDING ...

OPTIMASI HASIL PENGELASAN FSW (FRICTION STIR WELDING)
DENGAN VARIASI PANJANG INDENTOR TOOL
Yustiasih Purwaningrum 1) , Soep 2)
1) Staf Pengajar Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia
2) Alumni Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia
Jalan Kaliurang Km 14,5 Yogyakarta 55501
Telph. (0274) 895007, 895287 Faks. (0274) 895007 Ext. 131
Abstract
This research investigates the physical and mechanical properties of friction stir weld metals
with various length of indentor tools. The physical properties were examined based on the
microstructure using Optical Microscope. The mechanical properties were measured with
respect to the toughness, strength and hardness using Charpy method, Universal Testing
Machineand Vickers Microhardness respectively. The welding process that used was Friction
Stir Welding (FSW). A series of bead on plate welds were made on 6 mm thick Aluminium 1xxx
series. The tools made of W302 H13 with three differents length of indentor (1 mm, 2 mm, and
3 mm). The micrograph show that all of weld metal with various indentor tools have the
similar structure. The hardness number of raw materials and weld metals were 38,93 and
36,80 VHN respectively. The toughness s show that weld metals with 2 mm indentor tools is
about 2 times higher than the toughness of raw materials. Weld metals with 2 mm indentor
tools have the highest toughness (0,84J/mm 2 ). The strength of weld metals with indentor tools
length 1 mm; 2 mm; and 3 mm are 77,9, 148, and 156 MPa respectively.
Keywords : FSW, indentor, toughness, microstructure, strength
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pengelasan adalah suatu proses penggabungan logam
menjadi satu akibat panas las, dengan atau tanpa
pengaruh tekanan, dan dengan atau tanpa logam
pengisi. FSW (Friction Stir Welding) yang ditemukan
pada tahun 1991 di Inggris (UK) banyak diaplikasikan
tidak hanya untuk menyambung plat dan pipa tetapi
juga diaplikasikan untuk penyambungan struktur
pesawat tempur dan tangki bahan bakar pesawat luar
angkasa, maupun struktur bangunan engineering
lainnya
Prinsip kerja dari FSW yaitu dengan memanfaatkan
panas dari gaya friction namun tidak terjadi peleburan
(melting), sehingga kekuatan yang dihasilkan hampir
merata di setiap sambungan tanpa merubah struktur
mikro dari material utama (aluminium).
1.2. Dasar Teori
Friction Stir Welding
Pengelasan FSW merupakan proses penyambungan
logam tanpa filler dan tanpa meleleh. Proses
penyambungan logam terjadi pada fase padat karena
berlangsung pada temperatur dibawah titik lebur
(maksimal 0.8 titik lebur) dari material yang akan
disambung (Dawes dan Thomas, 1996)
Gambar 1. Skema Proses Pengelasan FSW
Proses FSW menggunakan rotating cylindrical tool
dengan indentor untuk memanaskan material dengan
gesekan. Tool berputar, menggesek material, dan
berjalan sepanjang garis las. Akibat gesekan tersebut
maka material akan tersambung menjadi satu.
Keuntungan Las FSW (Staron, dkk, 2004) adalah : (1)
heat input kecil, (2) mengurangi distorsi dan (3)
meningkatkan sifat mekanik. Hasil pengelasan FSW
lebih kuat dan liat dibandingkan dengan hasil
pengelasan busur (Navy Mantech, 2002).
Pemakaian aluminium pada alat transportasi mulai
banyak dilakukan untuk mengurangi berat dan
meningkatkan ketahanan impak (Hattori, 2000)
Dengan berat yang semakin rendah maka berakibat

pada penghematan konsumsi bahan bakar (Tsujimura,
1998).
Aluminium
Aluminium ialah unsur kimia dengan lambang Al dan
nomor atomnya 13. Aluminium merupakan konduktor
listrik yang baik, berwarna terang dan ringan ,
merupakan konduktor yang baik untuk panas dan
listrik, tahan korosi serta mampu bentuk baik Selain itu
aluminium merupakan logam yang memiliki sifat lebih
lunak dibandingkan dengan material baja dan memiliki
titik didih lebih rendah daripada baja.
Indentor Tool
Tool disini berfungsi sebagai peranti utama dalam
Friction Stir Welding. Dalam penelitian ini, tool yang
digunakan adalah baja W302 H13 BOHLER. Langkah
pertama yaitu mendesain tool kemudian dibuat dengan
menggunakan mesin bubut CNC agar lebih presisi.
Setelah dibentuk, kemudian tool dilakukan proses heat
treatment. Tool yang dipakai dalam penelitian ini
memiliki 3 variasi panjang indentor, yaitu 1mm, 2mm,
dan 3 mm.
2. METODOLOGI PENELITIAN
2.1. Bahan dan Alat :
Logam induk : Aluminium seri 1xxx, tebal 6
mm dengan ukuran
keseluruhan 165 mm X 200
mm.
Alat yang dipakai : Mesin Freis, Furnace, alat
potong, alat ukur
2.2. Proses Pengelasan
Proses pengelasan FSW dilakukan dengan
menggunakan mesin freis dengan material Tool W302
H13 . Indentor tool yang digunakan mempunyai variasi
panjang 1 mm, 2 mm, dan 3 mm.
Gambar 3. Proses Pengelasan
Gambar 2. Bentuk Tool
Heat Treatment dari Indentor Tool
Heat Treatment merupakan salah satu proses untuk
mengeraskan logam dengan cara memanaskan logam
dengan suhu dan waktu tertentu. Untuk material Tool
W302 H13 Bohler, proses heat treatment yang
dilakukan adalah :
a. Quenching dengan pemanasan pada suhu 1050ºC
ditahan 2 jam, didinginkan dalam oli kemudian
didiamkan 24 jam.
b. Annealing dengan pemanasan pada suhu 500ºC
ditahan 2 jam, didinginkan di dalam furnace.
2.3. Proses Pengujian
Berikut ini adalah pengujian dan alat serta metode yang
digunakan dalam penelitian ini.
Tabel 1. Pengujian dan Alat
No Pengujian Metode / Alat
1 Pengamatan
Fotomikro
Mikroskop Optik
2 Pengujian
Kekerasan
3 Pengujian
Ketangguhan
Vickers Microhardness
Mesin Uji Ketangguhan
Impak Charphy
4 Pengujian Tarik Mesin Uji Tarik
Spesimen pengamatan fotomikro dan pengujian
kekerasan sama yaitu seperti pada Gambar 4. Proses
penyiapan spesimen adalah logam hasil las diresin,
kemudian diamplas dan dietsa dengan menggunakan
NaOH. Proses pengujian dilakukan pada bagian
samping (arah ketebalan logam).

Gambar 4. Proses Pengelasan
Pengujian tarik dilakukan dengan Universal Testing
Machine dengan spesimen berbentuk seperti pada
Gambar 5. Dari pengujian tarik akan didapat diagram
tegangan regangan. Dari diagram tersebut dapat
diketahui nilai kekuatan tarik dari material.
Gambar 5. Bentuk Spesimen Uji Tarik
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan fotomikro dilakukan dengan
menggunakan mikroskop optik. Pembesaran yang
dilakukan adalah 100 x, sehingga 10 strip dalam foto
menunjukkan 100 µm.
(b)
Gambar 6. Fotomikro
(a) Logam Induk (b) Logam Las
Dari gambar 6 terlihat bahwa struktur mikro hasil las
sama baik bentuk maupun ukuran strukturnya. Hal
tersebut disebabkan karena pada saat proses pengelasan
logam induk tidak meleleh sehingga tidak terjadi
pembesaran dan perubahan struktur mikro. Selain itu
proses pengelasan FSW juga tidak menggunakan filler
sehingga komposisi kimia hasil las akan sama dengan
logam induk
3.2. Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan dengan metode Vickers
Microhardness dapat terlihat pada gambar 7. Pengujian
kekerasan dilakukan masing-masing 7 titik setiap
variasi pengelasan. Nilai kekerasan diambil dari ratarata
nilai kekerasan pada 7 titik tersebut.
Dari hasil pengujian diperoleh nilai kekerasan rata-rata
logam induk adalah 38,93 VHN sedangkan pada logam
las nilai rata-ratanya adalah 36,80 VHN. Perbedaan
nilai tersebut tidak signifikan hanya 5,79 %. Perbedaan
tersebut disebabkan oleh ketidakhomogenan bahan.
Nilai kekerasan yang hampir sama karena pada proses
penyambungan pada pengelasan FSW terjadi pada fase
padat sehingga tidak terjadi perubahan struktur mikro.
Untuk struktur mikro yang sama nilai kekerasannya
juga relatif sama.
Nilai Kekerasan (VHN)
40
39
38
37
36
38.93
Grafik Nilai Kekerasan
36.80
(a)
35
Logam Induk
Las FSW
Daerah
Gambar 7. Grafik Nilai Kekerasan

3.3. Pengujian Ketangguhan Impak
Pengujian ketangguhan Impak dilakukan masingmasing
3 spesimen untuk setiap variasi las. Hasil
pengujian Impak dapat dilihat pada gambar 8.
Nilai Ketangguhan (J/mm2)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.48
Grafik Nilai Ketangguhan
0.09
0.84
0.21
Logam induk indentor 1mm indentor 2mm indentor 3mm
Gambar 8. Grafik Nilai Ketangguhan
Dari gambar 8 terlihat bahwa nilai ketangguhan
tertinggi terdapat pada hasil las dengan menggunakan
panjang indentor 2 mm yang mempunyai nilai 0,84
J/mm 2 . Nilai tersebut hampir 2x lipat dibandingkan
dengan nilai ketangguhan logam induk.
Dari hasil ketangguhan impak dapat disimpulkan
bahwa logam induk dan hasil las dengan indentor 2
mm dan 3 mm mempunyai sifat ulet karena spesimen
tidak patah setelah pengujian seperti terlihat pada
gambar 9. Sedangkan pada hasil las dengan indentor 1
mm , spesimen patah disebabkan karena kedua bagian
logam yang dilas tidak menyambung dengan
sempurna.
Gambar 9. Foto patahan spesimen Impak Charphy
Nilai ketangguhan terendah terdapat pada hasil las
dengan indentor 1 mm. Hal tersebut disebabkan karena
hasil las tidak tersambung pada bagian tengahnya yang
disebabkan karena tebal logam induk 3 mm, sedangkan
panjang indentor 1 mm.
3.4. Pengujian Tarik
Gambar 10 menunjukkan grafik nilai kekuatan tarik.
Dari grafik tersebut terlihat bahwa nilai kekuatan tarik
hasil las relatif sama yaitu 156,13 Mpa untuk indentor
1 mm, 148,85 MPa untuk indentor 2 mm, dan 120,80
MPa untuk indentor 3 mm. Hal tersebut disebabkan
karena pengelasan FSW tidak menggunakan filler
sehingga tidak ada unsur lain yang masuk dalam logam
hasil las.
Jika dibandingkan dengan kekuatan tarik logam induk,
kekuatan tarik logam las lebih rendah, tetapi
pengurangan nilai kekuatan tariknya tidak signifikan.
Nilai Kekuatan Tarik (MPa)
250
200
150
100
50
0
203.53
Grafik Nilai Kekuatan Tarik
156.13
148.85
120.8
Logam induk indentor 1mm indentor 2mm indentor 3mm
Gambar 10. Grafik Nilai Kekuatan Tarik
4. KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan didapat
kesimpulan :
1. Struktur mikro hasil las FSW dan logam induk
sama karena proses pengelasan terjadi pada fase
padat.
2. Nilai kekerasan hasil las dengan logam induk
relatif sama hanya turun sekitar 5,79 %. Nilai yang
relatif sama disebabkan karena struktur mikronya
sama.
3. Nilai ketangguhan tertinggi didapat pada hasil las
dengan panjang indentor tool 2 mm dengan nilai
0,84 J/mm 2 . Nilai tersebut hampir 2 kali lipat nilai
ketangguhan logam induk.
4. Nilai ketangguhan terkecil terdapat pada hasil las
dengan panjang indentor 1 mm. Hal tersebut
disebabkan karena pada bagian tengah logam las
tidak tersambung.
5. Nilai kekuatan tarik hasil las dengan 3 variasi
panjang indentor relatif sama dan tidak terdapat
penurunan yang sangat signifikan dari logam las.
Hal tersebut membuktikan bahwa proses
pengelasan FSW tidak akan mengubah nilai
kekuatan material.

DAFTAR PUSTAKA
Anonym, (2002), Friction Stir Welding of Aluminium
Armor for the AAAV, Navy Mantech
Dawes C.J., Thomas W.M., Welding Journal, 75
(1996), 4s.
Hattori, M., 2000, Transition of Rolling Stock
Structure, Metal, (in Japanese), vol 70, no.2,
pp.137-148.
Staron P., Kocak M., Williams S., dan Wescot A.,
Residual Stress in Friction Steel-welded Al.
Sheets, Phisica B. 350 (2004) 491-493
Tsujimura, T., Development of Life Cycle Assesment,
Trend and Task, 1998, RTRI Report (in
Japanese), Vol 12, No.10, pp.1-4