Pengaruh Kecepatan Putar Indentor Las Gesek Puntir ( Friction Stir Welding ) Terhadap Kualitas Hasil Pengelasan Alumunium 1100-H18
Irza Sukmana, Ade Sustiono Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Lampung Gedung H, Lt. 2 Jalan Prof. Soemantri Brojonegoro 1, Bandar Lampung 35143 Telephone / Facsimile: (0721) 704947 E-mail: irza.sukmana@eng.unila.ac.id

## Abstrak
Material  Aluminum  (Al)  dan  paduannya  telah  banyak  digunakan  secara  luas  diberbagai  bidang  industri. Aluminum memiliki sifat korosi yang baik, namun permasalahan Aluminum adalah sulitnya proses penyambungan, karena adanya lapisan oksida di permukaan logam. Teknologi pengelasan gesek puntir (friction stir welding, FSW) merupakan  alternatif    yang  potensial  untuk  diaplikasikan  pada  aluminum.  Dalam  penelitian  ini,  digunakan  mesin freis  vertikal  Milko-12  yang  telah  difasilitasi  indentor  las.  Proses  pengelasan  dilakukan  pada  bahan  Aluminum 1100-H18 untuk 4 (empat) macam parameter kecepatan rotasi indentor (Rt) yang berbeda, yaitu:352, 490, 653, dan 910  rpm,  sedangkan  kecepatan  transversal  indentor  (V)  tetap:  20mm/menit.  Pengujian  kualitas  hasil  pengelasan dilakukan  dengan  analisa  sifat  mekanik  dan  data  metalografi.  Hasil  pengujian  kualitas  las  menunjukkan  bahwa semakin  tinggi  kecepatan  rotasi  indentor  (Rt),  akan  meningkatkan  kekuatan  tarik  lasan hingga  titik  maksimumnya pada saat Rt=653rpm, dimana kekuatan tariknya sebesar 107 MPa. Daerah patah lasan adalah pada logam dasar (Base  Metal,  BM),  menunjukkan  bahwa  mesin  freis  konvensional  Milko-12  dapat  digunakan  untuk  proses pengelasan puntir gesek (FSW) pada material Aluminum.
Kata Kunci: Aluminum 1100-H18, las puntir gesek, Milko-12, mesin freis vertikal.

## Abstract
Aluminum and their alloys have been applied in many industrial sectors. Although it shows a good corrosion properties,  however  welding  process  of  aluminum  still  a  challenge  as  it  covered  by  oxide  layer  on  the  surface. Friction Stir Welding (FSW) technology gives a potential chance to be used for joining process of aluminum. In this study, we use a vertical milling machine Milko-12 that has been utilized with indentor of FSW process for Aluminum 1100-H18 at 4 (four) different rotation speed (Rt), i.e.: 352, 490, 653, and 910 rpm and constant transversal speed (V) 20mm/minutes. Based on mechanical  properties and metallography data of welded materials, the higher the Rt the higher the tensile strength. Rt of 653 rpm results the highest tensile strength of 107 MPa. The crack areas of all welded  metals  are  at  base  metal  (BM)  concluded  that  our  vertical  milling  machine  Milko-12  can  be  utilized  for friction stir welding (FSW) process for Aluminum.
Keywords: Aluminum 1100-H18, friction stir welding, Milko-12, vertical milling machine.

## PENDAHULUAN
Aluminum  yang  memiliki  rumus  kimia  Al, dikenal  sebagai  logam  ringan  yang  memiliki  sifat ketahanan  korosi  dan  konduktor  listrik  yang  baik. Aluminum  (Al)  memiliki  masa  jenis  sebesar 2,71mg/m 3 atau sekitar 1/3 (satu per tiga) masa jenis baja  atau  tembaga  [1].  Dengan  keistimewaan  sifat mekanik  tersebut,  aluminum  dan  paduannya  banyak diaplikasikan  sebagai  material  konstruksi  ringan ( light-weight  structure ),  di  industri  kimia,  makanan, listrik, transportasi dan aeronautika.
Dalam  aplikasi  material  Aluminum  di  berbagai bidang  industri  tersebut,  sering  diperlukan  proses
penyambungan.  Aluminum dan paduannya memiliki sifat  mampu  las  yang  rendah  bila  dibandingkan dengan  logam  lain,  terutama  baja.  Tingkat  afinitas yang tinggi terhadap oksigen menyebabkan aluminum  mudah  berikatan  dengan  oksigen  dan membentuk  lapisan  oksida  Al 2 O 3 di  permukaan logam.  Lapisan Al 2 O 3 memiliki titik cair  yang tinggi atau  sekitar  2050 o C  dan  jauh  lebih  tinggi  jika dibandingkan  dengan  titik  cair  aluminum  dan paduannya yang hanya sekitar 700 o C [2].
Oleh  karena  itu,  aluminum  dan  paduannya hanya  dapat  dilas  dengan  menggunakan  teknik pengelasan tertentu, seperti: TIG ( tungsten inert gas ), pengelasan titik ( spot welding ) untuk pelat aluminum
yang  tipis,  dan  pengelasan  tanpa  pencairan  atau  non cair  ( solid-state  welding ).  Teknik  pengelsasan  non- cair sangat cocok diaplikasikan  untuk aluminum  dan paduannya  bentuk  pelat  maupun  poros,  karena  dapat menghindari  cacat las karena proses oksidasi. Teknik pengelasan  gesek  puntir  ( friction  stir  welding ,  FSW) termasuk katagori pengelasan jenis non-cair.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menguji  aplikasi dan  potensi  utilisasi  mesin  freis  vertikal  Milko-12 untuk melakukan pengelasan gesek puntir (FSW). Uji tarik, struktur makro dan mikro, serta uji keras mikro dilakukan  pada  meterial  Aluminum  1100-H18  hasil pengelasan  sebagai  evaluasi  potensi  utilisasi  Milko- 12 untuk proses FSW aluminum dan paduannya.

## TINJAUAN PUSTAKA
Aluminum  seri  1xxx  merupakan  paduan aluminum  yang  sering  digunakan  untuk  berbagai aplikasi  di  dunia  industri,  terutama  sebagai  bahan konstruksi  ringan  ( light-weight  structure )  pada  tanki dan pipa kimia, mesin otomotif, dinding pesawat, dan berbagai  aplikasi  lain.    Seri  1100  memiliki  kadar  Al minimum  99%,  dan  H18  menunjukkan  nomenklatur khusus  yang  diberikan  oleh  ASM  International berdasarkan  sifat  seri  1100-H18  yang  meiliki kekuatan tarik dan sifat creep yang relatif lebih tinggi dibandingkan seri asalnya (1100-O) [3].
Aluminum  dan  paduannya  memiliki  sifat mampu  korosi  yang  lebih  baik  bila  dibandingkan dengan baja karbon. Namun, Al memiliki panas jenis dan  daya  hantar  panas  yang  relatif  lebih  tinggi sehingga  menyebabkan  bahan  konstruksi  aluminum memiliki  mampu  las  ( weldability )  yang  lebih  buruk dibandingkan  baja  karbon.  Untuk  proses  penyam- bungan  aluminum  pelat  tebal  dan  poros  umumnya menggunakan  las  TIG  ( tungsten  inert  gas )  dengan polaritas dan arus bolak-balik frekuensi tinggi [2].
Dengan  teknologi  TIG,  lapisan  oksida  yang terbentuk  dipermukaan  aluminum  akan  dipecah  dan dibersihkan oleh busur listrik yang dihasilkan. Teknik pengelasan lain yang dapat digunakan adalah las gas, las busur elektroda terbungkus, dan las sinar elektron. Namun, teknik pengelasan tersebut memerlukan fluks yang mengandung unsur khlorida dan fluorida, untuk menghilangkan  lapisan  oksida  yang  ada.  Kelemahan teknik  pengelasan  dengan  menggunakan  fluks  pada aluminum  adalah  berat  jenis  aluminum  yang  rendah, sehingga  berpotensi  mengakibatkan  fluks  tenggelam dan  tertinggal  didalam  logam  dan  menjadi  penyebab terjadinya cacat pada logam las [2-3].
Terbatasnya  teknologi  pengelasan  yang  dapat diaplikasikan  untuk  proses  pengelasan  aluminum telah  memberik  peluang  implementasi  teknologi pengelasan tanpa pencairan atau non-cair ( solid-state
welding ),  diantaranya  adalah  las  gesek  ( friction welding, FW)  dan  las  gesek  puntir  ( friction  stir welding, FSW).  Teknik  pengelasan  non  cair  pada aluminum  dan  paduannya  dapat  mengeliminir terjadinya  retak  panas  dan  rongga  udara  terjebak, deformasi  dan  penyusutan  rendah,  dan  tidak memerlukan filler metal dan gas pelindung [4]. Proses FSW menggunakan perangkat pengelasan  yang  relatif  sederhana  dan  dapat dilakukan  dengan  menggunakan  mesin  freis  vertikal untuk  memutar  indentor  las  yang  akan  berfungsi sebagai  pemberi  energi  panas  gesekan  ( friction )  dan sekaligus  pengaduk  ( stir ),  sebagaimana  dijelaskan dalam Gambar 1.

## METODE PENELITIAN
Dalam  penelitian  ini  digunakan  Mesin  Freis vertical Merek Milko-12 dengan bentuk dan geometri indentor  FSW  sebagaimana  Gambar2.  Material indentor  las  harus  memiliki  titik  cair  yang  lebih tinggi  dibandingkan  logam  las,  agar  selama  proses pengelasan  tidak  terjadi  pencairan  dan  pencampuran logam  indentor.  Dalam  penelitian  ini  digunakan indentor dari bahan baja karbon sedang.
Gambar 2. Spesifikasi geometri indentor FSW
Gambar 1. Perangkat FSW pada pemegang pahat mesin freis (a-b) arbor/collet , (c) indentor (d) klem.
Komposisi  kimia  bahan  aluminum  seri  1100- H18  yang  akan  di  las  adalah  sebagaimana  Tabel  1 berikut ini [5].
Tabel 1. Komposisi Kimia Aluminum 1100-H18
Unsur Al Si Fe Mn Mg Cr Zn % masa 99 0,44  0,34  0,06  0,62 0,02  0,04
Penelitian  ini  menggunakan  parameter  laju indentor las (V)  yang tetap, 20mm/menit, sedangkan putarannya  (Rt)  dibagi  menjadi  4  (empat)  variasi yang  berbeda,  yaitu:  352,  490,  653,  dan  910  rpm. Kedua  parameter  tersebut  (V  dan  Rt)  dilakukan secara  bersamaan,    sehingga  dihasilkan  gesekan  dan panas pada material pelat aluminum yang akan di las.
Urutan  langkah  yang  standar  pada  proses  FSW adalah sebagaimana dijelaskan pada Gambar 3 [5-6].
Sesuai  ilustrasi  Gambar  3  di  atas,  proses pengelasan  FSW  dilakukan  dalam  5  (lima)  tahapan, yaitu:  pertama,  penyiapan  dan  pemasangan  indentor (pahat)  las  pada  bahu  pencekam  dan  kemudian memberikan putaran pahat secara tetap. Tahap kedua adalah  menempatkan  indentor  pada  daerah  lasan ( weld  line )  yang  merupakan  batas  antara  dua  benda kerja,  sehingga  dengan  adanya  putaran  dan  gesekan antara  indentor  dan  benda  kerja  maka  terjadilah panas.
Proses  pengelasan  merupakan  tahap  ketiga, dimana  dilakukan  setelah  terjadinya  panas  yang cukup untuk mencapai suhu sekitar 0.8 Tc (titik cair) logam  dasar  ( base  metal ,  BM).  Indentor  kemudian dijalankan  kearah  mengikuti  garis  las. Pull  off atau proses  pengangkatan  indentor  las  dilakukan  setelah indentor  las  mencapai  daerah  ujung  logam  dasar. Terakhir  adalah  proses  penyelesaian  ( finishing ) dengan mematikan putaran dan mesin freis.
Tipe struktur mikro hasil pengelasan FSW yang baik,  dapat  dibagi  dalam  4  (empat)    daerah pengelasan,  yaitu:  logam  dasar  ( base  metal ,  BM), daerah  adukan  logam  semi-cair  ( stir  zone, SZ), daerah  terpengaruh  panas  secara  mekanik  atau
disebut thermo-mechanical  affected  zone  ( TMAZ ), dan  daerah  terpengaruh  panas  ( heat  affected  zone, HAZ) [6]. Dalam proses pengelasan gesek puntir, SZ merupakan  daerah  dengan  temperatur  yang  paling tinggi, sehingga terjadi perubahan struktur mikro dan besaran  butir  dan  proses  rekritalisasi.  Pada  daerah TMAZ,  umumnya  terjadi  pengkasaran  butir,  tanpa proses  rekristalisasi  dikarenakan  temperaturnya  yang relatif  lebih  rendah  atau  di  bawah  suhu  rekristalisasi logam  dasar.  Selanjutnya,  pada  daerah  HAZ, sebagaimana  proses  pengelasan  lain  maka  panas  las akan menyebabkan terjadinya pertumbuhan butir.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukanya proses FSW dengan empat jenis kecepatan putar indentor las, didapatkan gambar visual  hasil  pengelasan    Al  1100-H18,  sebagaimana foto spesimen pada Gambar 4.
Selanjutnya dilakukan pengujian mekanik untuk menentukan  kualitas  sambungan  las  berupa  uji  tarik, uji keras mikro, dan metalografi. Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan  menggunakan  mesin  uji tarik Universal  Testing  Machine ,  dan  hasil  uji  tarik ditunjukkan  pada  Gambar  5  dan  Tabel  2,  sebagai berikut.
Gambar 3. Urutan langkah pengelasan FSW Gambar 4. Foto sampel bagian atas dan bagian bawah pelat Al 1100-H18 hasil FSW
(d) (c) (b)
(a)
Gambar 5. Foto makro hasil uji tarik sampel FSW pada 4 putaran indentor berbeda: 352 (a), 490 (b), 653
(c), dan 910 rpm (d)
(d) (c) (b)
(a)
Tabel 2. Data Hasil Uji Tarik
Struktur  mikro hasil pengelasan hanya diujikan pada  proses  FSW  dengan  parameter  kecepatan transversal  (V)  20  mm/menit  dan  putaran  indentor 653rpm,  sesuai  Gambar  6.  Data  struktur  mikro tersebut  menunjukkan  adanya  pembagian  daerah (zonasi)  yang  jelas  dan  sesuai  dengan  literatur standar, sebagaimana hasil penelitian lain [4-6]. Data hasil uji keras mikro ditunjukkan pada Gambar 7.
Berdasarkan  data  yang  didapat,  secara  umum menunjukkan  bahwa  semakin  tingginya  kecepatan putar  indentor  las,  akan  menghasilkan  peningkatan angka kekuatan tarik hasil las, dimana kekuatan tarik maksimum  didapatkan  pada  putaran  indentor, Rt=653rpm.  Kekuatan  tarik  minimum  didapatkan pada  kecepatan  putar  (Rt)  910rpm.  Pengamatan visual  terhadap  cacat  las  pada  berbagai  kecepatan putar  indentor  juga  menunjukkan  tren  yang  sama, dimana semakin tinggi kecepatan putar indentor akan cenderung  menghasilkan  visual  hasil  lasan  yang semakin baik, dengan titik optimum pada Rt 653rpm.
Hal  tersebut  ditandai  dengan  berkurangnya cacat  pengelasan  yang  terjadi,  seperti:  tidak terbentuknya  pori,  dan  tidak  terjadinya  gelombang hasil las ( surface tearing ). Beberapa jenis cacat yang terjadi  pada  kecepatan  putar  yang  terlalu  rendah (Rt=352rpm) dan atau pun terlalu tinggi (Rt=910rpm) diperesentasikan pada tabel 3.

## Tabel 3. Jenis cacat pada pengelsan FSW
Jenis cacat Gambar Penyebab Alur dan gelombang lasan - Pergerakan pahat tidak kontinyu - Kurangnya panas awal Permukaan pecah (s urface tearing ) - Tekanan bahu dan gesekan pahat las kurang Porositas tersebar ( running pore ) - Penghasilan panas tidak homogen
Selanjutnya,  berdasarkan  daerah  patah  lasan menunjukkan  bahwa  proses  pengelasan  dengan kecepatan  putar  653rpm  memiliki  daerah  patah  di logam  dasar,  dimana  menunjukkan  bahwa  hasil pengelasan  lebih  superior  (baik)  kualitas  sifat mekaniknya.  Sementara  pada  putaran  lain  terjadi patah di daerah SZ (Rt=352rpm dan Rt=910rpm) dan HAZ  (Rt=490rpm).  Hasil  uji  keras  mikro  pada kecepatan  putar  Rt=635rpm  juga  menunjukkan bahwa daerah SZ, HAZ, dan  TMAZ  memiliki angka kekerasan  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  (BM) dimana daerah patah uji tarik didapatkan. Hasil yang sama  juga  ditunjukkan  oleh  peneliti  lain  yang menyimpulkan  adanya  hubungan  antara  kecepatan putar indentor las dan kualitas hasil pengelasan [7].
Gambar 6. Struktur mikro sampel hasil FSW pada Rt=653rpm dan V=20mm/menit di daerah logam dasar
(a), HAZ (b), TMAZ (c) dan SZ (d).
(a) (b)
Gambar 4.8. Foto mikrostruktur hasil lasan dari Al 1100-H8 dengan Rt/V = 653/20 put/mm;
tool 2 dan perbesaran 160x. (a) BM. (b) HAZ.(c) TMAZ. (d) SZ (c) (d)
Gambar  7. Hasil uji keras mikro hasil pengelasan dengan kecepatan putar indentor Rt=653rpm

## KESIMPULAN
Berdasarkan  data  dan  pembahasan  terhadap hasil  pengujian  struktur  makro,  mikro  dan  uji mekanik  terhadap  hasil  pengelasan  aluminum  seri 1100-H18,  maka  terdapat  pengaruh  signifikan  antara kecepatan  putar  indentor  las  terhadap  kualitas  hasil pengelasan.  Rt  yang  tinggi  cenderung  menghasilkan pembangkitan panas yang lebih baik bila dibandingkan  pada  Rt  yang  rendah,  sehingga didapatkan  hasil  pengelasan  yang  lebih  baik,  hingga titik  optimum  tertentu.  Dalam  penelitian  ini kecepatan  putar  indentor  (Rt)  653rpm  merupakan titik optimumnya. Kecepatan  putar indentor las  yang terlalu rendah maupun terlalu tinggi akan menghasilkan  berbagai  jenis  cacat  alur  gelombang hasil  lasan,  permukaan  yang  pecah  ( surface  tearing ) dan porositas yang tersebar ( running pore ).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Bapak Asep  Hermanto  atas  bantuan  editing  makalah  artikel ilmiah ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Timings,  R.  L.,  1998,  “ Engineering  Materials Technology” ,  2 nd edition,  Prentice  Hall,  New Jersey, USA. 2. Biswas, P. danMandal, N. R., 2011,“ Effect of Tool Geometries  on  Thermal  History  of  FSW  of AA1100”, Supplement  of TheWelding  Journal, July 2011.
3. Nandan,  R.,dkk.,  2008,  “ Recent  advances  in friction-stir welding – Process, weld structure and properties” ,  Progress  in  Materials  Science  53:
980–1023.
4. Okamura,  T.  dan  Wiryosumarto,  H.,  1996, “Teknologi Pengelasan Logam ”, Pradya
Paramita, Jakarta
5. Nakata,  K.,dkk.  2000.  “ Weldability  of  High Strength  Aluminium  Alloys  by  Friction  Stir Welding”. ISIJ International, Vol. 40, supplement. pp. S15-S19 6. 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.
7. Sudrajat,  A.  F.  P.,  dkk.,  2012,  “ Analisis  Sifat Mekanik  Hasil  Pengelasan  Aluminum  AA  1100 dengan  Metode  Friction  Stir  Welding  (FSW)”, Jurnal ROTOR, Vol. 5 No. 1.